增強(qiáng)并口EPP與DSP接口的設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞：增強(qiáng)并行口（EPP） ADSP2181 EPLD
利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制一直都是研究的熱點(diǎn)。大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)都是做成插卡的形式；然而，對(duì)于日益普及應(yīng)用的筆記本電腦而言，由于沒(méi)有提供擴(kuò)展插槽，不能夠直接做成插卡的形式，因此就需要充分利用筆記本提供的外圍接口，例如并口、串口等來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于串口速度的限制，對(duì)于速度比較高的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，往往采用計(jì)算機(jī)的并口。這幾年在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多大在做利用增強(qiáng)型并行口（EPP）與外界進(jìn)行通信這方面的工作，但大部分都是與一些簡(jiǎn)單外圍電路的通信與控制（例如FIFO、A/D轉(zhuǎn)換器），很少有人涉及到與DSP的通信。我們所設(shè)計(jì)的并口與ADSP2181的接口，為和外圍復(fù)雜電路進(jìn)行通信提供了一種途徑。
一、EPP并口
最常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)并口模式是SPP模式（標(biāo)準(zhǔn)并行口）。
該模式數(shù)據(jù)傳輸是單向的，如果要完成數(shù)據(jù)的輸入就不得利用狀態(tài)線。故讀入一個(gè)數(shù)據(jù)就需要進(jìn)行好幾次的I/O讀周期，因此傳輸速度就不可能做到很高，僅能做到150KB/s。其外圍設(shè)計(jì)電路并不比EPP簡(jiǎn)單，因此SPP在數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中很少應(yīng)用。
1992年，intel、Xicom與Zenith公司共同制定了EPP1.7標(biāo)準(zhǔn)，并在隨后的時(shí)間里對(duì)該增值修訂與完善。對(duì)于EPP標(biāo)準(zhǔn)而言，現(xiàn)在主要有EPP1.7與EPP1.9兩種標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于用戶而言，它們?cè)诰唧w的應(yīng)用中并沒(méi)有什么不匹配的地方。
EPP協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)并行口兼容而且能夠完成雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。它提供了四種數(shù)據(jù)傳送周期：數(shù)據(jù)讀周期、數(shù)據(jù)寫(xiě)周期、地址讀周期、地址寫(xiě)周期。數(shù)據(jù)周期一般用于主機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；地址周期一般用于傳送地址、通道、命令和控制等信息。在實(shí)際操作中，兩者并沒(méi)有太大的區(qū)別。幾乎可以把地址周期看到另外一種的數(shù)據(jù)周期。僅有的區(qū)別將在后面說(shuō)明。
表1給出了EPP協(xié)議中各引腳的信號(hào)的定義與描述。
表1 EPP中各引腳的定義與描述
| EPP信號(hào)名 | EPP信號(hào)方向 | EPP信號(hào)描述 | 對(duì)應(yīng)并口引腳 |
| Nwrite | 輸出 | 低電平寫(xiě)，高電平讀 | 1 |
| Ndatastb | 輸出 | 低有效，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě) | 14 |
| Naddstb | 輸出 | 低有效，進(jìn)行地址讀寫(xiě) | 17 |
| Ninit | 輸出 | 低有效，得置外設(shè) | 16 |
| Intr | 輸入 | 外設(shè)斷，外設(shè)對(duì)機(jī)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求 | 10 |
| Nwait | 輸入 | 低有效，外設(shè)響應(yīng)信號(hào) | 11 |
| AD[0..7] | 雙向 | 雙向數(shù)據(jù)/地址總線 | 2～9 |
| 用戶定義 | 輸入 | 用戶可靈活定義 | 12 |
| 用戶定義 | 輸入 | 用戶可靈活定義 | 13 |
| 用戶定義 | 輸入 | 用戶可靈活定義 | 15 |
圖1是EPP數(shù)據(jù)讀周期的時(shí)序圖。讀操作是在一個(gè)I/O周期內(nèi)完成的。這就是說(shuō)用EPP傳輸數(shù)據(jù)，可以達(dá)到500KB～2MB/s的傳輸速率。由于Nwait是互鎖形式的握手信號(hào)，
故數(shù)據(jù)的傳輸以接口的最慢的設(shè)備來(lái)進(jìn)行，可以是主機(jī)，也可以是外設(shè)。因此設(shè)計(jì)外圍電路就比較靈活。
EPP模式是在BIOS里進(jìn)行設(shè)置的。需要設(shè)置的主要是基地址以及中斷號(hào)。基地址最好設(shè)置成378H或278H，而不要設(shè)置成3BCH，因?yàn)?BFH后面的端口可能為其它設(shè)備所占用。EPP共有8個(gè)I/O地址端口（假如基地址為378H）；378H為SPP的數(shù)據(jù)口；379H為SPP的狀態(tài)口；37AH為控制口；37BH為地址讀寫(xiě)口；37HC為數(shù)據(jù)讀寫(xiě)口；37DH～37FH可以由用戶定義，主要用作16bit與32bit I/O數(shù)據(jù)讀寫(xiě)輔助口。通過(guò)對(duì)端口基地址+4的I/O讀寫(xiě)就可以產(chǎn)生EPP的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)周期，對(duì)基地址+3的I/O讀寫(xiě)就可以產(chǎn)生EPP的地址讀寫(xiě)周期。奪址讀寫(xiě)周期與數(shù)據(jù)讀寫(xiě)周期的主要區(qū)別就是數(shù)據(jù)讀寫(xiě)可以做32bit與16bit的I/O讀寫(xiě)，而地址讀寫(xiě)周期只能夠做8bit的I/O讀寫(xiě)（主要因?yàn)樗鼪](méi)有輔助的端口）。在C語(yǔ)言里面，可以用端口讀寫(xiě)函數(shù)outportb()、inportb()、outport()、inport()來(lái)實(shí)現(xiàn)EPP的讀寫(xiě)操作，相應(yīng)的控制信號(hào)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生。
二、ADSP2181的IDMA接口
ADSP2181是AD公司制造的ADSP21XX定點(diǎn)DSP系列的一種。它的指令周期為30ns，足以滿足信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。它內(nèi)部有16MB的程序存儲(chǔ)區(qū)（PM）與16MB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（DM）。外圍接口可以通過(guò)IDMA與I/O的方式對(duì)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行訪問(wèn)。其IDMA操作的最大優(yōu)點(diǎn)IDMA的讀寫(xiě)操作并不影響ADSP2181程序的運(yùn)行。但是需要注意的是ADSP2181與外設(shè)不能夠同時(shí)對(duì)同一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)，否則，會(huì)引起數(shù)據(jù)紊亂。
IDMA端口主要有以下幾個(gè)信號(hào)線：nIRD(輸入、讀選通)、nIWR(輸入、寫(xiě)選通)、nIS(輸入、IDMA選通)、IAL（輸入、地址鎖存使能）、IDA0～15（地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線）、nIACK(輸出、DSP響應(yīng)信號(hào))。
IDAM讀寫(xiě)的初始地址與存儲(chǔ)區(qū)的類型由ADSP2181內(nèi)部專門的寄存器來(lái)控制。每進(jìn)行一次讀寫(xiě)，則該初始地址就自動(dòng)加1。該寄存器呵以由ADSP2181來(lái)設(shè)置，也可以由外設(shè)電路通過(guò)IDMA操作來(lái)完成。
IDMA讀周期的時(shí)序圖如圖2所示。IDMA寫(xiě)周期的時(shí)序圖如圖3所示。需要注意的是在IDMA讀周期中，nIWR為高電平，IAL為低電平，在IDMA寫(xiě)周期時(shí)序中，nIRD為高電平，IAL為低電平。
三、接口電路以及整體設(shè)計(jì)的考慮
圖4是我們?cè)O(shè)計(jì)的接口電路框圖。并口控制線包括Ndatastb、Naddstb、Ninit；DSP控制線包括nIS、nWRITE、nREAD、IAL。
其中可編程邏輯器件是該電路的核心器件。由于并口只能進(jìn)行8bit的讀寫(xiě)操作，而ADSP2181是16bit的總線，因此若要進(jìn)行通信，必須設(shè)計(jì)好組合邏輯。如果采用分立元件，則電路比較復(fù)雜，調(diào)試起來(lái)比較麻煩，并且電路固定好以后，不可能進(jìn)行其它方式的通信；而采用可編程邏輯器件EPLD，只需要修改器件的邏輯與更改外部引腳的定義就可以實(shí)現(xiàn)其它傳輸協(xié)議，如ECP或者其它并口的通信，并且調(diào)試起來(lái)也比較方便。
我們所選用的可編程邏輯器件是Altera公司的EPM7128S系列。它有2500個(gè)可用門，128個(gè)宏單元、2個(gè)全局時(shí)鐘，可以完成EPP與ECP電路的邏輯設(shè)計(jì)。同時(shí)支持在線編程，可以很方便地對(duì)程序進(jìn)行下載。該器件用MAXPLUS II系列的軟件進(jìn)行編程，這種軟件支持圖形、語(yǔ)言等多種設(shè)計(jì)文件。
由于采用可編程器件，因此電路還可以采用ECP協(xié)議。ECP協(xié)議支持DMA的傳輸方式。最主要的是在進(jìn)行大批量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候可以節(jié)省很多系統(tǒng)資源；但在傳輸速度上并沒(méi)有大的提高。該協(xié)議設(shè)計(jì)起來(lái)比EPP協(xié)議復(fù)雜很多，需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的硬件驅(qū)動(dòng)程序。因此在我們?cè)O(shè)計(jì)的電路中，仍然采用EPP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。
四、EPP并口傳輸速度的測(cè)試
讀寫(xiě)程序是用VxD編寫(xiě)的。VxD(Virtual Device Driver)是用來(lái)擴(kuò)展Windows操作系統(tǒng)功能的程序，也是一個(gè)管理硬件設(shè)備或者已安裝軟件等系統(tǒng)資源的32位可執(zhí)行程序，并可以使得幾個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)使用這些資源。Windows通過(guò)使用VxD允許基于Windows的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)多任務(wù)。VxD在與Windows的連接工作中處理樹(shù)熊怕，并在不影響其它應(yīng)用程序執(zhí)行的情況下為特定的應(yīng)用程序執(zhí)行I/O操作。由于設(shè)備接收工作中處理中斷，并在影響其它應(yīng)用程序執(zhí)行的情況下為特定的應(yīng)用程序執(zhí)行I/O操作。
測(cè)試結(jié)果如表2所列。
表2 各種方式讀速率的比較
| 方式1（字節(jié)讀寫(xiě)） | 方式二（字讀寫(xiě)） | 方式三（雙字讀寫(xiě)） | 方式四（字讀寫(xiě)） | |
| 平均速率/（KB/s） | 850 | 950 | 1050 | 800 |
方式一：VxD編程中以字節(jié)來(lái)讀；
方式二：VxD編程中以字來(lái)讀；
方式三：VxD編程中以雙字來(lái)讀；
方式四：用C語(yǔ)言的inport()函數(shù)進(jìn)行讀寫(xiě)。
由于我們只關(guān)心從DSP中讀的速率，從表2中看出可以做到1050KB/s的速率，基本滿足我們要求。對(duì)于用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)并口操作的程序可以通過(guò)嵌套匯編來(lái)提高傳輸速度。
總結(jié)
采用EPP協(xié)議設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與外設(shè)的通信是一種新穎的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)電路時(shí)采用可編程器件來(lái)設(shè)計(jì)控制邏輯將是電子設(shè)計(jì)的一個(gè)趨勢(shì)，將使電路的擴(kuò)充性與靈活性得到很大的提高。
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