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[導(dǎo)讀]提出用計算機的EPP協(xié)議與ADSP2181的IDMA口進行快速通信的設(shè)計方法。

摘要:提出用計算機的EPP協(xié)議與ADSP2181的IDMA口進行快速通信的設(shè)計方法。該接口的核心是可編程邏輯器件EPLD,只需要修改EPLD的邏輯就可以滿足各種不同設(shè)計的要求,因此具有很強的通用性。

    關(guān)鍵詞:增強并行口(EPP) ADSP2181 EPLD

利用計算機進行數(shù)據(jù)采集與控制一直都是研究的熱點。大部分數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)都是做成插卡的形式;然而,對于日益普及應(yīng)用的筆記本電腦而言,由于沒有提供擴展插槽,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、串口等來實現(xiàn)。由于串口速度的限制,對于速度比較高的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng),往往采用計算機的并口。這幾年在國內(nèi)已經(jīng)有很多大在做利用增強型并行口(EPP)與外界進行通信這方面的工作,但大部分都是與一些簡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)計的并口與ADSP2181的接口,為和外圍復(fù)雜電路進行通信提供了一種途徑。

一、EPP并口

最常見的計算機并口模式是SPP模式(標準并行口)。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。故讀入一個數(shù)據(jù)就需要進行好幾次的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)計電路并不比EPP簡單,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標準,并在隨后的時間里對該增值修訂與完善。對于EPP標準而言,現(xiàn)在主要有EPP1.7與EPP1.9兩種標準;對于用戶而言,它們在具體的應(yīng)用中并沒有什么不匹配的地方。

EPP協(xié)議與標準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)寫周期、地址讀周期、地址寫周期。數(shù)據(jù)周期一般用于主機與外設(shè)之間進行數(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。在實際操作中,兩者并沒有太大的區(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)別將在后面說明。

表1給出了EPP協(xié)議中各引腳的信號的定義與描述。

表1 EPP中各引腳的定義與描述

EPP信號名 EPP信號方向 EPP信號描述 對應(yīng)并口引腳
Nwrite 輸出 低電平寫,高電平讀 1
Ndatastb 輸出 低有效,進行數(shù)據(jù)讀寫 14
Naddstb 輸出 低有效,進行地址讀寫 17
Ninit 輸出 低有效,得置外設(shè) 16
Intr 輸入 外設(shè)斷,外設(shè)對機產(chǎn)生中斷請求 10
Nwait 輸入 低有效,外設(shè)響應(yīng)信號 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)讀周期的時序圖。讀操作是在一個I/O周期內(nèi)完成的。這就是說用EPP傳輸數(shù)據(jù),可以達到500KB~2MB/s的傳輸速率。由于Nwait是互鎖形式的握手信號,故數(shù)據(jù)的傳輸以接口的最慢的設(shè)備來進行,可以是主機,也可以是外設(shè)。因此設(shè)計外圍電路就比較靈活。

EPP模式是在BIOS里進行設(shè)置的。需要設(shè)置的主要是基地址以及中斷號。基地址最好設(shè)置成378H或278H,而不要設(shè)置成3BCH,因為3BFH后面的端口可能為其它設(shè)備所占用。EPP共有8個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為地址讀寫口;37HC為數(shù)據(jù)讀寫口;37DH~37FH可以由用戶定義,主要用作16bit與32bit I/O數(shù)據(jù)讀寫輔助口。通過對端口基地址+4的I/O讀寫就可以產(chǎn)生EPP的數(shù)據(jù)讀寫周期,對基地址+3的I/O讀寫就可以產(chǎn)生EPP的地址讀寫周期。奪址讀寫周期與數(shù)據(jù)讀寫周期的主要區(qū)別就是數(shù)據(jù)讀寫可以做32bit與16bit的I/O讀寫,而地址讀寫周期只能夠做8bit的I/O讀寫(主要因為它沒有輔助的端口)。在C語言里面,可以用端口讀寫函數(shù)outportb()、inportb()、outport()、inport()來實現(xiàn)EPP的讀寫操作,相應(yīng)的控制信號由計算機自動產(chǎn)生。

二、ADSP2181的IDMA接口

ADSP2181是AD公司制造的ADSP21XX定點DSP系列的一種。它的指令周期為30ns,足以滿足信號的實時處理。它內(nèi)部有16MB的程序存儲區(qū)(PM)與16MB的數(shù)據(jù)存儲區(qū)(DM)。外圍接口可以通過IDMA與I/O的方式對存儲區(qū)進行訪問。其IDMA操作的最大優(yōu)點IDMA的讀寫操作并不影響ADSP2181程序的運行。但是需要注意的是ADSP2181與外設(shè)不能夠同時對同一個存儲區(qū)進行讀寫,否則,會引起數(shù)據(jù)紊亂。

IDMA端口主要有以下幾個信號線:nIRD(輸入、讀選通)、nIWR(輸入、寫選通)、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)。

IDAM讀寫的初始地址與存儲區(qū)的類型由ADSP2181內(nèi)部專門的寄存器來控制。每進行一次讀寫,則該初始地址就自動加1。該寄存器呵以由ADSP2181來設(shè)置,也可以由外設(shè)電路通過IDMA操作來完成。

IDMA讀周期的時序圖如圖2所示。IDMA寫周期的時序圖如圖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寫周期時序中,nIRD為高電平,IAL為低電平。

三、接口電路以及整體設(shè)計的考慮

圖4是我們設(shè)計的接口電路框圖。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。由于并口只能進行8bit的讀寫操作,而ADSP2181是16bit的總線,因此若要進行通信,必須設(shè)計好組合邏輯。如果采用分立元件,則電路比較復(fù)雜,調(diào)試起來比較麻煩,并且電路固定好以后,不可能進行其它方式的通信;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個可用門,128個宏單元、2個全局時鐘,可以完成EPP與ECP電路的邏輯設(shè)計。同時支持在線編程,可以很方便地對程序進行下載。該器件用MAXPLUS II系列的軟件進行編程,這種軟件支持圖形、語言等多種設(shè)計文件。

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。最主要的是在進行大批量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候可以節(jié)省很多系統(tǒng)資源;但在傳輸速度上并沒有大的提高。該協(xié)議設(shè)計起來比EPP協(xié)議復(fù)雜很多,需要開發(fā)相應(yīng)的硬件驅(qū)動程序。因此在我們設(shè)計的電路中,仍然采用EPP協(xié)議來實現(xiàn)。

四、EPP并口傳輸速度的測試

讀寫程序是用VxD編寫的。VxD(Virtual Device Driver)是用來擴展Windows操作系統(tǒng)功能的程序,也是一個管理硬件設(shè)備或者已安裝軟件等系統(tǒng)資源的32位可執(zhí)行程序,并可以使得幾個應(yīng)用程序同時使用這些資源。Windows通過使用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) 方式二(字讀寫) 方式三(雙字讀寫) 方式四(字讀寫)
平均速率/(KB/s) 850 950 1050 800

方式一:VxD編程中以字節(jié)來讀;

方式二:VxD編程中以字來讀;

方式三:VxD編程中以雙字來讀;

方式四:用C語言的inport()函數(shù)進行讀寫。

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。對于用C語言來編寫并口操作的程序可以通過嵌套匯編來提高傳輸速度。

總結(jié)

采用EPP協(xié)議設(shè)計計算機與外設(shè)的通信是一種新穎的設(shè)計方法。在設(shè)計電路時采用可編程器件來設(shè)計控制邏輯將是電子設(shè)計的一個趨勢,將使電路的擴充性與靈活性得到很大的提高。

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