摘要: 本文描述了用賽靈思公司的XC95216 系列CPLD 芯片實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展單片機(jī)與計(jì)算機(jī)PC104 的接口并行通信的方法, 解決了在嵌入式操作系統(tǒng)中單片機(jī)與主機(jī)總線設(shè)備打交道資源不足的固有缺陷, 把以太網(wǎng)卡的功能集成在一片XC95216 的 CPLD 中, 簡(jiǎn)化了硬件, 通信實(shí)時(shí)性強(qiáng); 并給出用VHDL 編寫的主要源程序。該方案在實(shí)踐中檢驗(yàn)通過。
引 言
8位單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛, 然而讓它直接與PCI 總線設(shè)備打交道卻有其固有缺陷。8 位單片機(jī)只有16 位地址線, 8 位數(shù)據(jù)端口, 而PCI 總線2.0 規(guī)范中, 除了有32 位地址數(shù)據(jù)復(fù)用AD[3- 0]外, 還有 FRAME、IRDY、TRDY 等重要的信號(hào)線。讓單片機(jī)有限的I/O 端口來直接控制如此眾多的信號(hào)線是不可能的。一種可行的方案就是利用CPLD 作為溝通單片機(jī) 與PCI 設(shè)備間的橋梁, 充分利用CPLD 中I/O 資源豐富、用戶可自定制邏輯的優(yōu)勢(shì), 來幫助單片機(jī)完成與 PCI 設(shè)備間的通信任務(wù)。
1.2 CPLD 設(shè)計(jì)規(guī)劃
出于對(duì)單片機(jī)和CPLD 處理能力和系統(tǒng)成本的考慮, 下面的規(guī)劃不支持PCI 總線的線性突傳輸?shù)刃枰B續(xù)幾個(gè)數(shù)據(jù)周期的讀寫方式, 而僅支持一個(gè)址周期加一個(gè)數(shù)據(jù)周期的讀寫方式。對(duì)于大部分應(yīng)用而言, 這種方式已經(jīng)足夠了。圖1 是經(jīng)過簡(jiǎn)化后的PCI 總線讀寫操作時(shí)序。在CPLD 內(nèi)設(shè)有13 個(gè)8 位寄存器用來保存進(jìn)行一次PCI 總線讀寫時(shí)所需要的數(shù)據(jù), 其中pci_address0- pci_address3 是讀寫時(shí)的地址數(shù)據(jù); pcidatas0- pci_datas3 是要往PCI 設(shè)備寫的數(shù)據(jù); pci_cbe[3- 0]保存地址周期時(shí)的總線命令; pci_cbe[7- 4] 保存數(shù)據(jù)周期時(shí)的字節(jié)使能命令; pci_data0- pci_data3 保存從PCI 設(shè)備返回的數(shù)據(jù); pci_request 是PCI 總線讀寫操作狀態(tài)寄存器, 用于向單片機(jī)返回一些信息。當(dāng)單片機(jī)往pci_cbe 寄存器寫入一個(gè)字節(jié)的時(shí)候, 會(huì)復(fù)位CPLD 中的狀態(tài)機(jī), 觸發(fā)CPLD 進(jìn)行PCI 總線的讀寫操作; 單片機(jī)則通過查詢pci_request 寄存器得知讀寫操作完成, 再從pci_data 寄存器讀出PCI 設(shè)備返回的數(shù)據(jù)。
2.2 單片機(jī)PCI 讀寫C 語言程序設(shè)計(jì)
在CPLD 在幫助下, 單片機(jī)讀寫PCI 設(shè)備就變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。首先, 將pci_cbe 等寄存器都聲明為外部存儲(chǔ)器變量, 并根據(jù)CPLD 的設(shè)計(jì)指定地址。然后, 傳遞適當(dāng)?shù)膮?shù)給以下兩個(gè)讀寫子函數(shù), 即可完成對(duì)PCI 設(shè)備配置空間、I/O 空間、存儲(chǔ)器空間的讀寫操作。從 PCI 設(shè)備的返回?cái)?shù)據(jù)存放在全局變量savedata 中。實(shí)際上在寫PCI 設(shè)備時(shí), 也可以從pci_data 中得到返回?cái)?shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)必須等于往PCI 設(shè)備寫的數(shù)據(jù)。利用這一點(diǎn)可以進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)和故障判斷, 視具體應(yīng)用而定。
3 結(jié)論
用CPLD 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PCI 總線接口的并行通信, 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小, 1 片CPLD 芯片足夠, 并且控制方便, 實(shí)時(shí)性強(qiáng), 通信效率高。本設(shè)計(jì)方法已成功地應(yīng)用于作者開發(fā)的各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中, 用作單片機(jī)與PC104 之間的并行數(shù)據(jù)通信, 效果非常理想。
