摘  要: 給出一種TMS320C30/PLD系統(tǒng)與PC104通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)并行接口進(jìn)行雙向通信時(shí)擴(kuò)展并口的方法,給出了硬件實(shí)現(xiàn)電路的框圖,分析了通信過(guò)程中握手信號(hào)的時(shí)序關(guān)系,并列出了通信測(cè)試程序的流程圖。

　　關(guān)鍵詞: 數(shù)字信號(hào)處理(DSP)  可編程邏輯器件(PLD)  VHDL  并行通信

    TMS320C30是TI公司的通用DSP芯片,它有很強(qiáng)的浮點(diǎn)/定點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和很高的處理速度,特別適合于進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集及運(yùn)算處理(如FFT,FIR、IIR濾波等)。但是,DSP一般I/O能力及文檔處理能力較弱,所以,常常將DSP系統(tǒng)與PC104組成主機(jī)/從機(jī)系統(tǒng),由PC104擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的各模塊(分機(jī))的管理、I/O設(shè)備的通信、文檔處理等任務(wù);而由DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)處理。

　　因?yàn)镃30沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)通信接口,需要進(jìn)行擴(kuò)展。與PC機(jī)的通信可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)異步串口進(jìn)行,也可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)并口進(jìn)行,串口的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、連接較簡(jiǎn)單、編程也較方便,因而應(yīng)用較廣泛;但在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合,其通信速度往往不能滿(mǎn)足要求,這時(shí)可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)并口進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)并口的擴(kuò)展可以采用通用并行接口芯片,如8255、TL16C552等。但是,由于現(xiàn)在的數(shù)字電路系統(tǒng)一般都包含PLD,可以利用PLD的資源進(jìn)行并行口的擴(kuò)展,這樣做有很多優(yōu)點(diǎn):利用現(xiàn)有資源,節(jié)省器件成本;節(jié)省電路板尺寸;功能的修改或擴(kuò)展較容易,便于與以后新的接口標(biāo)準(zhǔn)兼容;由于可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)通用接口芯片的功能進(jìn)行簡(jiǎn)化,軟、硬件的設(shè)計(jì)都更加方便。

1 PC104的并口結(jié)構(gòu)

　　PC104的并行接口可以工作在PC/AT方式,在這種方式下,接口只能輸出數(shù)據(jù),主要用于控制打印機(jī)等輸出設(shè)備。也可以工作在PS/2方式,在這種方式下,它可以雙向傳輸數(shù)據(jù),我們就采用這種方式進(jìn)行PC104與DSP的通信,C30的并口也采用與PC104兼容的結(jié)構(gòu)和編程方式。

　　標(biāo)準(zhǔn)并口的信號(hào)定義如表1所示。

　　其中包含八位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)(PD0～PD7),四根控制線(xiàn)(輸出)和五根狀態(tài)線(xiàn)(輸入)。

　　標(biāo)準(zhǔn)雙向并口的控制寄存器如表2所示。

　　寄存器位的定義與相應(yīng)信號(hào)線(xiàn)的定義相同。但是,信號(hào)BSY、AFDn、STBn與寄存器中的定義是互為反向關(guān)系的,在編程時(shí)要注意。DIR控制數(shù)據(jù)的流向,為0時(shí)輸出,為1時(shí)輸入。PRINTn是打印機(jī)中斷狀態(tài)位,沒(méi)有使用;INT2EN是中斷允許控制位,可以不用,對(duì)這兩個(gè)寄存器位不做更多說(shuō)明。

2  并口擴(kuò)展的方法

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

　　我們采用四線(xiàn)握手制進(jìn)行通信,其連接如圖1所示。

　　根據(jù)這種要求我們可以設(shè)計(jì)出所需要的并行接口,如圖2所示。與標(biāo)準(zhǔn)并口相比,它只工作在雙向方式;狀態(tài)線(xiàn)、控制線(xiàn)都少一些(但是可以根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)充);與CPU的接口采用了較為簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì),信號(hào)定義如下:XD[7..0]為C30的擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線(xiàn)的低八位,XA[1..0]為擴(kuò)展地址總線(xiàn)的低二位,CS為片選信號(hào),XR/Wn為擴(kuò)展總線(xiàn)的讀寫(xiě)控制信號(hào),IOSTRBn為擴(kuò)展總線(xiàn)的選通脈沖,INT為并口的中斷信號(hào)輸出,采用ACKn的下降沿觸發(fā)C30中斷,與標(biāo)準(zhǔn)并口不同(上升沿);寄存器的地址偏移量采用與標(biāo)準(zhǔn)并口相同的方式,基地址則可以由系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定。

　　并行接口的設(shè)計(jì)采用VHDL語(yǔ)言來(lái)描述,以適用于不同的PLD器件。

2.2 時(shí)序分析

　　下面我們描述通信過(guò)程的時(shí)序關(guān)系。通信程序在發(fā)送時(shí)采用查詢(xún)方式,而接收時(shí)則采用中斷方式。因?yàn)镻C104與C30執(zhí)行程序的速度不同,處理中斷的方式也不同,因而PC104發(fā)往C30與C30發(fā)往PC104時(shí)的握手信號(hào)的時(shí)序也有一些區(qū)別,圖3、圖4分別是兩種情況下的時(shí)序圖。圖中,只標(biāo)出了時(shí)序的先后關(guān)系,具體的數(shù)值要遵守并口的標(biāo)準(zhǔn)并在程序調(diào)試中確定。

　　因?yàn)镻C104的STBn的后沿(上升沿)是個(gè)斜坡(10μs左右)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后,要延時(shí)一段時(shí)間,待STBn穩(wěn)定后,才能發(fā)送下一個(gè)字節(jié);否則,C30的中斷不能可靠觸發(fā),將造成通信的錯(cuò)誤。發(fā)送速率為每字節(jié)15μs左右。

這種情況下限制發(fā)送速度的因素主要是PC104響應(yīng)和處理通信中斷的時(shí)間,對(duì)C語(yǔ)言編寫(xiě)的接收程序進(jìn)行優(yōu)化也可以使通信速度控制在15μs左右。

2.3 軟件流程圖

　　下面我們舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明PC104與C30進(jìn)行通信的過(guò)程。在這個(gè)調(diào)試程序中,PC104先發(fā)送一組數(shù)據(jù),C30接受完后再返回一組數(shù)據(jù)給PC104,然后通信結(jié)束。圖5、6、7、8描述的分別是PC104上的主程序、接收中斷服務(wù)子程序、C30上的主程序以及接收中斷服務(wù)子程序的流程圖。

參考文獻(xiàn)

1 (美國(guó))Texas Instruments公司.TL16C552 Data Book

2 盛博公司PC104技術(shù)手冊(cè)

3 (美國(guó))Texas Instruments公司.TMS320C3X用戶(hù)指南

4 李繼燦,李華貴編著.新編16-32位微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社