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在基于雙CPU的嵌入式應(yīng)用中，通常都會(huì)涉及數(shù)據(jù)交互的問題。一般來說有兩種數(shù)據(jù)交互的方案：一種是使用諸如SPI的通信協(xié)議直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種方法只適用于小規(guī)模的數(shù)據(jù)交互，對(duì)于批量數(shù)據(jù)則顯得無能為力；另一種則是雙CPU通過外部總線接口擴(kuò)展外部共享存儲(chǔ)器，例如雙口RAM，通過共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)對(duì)交互數(shù)據(jù)的寫入與讀出，目前大部分雙CPU都是采用這種方案。處理器中大都集成有較大規(guī)模的Flash存儲(chǔ)器，如果能通過外部總線直接訪問處理器的內(nèi)存儲(chǔ)器并進(jìn)行讀／寫，就可以將共享存儲(chǔ)器從片外移到片內(nèi)。片內(nèi)集成的存儲(chǔ)器在速度和可靠性方面都比片外擴(kuò)展的存儲(chǔ)器要高很多，有些處理器集成的F1ash存儲(chǔ)器還帶有ECC校驗(yàn)，進(jìn)一步提高了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性。 1 處理器MPC5554的總線模式 MPC5554是Freescak公司推出的32位PowerPC系列處理器，其內(nèi)核為PowerPC Book E結(jié)構(gòu)的e20026CPU，外圍有豐富的外設(shè)接口，包括有eMIOS、eQADC、DSPI、eSCI、eDMA、eTPU、FlexCAN等模塊，可以方便地與外設(shè)進(jìn)行連接。這款處理器廣泛地應(yīng)用在汽車電子和航空航天等場合，具有成熟可靠的體系結(jié)構(gòu)和廣泛的技術(shù)支持。 MPC5554的外部總線模塊稱為EBI(External BusInterface)模塊，同其他處理器的外部總線模塊一樣，也可以擴(kuò)展諸如F1ash、SSRAM以及異步存儲(chǔ)器。EBI模塊可以工作在許多不同的模式下，主要有以下幾種模式： ◆單獨(dú)主機(jī)模式，此模式下只響應(yīng)處理器內(nèi)部的命令，忽略所有的外部總線請(qǐng)求； ◆外部主機(jī)模式，此模式下可以響應(yīng)處理器內(nèi)部的命令和外部總線請(qǐng)求，并且允許外部主機(jī)訪問內(nèi)部地址空間； ◆模塊禁止模式，模塊被禁止后即停止工作； ◆16位數(shù)據(jù)總線模式，數(shù)據(jù)總線只有16位，DATA[O：15]有效，DATA[16：31]無效； ◆調(diào)試模式，當(dāng)系統(tǒng)處于此模式下時(shí)，EBI模塊不受影響，仍正常工作。 以上幾種模式中，只有外部主機(jī)模式下可以實(shí)現(xiàn)外部主機(jī)訪問MPC5554內(nèi)部存儲(chǔ)地址的功能。 2 MPC5554的外部主機(jī)模式 EBI Moclule Configuration Register(EBI_MCR)寄存器是EBI模塊的配置寄存器，其中的EXTM位即為EBI的外部主機(jī)模式選擇位，置1表示將EBI模塊置為外部主機(jī)模式，置0表示為單獨(dú)主機(jī)模式。在啟動(dòng)模塊時(shí)，需要將MDIS位清O。 EBI模塊的外部引腳在外部主機(jī)模式時(shí)全部需要使用，MPC5554與外部主機(jī)的硬件連接如圖1所示。 
2．1 內(nèi)部存儲(chǔ)空間地址編碼 當(dāng)EBI被配置為外部主機(jī)模式時(shí)，外部主機(jī)可以通過總線訪問內(nèi)部的存儲(chǔ)空間。MPC5554，內(nèi)部地址總線是32位，但外部地址總線只有24位，需要通過特殊的解碼方式來將24位地址總線擴(kuò)展為32位。EBI模塊將外部總線的ADDR[8：11]這4位進(jìn)行解碼，作為內(nèi)部總線ADDR[O：11]的12 位。解碼的規(guī)則為： ①當(dāng)外部地址總線的ADDR[8]=O時(shí)，EBI忽略外部數(shù)據(jù)，無效地址。 ②當(dāng)外部地址總線的ADDR[8]=1時(shí)，ADDR[9：11]用來選擇為Flash存儲(chǔ)地址的區(qū)塊；匹配則進(jìn)入該區(qū)塊，不匹配則返回總線錯(cuò)誤標(biāo)志。 外部主機(jī)模式下具體的地址譯碼如表1所列。
2．2 外主模式下外部主機(jī)在內(nèi)存儲(chǔ)器上讀寫數(shù)據(jù) 外部主機(jī)在得到總線控制權(quán)后，通過拉低TS位來初始化對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器的操作。如2．1節(jié)所示，當(dāng)?shù)刂肪�上的信號(hào)匹配時(shí)，即可訪問內(nèi)存儲(chǔ)器空間，訪問結(jié)束于TA信號(hào)或TEA信號(hào)出現(xiàn)。TA信號(hào)為正常結(jié)束信號(hào)，TEA信號(hào)則表示有總線上的錯(cuò)誤。圖2為外部主機(jī)讀數(shù)據(jù)流程，圖3為外部主機(jī)讀數(shù)據(jù)時(shí)序。
圖4和圖5為外部主機(jī)寫數(shù)據(jù)的流程和時(shí)序，與讀數(shù)據(jù)時(shí)的大體類似。但需要注意的是，規(guī)定外主訪問的最小延遲是3個(gè)總線周期，在實(shí)際系統(tǒng)中還需要根據(jù)具體訪問的存儲(chǔ)器塊來決定。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3．1 硬件設(shè)計(jì) 主芯片使用處理器MPC5554，其內(nèi)部Flash有2 MB，通過EBI模塊進(jìn)行外部訪問。外部主機(jī)使用Altera公司生產(chǎn)的Cyclone II系列FPGA芯片EP2C35F672，芯片的I／O資源豐富，選用的672引腳封裝最大可用I／O為475個(gè)，對(duì)于I／O需求很多的應(yīng)用非常適合。 EP2C35F672的33 216個(gè)LE單元，105個(gè)M4K的RAM塊，可以滿足較高要求的應(yīng)用。 電路板上的電源種類較多，MPC5554需要有5 V、3．3V、1．5 V供電，EP2C35F672需要3．3 V和1．2 V供電，外部輸入則為5 V。采用2片LT1765將5 V轉(zhuǎn)換至3．3 V和1．2 V，1．5 V則利用NJD2783從3．3 V處生成。 根據(jù)圖1所示的連接，將MPC5554的EXTAL、TS、TSIZ[0：1]、ADDR[8：31]、DATA[O：31]、RD_WR、BR、BG、 BB、TA、TEA等信號(hào)線全部接至FPGA的I／O處，其中EXTAL需要引至FPGA的PLL輸出口作為外部輸入時(shí)鐘，其余的都接至普通I／O。 為了方便調(diào)試及觀察結(jié)果，將MPC5554的1路SCI接口引出，通過MAX3232電平轉(zhuǎn)換至RS232電平，然后連至PC上的串口，使用超級(jí)終端程序進(jìn)行觀察。 3．2 軟件設(shè)計(jì) 軟件的設(shè)計(jì)需要MPC5554與FPGA協(xié)同工作。首先需要將MPC5554配置為外主模式，在MPC5554的EBI模塊里共有2個(gè)主要的配置寄存器，分別是EBI模塊配置寄存器EBI_MCR和EBI總線監(jiān)控寄存器EBI_BMCR。 EBI模塊配置寄存器負(fù)責(zé)整個(gè)模塊的基礎(chǔ)配置，MDIS位控制EBI模塊是否啟用，EXTM位配置EBI是否為外主模式，DBM位控制。EBI為32位或 16位數(shù)據(jù)總線，EARP[O：1]用來設(shè)置總線請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)。 EBI總線監(jiān)控寄存器負(fù)責(zé)對(duì)總線監(jiān)測控制，BMT[O：7]位為總線監(jiān)測的超時(shí)周期，BME位控制總線監(jiān)測的使能。 另外，還有一個(gè)總線傳輸錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器EBI_TESR，TEAF位為傳輸錯(cuò)誤標(biāo)志位，BMTF為總線監(jiān)測超時(shí)標(biāo)志位。 EBI模塊的初始化程序?yàn)椋?br />
在讀取操作時(shí)，EBI模塊在接收到FPGA發(fā)來的地址信息后，返回相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)信息；在寫入操作時(shí)，EBI模塊根據(jù)FPGA發(fā)來的地址信息，將數(shù)據(jù)信息寫入相應(yīng)地址。根據(jù)圖2～圖5的流程與時(shí)序，作為外部主機(jī)的FPGA起到發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸并結(jié)束的作用。FPGA部分使用VHDL語言，只附上結(jié)構(gòu)體里的 process部分。
結(jié)語 本文所述的基于MPC5554和FPGA的測試系統(tǒng)已調(diào)試完成，MPC5554內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)器可以通過EBI模塊由外部的FPGA進(jìn)行讀寫。與外掛的存儲(chǔ)器相比，通信讀／寫速度和系統(tǒng)的可靠性都大大提高。在實(shí)際應(yīng)用中，其他處理器也可以像文中的FPGA一樣模擬總線時(shí)序。當(dāng)應(yīng)用中不需要數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，也可將連接配置為普通I／0以作他用，硬件配置靈活。 參考文獻(xiàn) 1. Freescale MPC5553/MPC5554 Microcontroller Reference Manual 2005 2. Altera Cyclone II Device Handbook 2007 作者：安鵬 清華大學(xué) 來源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2009 (3) |
