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1 引 言 近幾年來，隨著低價位DSP芯片的出現(xiàn)，他已被廣泛應(yīng)用到控制與測量領(lǐng)域中。國內(nèi)的DSP芯片以TI公司的TMS320系列為主流。這種微處理器對外的數(shù)據(jù)和地址總線結(jié)構(gòu)形式為非多路復(fù)用方式，不能與多路復(fù)用形式的外圍接口芯片(如CAN控制器SJA1000)直接相連。國內(nèi)、外也沒有一款專用集成芯片來實現(xiàn)非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。 文獻[1]提出了一種轉(zhuǎn)換方法，是將DSP的數(shù)據(jù)線作為CAN控制器的數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，用DSP的地址線A0作為地址、數(shù)據(jù)選擇線。A0=1時，地址有效；A0=0時，數(shù)據(jù)有效，即用奇數(shù)地址傳送地址，用偶數(shù)地址傳送數(shù)據(jù)。雖然此方法實現(xiàn)起來電路簡單，但在編程時，程序員必須考慮發(fā)送的數(shù)據(jù)何時作為CAN控制器的地址，何時作為CAN控制器的數(shù)據(jù)，沒有從根本解決非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。 本文以TMS320F206與SJAl000連接為例，提出采甩復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD，完全用硬件實現(xiàn)非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。 2 多路復(fù)用總線的信號和時序 2．1 SJAl000接口的主要信號說明 CAN控制器SJAl000提供的微處理器接口方式為典型INTEL或MOTOROLA地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線模式，主要信號有地址數(shù)據(jù)信號AD7～AD0，地址選通信號ALE，片選信號CS，讀信號RD，寫信號WR，模式選擇信號MODE。當MODE=1時，為INTEL模式；當MODE=0時，為MOTOROLA模式。后面描述的地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線模式均為INTEL模式。 圖1，圖2分別為INTEL模式讀、寫周期時序[2]。AD7～AD0引腳在ALE有效時，傳送的是地址信號，在RD或WR有效時，傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號。 2．2 SJAl000時序分析 以SJAl000的讀時序(圖1)為例，說明在設(shè)計轉(zhuǎn)換橋時，多路復(fù)總線的各信號必須滿足時間參數(shù)要求。ALE的脈沖寬度tw(AL)最小為8 ns；地址信號(A7～A0)建立到ALE變?yōu)榈碗娖剿钑r間tsu(A-AL)最小為8 ns；RD的有效脈寬tw(R)最小為40 ns；RD為低電平到數(shù)據(jù)信號(D7～D0)有效所需時間tRLQV最大為50 ns；RD變?yōu)楦唠娖降降刂窋?shù)據(jù)線釋放(即高阻狀態(tài))所需時間(tRHDZ)最大為30 ns。 3非多路復(fù)用總線的信號和時序 3．1 TSM320F206總線主要信號說明 TSM320F206的總線接口方式采用了地址和數(shù)據(jù)分離的形式。其主要信號有地址信號A0～A15，數(shù)據(jù)信號DO～D15，讀信號RE，寫信號WE，閘門信號STRB，I/O空間選擇信號IS，數(shù)據(jù)存儲器選擇信號DS，程序存儲器選擇信號PS，機器時鐘輸出信號CLKOUT1。當對外部數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器或I/O空間訪問時，STRB有效，若對外部I/O訪問時(即程序中使用PORTR，PORTW指令)，IS有效。 TMS320F206的讀寫時序[2]如圖3和圖4所示。I/O的讀或?qū)懝ぷ髦芷谝话阍趦蓚�機器周期內(nèi)完成，在此期間，IS信號地址信號一直保持有效；閘門信號STRB發(fā)生在第一個機器周期有效后并保持一個機器周期以上；RE和WE有效時，數(shù)據(jù)有效。在兩次連續(xù)的寫操作(如圖4所示)，WE的有效間隔時間tw(WH)最小為(2H-4)ns，而兩次連續(xù)的讀訪問(如圖3所示)，RE的有效間隔時間tw(RDH)為(H-4)ns-H ns，其中H為0．5倍的機器時鐘周期，可見連續(xù)的讀、寫操作時，RE，WE的有效間隔不同，在設(shè)計電路時，應(yīng)注意此細節(jié)。在連續(xù)的讀或?qū)懖僮鲿r，IS信號一直為有效電平'0'，無法以此信號作為產(chǎn)生SJAl000的ALE、讀、寫信號起始基準，而在寫周期時，STRB與WE的變化始終保持一致，因此在產(chǎn)生SJAl000寫周期時，可以用STRB作為ALE、寫信號WR產(chǎn)生的起始基準信號。但是TSM320F206在連續(xù)的讀操作時，STRB一直保持為低電平，可見在產(chǎn)生SJAl000讀、寫操作周期時，無法單獨以他作為ALE，RD信號產(chǎn)生的起始基準，需與IS，WE，RE進行邏輯組合作為SJAl000讀、寫操作周期的起始基準信號。 此轉(zhuǎn)換橋如果用中規(guī)模集成電路(74系列)實現(xiàn)比較復(fù)雜，工作頻率又較高，布線時稍不合理，易引起干擾，使得電路工作不穩(wěn)定，因此采用高可靠性的復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD，用硬件描述語言VHDL來實現(xiàn)。 4．1轉(zhuǎn)換橋引腳信號定義 圖5為轉(zhuǎn)換橋的時序仿真結(jié)果，其中轉(zhuǎn)換橋的各引腳信號與TMS320F206和SJAl0001引腳信號對應(yīng)為：fabl7接A0～A7；fdb7接DO～D7；fds接IS；fstrb接STRB；fwe接WE；frd接RE；fcp接CLKOUT1；ale接ALE；adb7接AD7～AD0；wr接WR；rd接RD。 4．2 SJA1000的讀、寫周期的使能信號和起始基準確定 轉(zhuǎn)換橋的基準時鐘fcp為TMS320F206的機器時鐘輸出信號CLKOUT1。fcp為20 MHz的方波信號。因為TMS320F206的讀或?qū)懝ぷ髦芷谝话銥?～2個機器周期，此時基準時鐘fcp最多含有4個邊沿狀態(tài)，無法完成非多路復(fù)用到多路復(fù)用的轉(zhuǎn)換，所以通過軟件等待設(shè)置[4]，使TMS320F206對外部總線操作時，由原來所用的1個機器時鐘周期，延長到4個機器時鐘周期，邊沿狀態(tài)個數(shù)增加了4倍，另外fcp的脈寬為25 ns，這樣可以保證轉(zhuǎn)換橋輸出的多路復(fù)用總線時序的時間參數(shù)滿足SJAl000的時序要求。從上面時序分析中可以確定出，SJAl000的讀、寫周期的使能信號(IS)和起始基準信號(STRB，WE，RE)邏輯組合。IS作為轉(zhuǎn)換橋的片選信號，當IS為'0'，轉(zhuǎn)換橋工作，否則轉(zhuǎn)換橋的各輸出信號被懸掛。當IS為'0'，STRB為'0'，WE為'0'，RE為'1'時，DSP開始對外部I/O進行寫操作，在后面緊跟的4個DSP機器周期產(chǎn)生出1個SJAl000的寫周期；當IS為'0'，STRB為'0'，WE為'1'，RE為'1'時，DSP開始對外部I/O進行讀操作，同樣在后面緊跟的4個DSP機器周期產(chǎn)生出1個SJAl000的讀周期。 4．3讀操作轉(zhuǎn)換過程 通過軟件等待設(shè)置，使DSP的I/O讀、寫操作需4個機器時鐘周期。第一個時鐘周期的上升沿產(chǎn)生ale信號(脈寬為O．5倍的機器時鐘周期)，同時將DSP輸入的低8位地址fab17鎖存并送到地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線adb7，并保持直到第二個時鐘周期的上升沿為止，此時adb7為高阻狀態(tài)。第三、第四個時鐘周期DSP的讀信號。frd有效，將此信號直接送到rd引腳，此時adb7引腳的數(shù)據(jù)直接送給fdb7引腳，讀操作結(jié)束。 4．4寫操作轉(zhuǎn)換過程 在寫操作的4個時鐘周期中，第一個時鐘周期的上升沿產(chǎn)生ale信號(脈寬為一個機器時鐘周期)，同時將DSP輸入的低八位地址fabl7引腳的信號送到adb7上，并保持到第三個時鐘周期結(jié)束。第四個時鐘周期的上升沿產(chǎn)生寫信號wr(寬度為一個時鐘周期)，在DSP。寫信號few的上升沿處鎖存數(shù)據(jù)線fdb7來的信號，并將其送到adb7引腳上，延時到第五個時鐘周期把adb7變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，寫操作結(jié)束。 5 結(jié) 語 本文提出的非多路復(fù)用總線到多路復(fù)用總線轉(zhuǎn)換橋采用了Xilinx公司的CPLD芯片X(295144-15-PQl00,并使用該公司開發(fā)集成環(huán)境Fundation F3．1i，將其集成為一塊專用芯片。實現(xiàn)了DSP微處理器TM320F206與CAN控制器SJAl000連接，通過大量的實驗測試，此轉(zhuǎn)換橋工作非常穩(wěn)定，現(xiàn)已應(yīng)用到電力網(wǎng)絡(luò)饋線遠程終端裝置(FTU)中。 |
