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在通信領域，摩托羅位的PowerPC（如MPC850、MPC860、MPC8260等）的應用越來越廣泛。由于這些嵌入式CPU上集成著豐富的通信資源（如快速以太網接口、多個串口等），而且有較高的運行速度和較低的價位，故在一些遠程測控領域的應用也越來越多。同時在許多系統中都需要實時時鐘，而應用最廣泛的當數Dallas的時鐘芯片。摩托羅拉的PowerPC系列地址線和數據線是獨立的，而Dallas的時鐘芯片的地址線和數據線是復用的。本文以MPC860和DS1687為例，給出接口的設計方法和電路。因為用CPLD來實現，進步增加了通用性。 1 DS1687的功能和時序特點 在我們開發的寬帶接入服務器（BNAS）中用到了MPC860，作為客戶端與RADIUS服務器配合實現對用戶信息的認證、鑒權、計費等功能。在處理計費信息時需要有實時時鐘基準，我們選擇了Dallas的DS1687實時時鐘芯片。DS1687的引腳分布如圖1所示。 DS1687具有以下主要功能： *集成晶振和鋰電池，芯片中RAM的數據在掉電后不會丟失； *解決千年蟲問題； *集成242字節的NVRAM； *可編程方波輸出； *輸出32.768kHz信號，以支持電源管理功能； *在不加電時數據至少保存10年。 DS1687的CPU接口為地址線數據線復用，讀寫時序分別如圖2和圖3所示。 2 MPC860的時序特點 MPC860有異步和同步兩種總線接口，分別稱為CPU和GPCM。UPM連接同步操作芯片，如SDRAM、SSRAM，具有較高的總線速度；GPCM連接異步操作的芯片，如異步時序內存、異步時序的專用芯片。MPC860的GPCM接口是地址和數據非復用的，基本操作時序如圖4所示。為了簡單起見，將讀寫時序在同一幀圖上描述。其中片選讀信號OE和寫信號WE的上升或下降沿的位置可通過設置寄存器進行調整。 3 接口的設計原理和具體實現 從DS1687的時序看出，在一次讀或寫的操作中，地址/數據線先出現地址后出現數據；而GPCM接口在一次操作中，數據線輸出數據，地址線輸出地址。從這個特點出發，設想用MPC860的兩次操作產生的時序來完成DS1687的一次操作。具體思路如下：把MPC860的數據線（D0…D7）與DS1687的地址/數據線（AD0…AD7）相連，通過MPC860的GPCM口直接輸出的地址A11（也可根據內存空間劃，隨著選擇一根地址線）、片選CS5（MPC860共有8個片選輸出）、讀信號OE和寫信號WE的邏輯運算產生DS1687的ALE信號、讀信號DS_RD、寫信號DS_WE和片選信號DS_CS。邏輯運行如下： ALE=!(CS5)+A11+WE) DS_RD=OE+!A11 DS_WE=WE+!A11 DS_CS=CS5+/A11 上述邏輯用或門、非門很容易實現，但在本系統中，還要實現MPC860上電配置字設置、長監控時間的看門狗、MPC860與其它專用芯片的接口等其它功能，故選擇可編程邏輯器件PLD來完成這些功能。隨著PLD器件密度的提高和價格的下降，在系統中的應用會越來越廣泛。在本設計中選擇了Xilinx公司的CPLD器件XC95144。它屬XC9500系列，由多個功能塊（FB）和I/O塊（IOB）組成，由開關矩陣FastCONNECTII完全互連。IOB提供器件的輸入和輸出緩沖，每個FB提供具有54個輸入和18個輸出的可編程邏輯的容量。該系列54個輸入和18個輸出的可編程邏輯的容量，該系列都是在系統可編程的，編程/擦除次數最少為1萬次。CPLD的延時可以預測，適合作小規模的、對時序要求嚴格的邏輯。設計采用圖形輸入方式，邏輯原理如圖5所示。 下面分析該電路的工作過程。當MPC860對DS1687進行讀操作時（假設讀取地址0x55的數據），首先執行一條地址為0x07060000,數據為0x55的寫指令： REG8（0x07060000）=0x55 地址可根據系統定，但要保證A11=0，此時DS_RD、DS_WE、DS_CS均無效。DS1687的ALE信號在下降沿將AD0～AD7上的數據鎖存作為地址，從ALE的表達式看到，ALE的下降沿正是WE的上升沿，而此時AD0～AD7上的數據也正是是指令寫入的數0x55，也就是DS1687在ALE下降沿把0x55鎖存作為地址。緊接著執行一條讀取指令： value=REG8（0x07160000） 應保證讀操作地址的A11=1。由操作時序和邏輯表達式可知，此時 ALE=0 DS_CS=CS5 DS_RD=OE 在DS_RD（OE）的上升沿，將0x55單元處的數據鎖存進MPC860的value單元。 當MPC860對DS1687進行寫操作時（假設地址為0x55，寫入的數據為0xaa），需要兩條寫指針，第一條與讀DS1687操作時相同，目的是把地址寫入DS1687： REG8（0x07060000）=0x55 第二條同樣是一條寫指令： REG8（0x07160000）=0xaa 但目標地址要保證A11=1，此時接口輸出的信號值為： ALE=0 DS_CS=CS5 DS_WE=WE 在DS_WE（即WE）的上升沿，將數據鎖存進DS1687。 4 小結 在實際使用過程中，可以將讀寫DS1687分別編成一個函數，簡化編程。該方法不僅適合于MPC860和DS1687的接口，也適合其它的數據地址非復用的CPU和數據地址復用的外圍芯片的接口。該接口設計在BNAS系統中成功使用之后，已陸續在公司其他部門得到了應用。 |
