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精简ISA总线扩展应用实例    发布时间:2008-8-1    被阅览数:

        英创公司的嵌入式主板系列产品为了支持客户的各种应用扩展,所有的ARM9系列和X86系列的嵌入式主板均带有精简ISA扩展总线。ISA总线是PC机最经典的扩展总线(在嵌入式领域,通常以PC104总线的形式出现),在工业控制领域有着广泛的应用,以及深厚的应用基础。所谓精简ISA总线就是在保持通用ISA总线时序不变的前提下,仅保留常用的总线信号,以最大限度的减少总线总的信号数量,以适应模块的小型化。英创公司的精简ISA总线包括8位数据总线、5位地址总线(可扩展到13位)、片选控制线、读写控制线以及中断请求线。英创公司所提供的评估开发底板将这些信号线制定了一个接口标准,采用双排20芯 IDC插针,用户可利用精简ISA总线进行系统功能的扩展。

 

        在英创的精简ISA总线中,设置了2条独特的片选控制信号CS0#和CS1#,这样就省去了大量的高位地址总线。CS0#和CS1#为低电平有效的脉冲信号。在x86 系列的嵌入式产品中,CS0#片选信号的地址区域为0x200–0x21F,CS1#片选信号的地址区域为0x300 – 0x31F。在ARM9系列的嵌入式产品中,客户就不用关心精简ISA总线的绝对地址,只要选定一个片选信号及基于这个片选的地址偏移量即可。如在X86系统下选用了CS1作片选信号,对0x301进行操作,则相对于ARM系统,可使用CS1#、地址偏移量为1的端口。ARM9系列板卡的CS0#、CS1#所对应的地址区域范围有所不同。EM9000有13条地址线,每位片选可访问8K的地址空间。EM9160、EM9161的每位片选可访问32 个地址空间。EM9260、EM9360的CS0#可访问到8K的地址空间,CS1#可访问到1K的地址空间。

 

        以下是英创公司所提供的精简ISA扩展总线接口的信号定义:

信号名称及简要描述

精简ISA信号名称及简要描述

PIN#

PIN#

  RESET#,复位输出,低有效

12

  SA0,地址总线

  SD0,数据总线,LSB

34

  SA1,地址总线

  SD1,数据总线

56

  SA2,地址总线

  SD2,数据总线

78

  SA3,地址总线

  SD3,数据总线

910

  SA4,地址总线

  SD4,数据总线

1112

  WE#,写信号控制线,低有效

  SD5,数据总线

1314

  RD#,读信号控制线,低有效

  SD6,数据总线

1516

  CS1#,I/O片选线,低有效

  SD7,数据总线,MSB

1718

  VCC,电源输出

  IRQ,中断请求,上升沿有效

1920

  GND,公共地

 

        为了便于用户理解精简ISA总线接口如何进行编程,本节以x86指令和ARM系统为例,简单介绍基于英创嵌入式主板的精简ISA的应用。由于x86、EM9000、EM9x6x三种系统的ISA总线读写操作函数不一样,所以在具体使用时,应当参考相应的'*.h'文件。以下是基于英创的嵌入式主板的精简ISA总线操作指令表,以便查询:

系统

ISA读

ISA写

  x86系列  inport( ) 或 inportb( )  outport( ) 或 outportb( )
  EM9000  EM9000_READ( )  EM9000_WRITE( )
  EM9x6x系列  ISA_ReadUchar( )  ISA_WriteUchar( )

 

        X86系统使用DOS操作系统,其指令也是标准的C函数,所以操作ISA时使用的时绝对地址。ARM嵌入式主板使用的WINCE操作系统,存在地址映射问题,同时使用户更加方便对ISA的使用,所以对ISA操作的过程被封装成一个操作函数后再提供给用户,在对ISA操作时不需要给出绝对地址,但是需要指明所使用的片选信号及基于当前片选信号的偏移地址。下面的读操作也是相同的。

 

ISA总线的写操作:


        C语言ISA总线写操作函数:

        outportb ( 0x301,  ub1 ); // 将ub1的数据写入0x301地址或寄存器


 

        EM9000 ISA总线写操作函数:

        #define CS1# 1  // ARM系统的CS1片选信号的定义,以下不再说明
        EM9000_WRITE ( CS1# , 0x1 , ub1 ); // 将ub1的数据写入CS1片选信号使能的1偏移地址


 

        EM9x6x ISA总线写操作函数:

        ISA_WriteUchar ( CS1#, 0x1 , ub1); // 将ub1的数据写入CS1片选信号使能的1偏移地址


 

        对应的总线写时序图为(本文中的总线周期示意图以ARM系列模块为例):

 

ISA总线的读操作:

 

        C语言ISA总线读操作函数:

        UCHAR ub1 = inportb ( 0x301 ); // 将0x301地址或寄存器的数据读入ub1


 

        EM9000 ISA总线读操作函数:

        UCHAR ub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 ); // 将CS1片选信号使能的1偏移地址的数据读入ub1 


 

        EM9x6x ISA总线读操作函数: 

        ISA_ReadUchar ( CS1#, 0x1 , &ub1); // 将CS1片选信号使能的1偏移地址的数据读入ub1


 

        对应的总线时序关系为:

 

        如果应用程序要读写一个16-bit的数据,即一个字时,在x86系统中,可以使用:

        unsigned int ui1 = inport(0x301);  // 读16位数据

        outport(0x301, ui1);     // 写16位数据

 

        利用C函数一次性完成操作,在ISA总线上会自动生成两个8位数据的读写周期,分别访问低位字节和高位字节。在AD、DA的访问中经常会碰到这样的情形。

 

        对ARM9系统,应用只能通过两次调用总线读写函数分别处理16位数据的低位字节和高位字节,如用EM9000 ISA读写操作为例:

        UCHAR ub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 );  // 获得低位字节。
        UCHAR ub2 = EM9000_READ ( CS1# , 0x2 );  // 获得高位字节。
        ui1 =( ub2 << 8)| ub1;               // 高低位字节合成16位数据

 

        如果是写操作,则使用同样的方式:

        EM9000_WRITE ( CS1# , 0x1 , (ub1&0xff) );     // 写低字节数据
        EM9000_WRITE ( CS1# , 0x2 , (ub1>>8) );  // 写高字节数据

 

        在使用精简ISA总线进行扩展时,为了使总线的信号传输更加可靠,应在总线上的所有信号线加上RC网络以达到最佳的信号传输,同时,在高速的数据总线上,可以使用HCT245作一次驱动。如下图所示:

 

 

 

扩展应用

 

1、用精简ISA进行数据I/O扩展

        用户如果使用的I/O较多,英创提供的嵌入式主板上的数据I/O又不够使用要求,则用户可以使用精简ISA总线来进行扩展。仅使用3片简单的74逻辑器件,就可方便扩展出8路输入8路输出。英创公司的ETA716扩展模块就是按照这种方式来实现的。

 

        接口译码电路用一片74HCT139做完成。

 

        在X86系统下,应用程序执行读操作时:

        unsigned char ub1 = inportb ( 0x300 );  // 把外部状态读取并存放到ub1中

 

        在EM9000系统下,应用程序执行读操作:

        UCHAR ub1 = EM9000_READ (CS1# , 0x0);

 

        74HCT245被译码信号RD300H#选通,外部的输入状态INPUT0 – INPUT7将呈现在数据总线SD0 – SD7上,CPU将在RD300H#的上升沿时刻把总线上的数据锁存到ub1。

 

        类似的,当应用程序执行写操作时:

 

        X86系统下写:

        outportb ( 0x300 , ub1 );  // 把ub1数据输出送到0x300端口

 

        在EM9000系统下:

        EM9000_WRITE (CS1# , 0x0 , ub1);

 

        把ub1的数据送到ISA数据总线上,译码信号WE300H#变低有效,并在其上升沿时刻把总线上的数据锁存到74HCT273的8个寄存器中,74HCT273的8个寄存器的输出OUTPUT0 – OUTPUT7将保持不变,直至有新数据写入。当系统复位或上电启动时,低有效的复位信号RESET#将保证把74HCT273的输出清零。

 

2、用精简ISA总线进行A/D采集扩展(应用模块:ETA197)

        用户还可以通过精简ISA总线来扩展具有通用并行接口的A/D转换器,以实现简单的数据采集。以下是通过ISA总线连接MAX197的信号接法,由于MAX197只有12位数据宽度,这里使用SA0地址线来作为高、低字节数据的选择,正好形成了两个连续的地址,方便函数的操作。

 

        对MAX197进行AD转换的基本步骤为:

 

        X86系统下:

        1、写控制字节,启动AD转换:outportb(0x300, CtrlByte); 
        2、延时15us
        读取转换数据:unsigned int ub1 = inport(0x300);
        // ub1为读入的16位数据

 

        或EM9000系统下:

        1、写控制字节,启动AD转换:

        EM9000_WRITE(CS1# , 0x0 , CtrlByte );

        2、延时15us

        3、读取转换数据:

        ub1 = EM9000_READ(CS1# , 0x0 );

        ub1 = ub1 << 8 ;

        ub1 = ub1 | (EM9000_READ(CS1# , 0x0 ) & 0xff );

 

        对于不同的系统,请参见相应的ETA197测试程序。

 

3、用精简ISA总线进行串口扩展(应用模块:ETA502)

        同样的,用户也可以使用精简ISA总线来扩展串口,如使用16C550芯片等。一片16C550需要占用8个I/O端口地址,所以,要使用到三条地址线,且这三条地址线最好是连续的地址线,以方便应用程序的开发与控制。 要注意的是,16C550的复位是高电平复位,而精简ISA总线上的复位信号是低信号复位有效,所以在使用时,要将ISA总线上的复位信号进行反向,再连接到16C550的复位上。如果要控制MODEM,则需要将16C550输出的信号经过RS232电平信号转换芯片的转换,再接一个DB9的接头,则构成了一个标准的RS232通讯接口。

 

 

 

 

        除了以上的应用以外,用户还可以利用英创的精简ISA总线,方便地完成其它多种功能模块的扩展,如10M/100M以太网口、CAN总线接口、USB主控模块、24位通用数字IO等等,英创公司也相应地提供了应用模块ETA719、ETA718、ETA701、ETA608、 ETA724等供客户参考。

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