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外部總線(xiàn)接口大都出現在功能和價(jià)格較高的高端微處理器中。例如，Freescale半導體公司生產(chǎn)的Coldfire和PowerPC微處理器，在低端的微控制器行列中，一般很少出現，主要原因是微控制器一般內部包含了Flash和SRAM，而不是像微處理器那樣需要外擴大容量存儲器放置代碼和運行程序。但是，微控制器也會(huì )遇到需要外擴外部總線(xiàn)設備的情況，筆者在某項目中需要使用MCF51QE128(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“QE128”)微控制器連接外部Flash存儲測試數據，存取速度要求較高，因此無(wú)法使用串行接口的存儲器，只能使用具有地址線(xiàn)和數據線(xiàn)的Flash存儲器。 QE128是Freescale半導體公司推出的Flexis系列的首款產(chǎn)品，具有25 MHz的總線(xiàn)速度和多種外設模塊；還有一個(gè)特點(diǎn)是，其內部包含了與其他微控制器不同的快速GPIO模塊。 1 設計思路 使用微控制器中通用I／O模塊模擬實(shí)現外部總線(xiàn)接口是一個(gè)比較好的方法，但目前微控制器中GPIO模塊一般僅包含8個(gè)I／O口，而大容量的存儲芯片一般的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)都是16位或者更高位數的。這種情況下需要使用2個(gè)GPIO端口組合才能模擬，速度不高。 QE128微控制器中的快速GPIO模塊(RGPIO)是一個(gè)比較特殊的模塊。該模塊直接與處理器的32位內部總線(xiàn)連接，支持字節、字和雙字的訪(fǎng)問(wèn)，支持單周期、零等待的數據傳輸。這種特性與普通的GPIO有較大區別。區別的根本原因在于普通的GPIO模塊都是與微控制器內部的從設備總線(xiàn)連接的。 實(shí)現的關(guān)鍵在于，如何使一個(gè)RGPIO模塊既可以作為地址總線(xiàn)使用，又可以作為數據總線(xiàn)使用。通過(guò)對總線(xiàn)的分析，所有的數據通信都由主設備發(fā)起，然后發(fā)送地址信號，最后發(fā)送數據或接收總線(xiàn)數據，這種操作是有先后順序的�；谶@種分析，將RGPIO模塊分時(shí)復用便可解決此問(wèn)題。 使用QE128快速GPIO實(shí)現外部總線(xiàn)接口的設計示意圖如圖1所示。 RGPIO模塊的16個(gè)引腳連接外部設備的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)(此處需要注意)，各信號線(xiàn)的含義如表1所列。其中的GPIO表示微處理器中方向可以為輸出的通用輸入／輸出引腳。需要注意的是，RGPIO模塊的16個(gè)引腳是與兩個(gè)通用I／O模塊PORTC和PORTE復用的，所以在原理圖設計時(shí)，用作控制信號的GPIO引腳應選擇PORTC和PORTE端口之外的GPIO。另外，如果RGPIO需要內部上拉，則需要設置PORTC和PORFE的內部上拉寄存器。這一點(diǎn)在軟件設計中的外部總線(xiàn)接口初始化函數Exb_Init中有體現。 2 硬件連接實(shí)例 以Atmel公司的單電壓存儲器AT49LV1024A為例。AT49LV1024A存儲容量為128 KB(64K×16位)，工作電壓為3.3 V，可以直接與QE128連接。AT49LV1024A的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)寬度均為16位，控制信號包括芯片使能信號CE、輸出使能信號OE和寫(xiě)使能信號WE。 圖2為QE128與AT491LV1024A的硬件連接實(shí)例。在本實(shí)例中，鎖存器使用的是2片TI公司的8路D型鎖存器74HC373.2片74HC373的鎖存使能LE(Latch Enable)引腳相連，通過(guò)QE128的TE信號控制來(lái)選擇地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)。 地址／數據信號外的其他控制信號使用GPIO控制。本實(shí)例中使用PTF端口的4個(gè)引腳。 3 軟件設計 RGPIO模塊常用的寄存器共有以下6個(gè)：數據方向寄存器RGPIO_DIR、數據寄存器RGPIO_DATA、引腳使能寄存器RGPIO_ENB、數據位清零寄存器RGPIO_CLR、數據位置位寄存器RGPIO_SET和數據位翻轉寄存器RGPIO_TOG。6個(gè)寄存器均為16位寄存器。其中前面3個(gè)寄存器是其他的GPIO口都具有的，后面3個(gè)寄存器是RGPIO模塊比較有特色的地方。這3個(gè)寄存器與數據寄存器RGPIO_DATA的每一位是對應的，將RGPIO_CLR中某一位置為0，則相應RGPIO_DATA的對應位就會(huì )清零。類(lèi)似的，將RGPIO_SET或RGPIO_TOG的某一位置1，則會(huì )將RGPIO_DATA對應位置1或反轉。相對于普通MCU中的讀取數據至累加器→置位→寫(xiě)入寄存器的操作。RGPIO可以減少操作的時(shí)間，具體比較詳見(jiàn)QE128參考手冊中RGPIO一章。 了解底層寄存器后，筆者對外部總線(xiàn)接口實(shí)現的底層函數做了通用性的封裝，共包括3個(gè)函數：外部總線(xiàn)接口初始化函數void Exb_Init(void)；外部總線(xiàn)寫(xiě)函數void Exb_QueuedWrite(word*pAddr，word*pData，bytenTransfer)；外部總線(xiàn)讀函數void Exb_QueuedRead(word*pAddr，word*pData，byte nTransfer)。Exb_QueuedWrite函數進(jìn)行nTransfer次寫(xiě)操作，將數據數組中的數據寫(xiě)入地址數組中的地址。Exb_QueuedRead函數進(jìn)行nTransfer次讀操作，將地址數組中地址對應的數據讀出放人數據數組中。其中Exb_Init函數代碼如下： 根據這3個(gè)通用底層接口函數便可以編寫(xiě)針對不同的外部設備的函數進(jìn)行操作。本文以對AT49LV1024A的Flash存儲器進(jìn)行數據寫(xiě)入和讀出操作為例，基本滿(mǎn)足常用功能的需要。具體的AT49LV1024A存儲器的命令序列請參考該芯片的技術(shù)手冊。 結 語(yǔ) MCF51QE128微控制器的快速GPIO模塊是具有特色的一個(gè)模塊。本文在對該模塊進(jìn)行分析的基礎上給出了實(shí)現高速外部總線(xiàn)的方案，以及硬件連接和軟件底層通用接口，解決了QE128連接外部高速總線(xiàn)設備的問(wèn)題。 |
