采用CPLD增強(qiáng)單片機(jī)P89C669外部設(shè)備擴(kuò)展能力

P89C669是PHILIPS半導(dǎo)體一款51MX(存儲(chǔ)器擴(kuò)展)內(nèi)核的微處理器，其指令執(zhí)行速度2倍于標(biāo)準(zhǔn)的80C51器件，線(xiàn)性地址經(jīng)擴(kuò)展后可支持高達(dá)8 MB的程序存儲(chǔ)器和8 MB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這是他相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核的最大優(yōu)點(diǎn)。

目前的單片系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，擴(kuò)展的外部設(shè)備也更多，如果能充分利用P89C669的豐富的線(xiàn)性地址資源，將能大大增強(qiáng)系統(tǒng)能力。在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，筆者采用ALTERA公司的CPLD target=_blank>CPLD芯片EPM7032利用這款單片機(jī)的線(xiàn)性地址擴(kuò)展了豐富的外部設(shè)備資源。

1 P89C669的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

1.1 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

P89C669的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)為哈佛結(jié)構(gòu)，地址分配如表1所示。

從表1可見(jiàn)，P89C669對(duì)傳統(tǒng)的51內(nèi)核的3部分存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的擴(kuò)展，各個(gè)部分的片內(nèi)存儲(chǔ)空間也增加了，如內(nèi)部數(shù)據(jù)空間有1 280 B在片內(nèi)，外部數(shù)據(jù)空間有768 B在片內(nèi)，有96 kB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)空間等。

尋址指令除了傳統(tǒng)的MOV，MOVX，MOVC外，EMOV指令與24位的通用指針寄存器EPTR可尋址16MB的全部空間，但是所占用的指令周期也較長(zhǎng)。

擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空問(wèn)HDATA除了768 B在片內(nèi)外，其余地址空間可以用來(lái)擴(kuò)展外部設(shè)備(其實(shí)只要把片內(nèi)的768 B通過(guò)指令將其屏蔽，也可以用來(lái)擴(kuò)展外部設(shè)備)。

1.2 P2口的讀寫(xiě)時(shí)序分析

尋址8 MB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，需要有23 b的地址尋址能力，P89C669將傳統(tǒng)51內(nèi)核的P2高位地址時(shí)分復(fù)用，從而得到23 b地址尋址能力，時(shí)序圖如圖1所示，即當(dāng)使用23 b地址時(shí)，ALE為高時(shí)，地址位A16～A22輸出到P2.0～P2.6；ALE為低時(shí)，地址位A8～A14輸出到P2.0～P2.6。無(wú)論ALE為何值，位地址A15都從P2.7輸出。

2 系統(tǒng)外部設(shè)備擴(kuò)展需求

在某產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，擴(kuò)展的外部設(shè)備比較豐富，利用P89c669的23 b地址尋址能力進(jìn)行設(shè)備地址編碼，所以需要對(duì)23 b地址的時(shí)序邏輯進(jìn)行處理，處理單元交給一塊ALTERA公司的CPLD(EPM7032)。

EPM7032具有32個(gè)邏輯單元，約600個(gè)門(mén)級(jí)單元，可用IO口36個(gè)，內(nèi)置IEEE std.1149.1 JTAG，方便可編程下載。

在滿(mǎn)足系統(tǒng)資源的前提下，選用EPM7032，將P89C669的P2口作為處理單元輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)CPLD的內(nèi)部邏輯進(jìn)行譯碼或數(shù)據(jù)鎖存，以獲得各個(gè)外部設(shè)備資源的選擇信號(hào)及少量的控制信號(hào)，如圖2所示。

在本設(shè)計(jì)中，共需要得到設(shè)備選擇信號(hào)如SRAM芯片M68AF127B的片選CS_RAM，2個(gè)FLASH ROM芯片SST29SF040的片選CS_ROM0，CS_ROM1，模擬多路選擇器SN74LV4052的使能信號(hào)線(xiàn)CS_4052，另外還有一些控制信號(hào)線(xiàn)，這里就不一一介紹。

實(shí)際上，P2口引入CPLD，就P89C669的23 b地址線(xiàn)而言，用來(lái)地址譯碼和少量的控制信號(hào)等主要是利用最高的幾位，在本設(shè)計(jì)中，由于SST29SF040用到地址線(xiàn)A0～A18，所以CPLD的地址譯碼處理只能是利用剩下的A19～A22，這將在下文的CPLD的譯碼單元可以看到。

A0～A7低地址采用74HC573進(jìn)行鎖存，A16～A18地址內(nèi)容采用74HC574進(jìn)行鎖存，如圖3所示。

M68AF127B，SST29SF040，74HCA052的功能連接圖如圖4所示，74HC4052用于UART口的擴(kuò)展，如圖5所示。

3 EPM7032S的邏輯設(shè)計(jì)

CPLD的設(shè)計(jì)采用原理圖的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)便快捷，如圖6所示，采用74374模塊鎖存P2口的輸入信號(hào)，ALE反向后得到_ALE作為74374的鎖存時(shí)鐘線(xiàn)輸入。

對(duì)高位的地址線(xiàn)A19～A22進(jìn)行地址譯碼，獲得各芯片的片選線(xiàn)，如圖7所示。

如果不是對(duì)SST29SF040進(jìn)行讀寫(xiě)，則高位地址線(xiàn)A16～A18仍然可以利用，這里將其作為74HC4052的3個(gè)輸入控制線(xiàn)A，B，INH，即圖8中的A_4052，B_4052，CS_4052。

4 KeilC51平臺(tái)的外部設(shè)備測(cè)試

編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是在KeilC51的平臺(tái)上，由于利用了P89C669的23 b地址線(xiàn)，在C51的平臺(tái)上采用指針讀寫(xiě)設(shè)備很方便，這里給出讀寫(xiě)SRAM芯片M68AF127B的C源代碼例子，以供參考。

以上3句為測(cè)試SRAM的測(cè)試代碼，START_EX-TRAM為SRAM芯片的起始地址(可根據(jù)CPLD的內(nèi)部設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的修改)，第2，3句分別是寫(xiě)、讀數(shù)據(jù)的宏。

5 結(jié) 語(yǔ)

利用P89C669的23 b的線(xiàn)性地址并采用CPLD擴(kuò)展外部設(shè)備資源可以說(shuō)是不錯(cuò)的一個(gè)方法，對(duì)外部設(shè)備的訪(fǎng)問(wèn)將顯得更加簡(jiǎn)便，當(dāng)然，在成本方面系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師也要加以考慮，并最終尋找一個(gè)性?xún)r(jià)比最高的方案。