TMS320C30系統(tǒng)與PC104進(jìn)行雙向并行通信的方法

摘 要： 給出一種TMS320C30／PLD系統(tǒng)與PC104通過標(biāo)準(zhǔn)并行接口進(jìn)行雙向通信時(shí)擴(kuò)展并口的方法，給出了硬件實(shí)現(xiàn)電路的框圖，分析了通信過程中握手信號的時(shí)序關(guān)系，并列出了通信測試程序的流程圖。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字信號處理（DSP） 可編程邏輯器件（PLD）VHDL并行通信

TMS320C30是TI公司的通用DSP芯片，它有很強(qiáng)的浮點(diǎn)／定點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和很高的處理速度，特別適合于進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集及運(yùn)算處理如FFT，F(xiàn)IR、IIR濾波等。但是，DSP一般I／O能力及文檔處理能力較弱，所以，常常將DSP系統(tǒng)與PC104組成主機(jī)／從機(jī)系統(tǒng)，由PC104擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的各模塊分機(jī)的管理、I/O設(shè)備的通信、文檔處理等任務(wù)；而由DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)處理。

因?yàn)镃30沒有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，需要進(jìn)行擴(kuò)展。與PC機(jī)的通信可以通過標(biāo)準(zhǔn)異步串口進(jìn)行，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)并口進(jìn)行，串口的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、連接較簡單、編程也較方便，因而應(yīng)用較廣泛；但在對實(shí)時(shí)性要求較高的場合，其通信速度往往不能滿足要求，這時(shí)可以通過標(biāo)準(zhǔn)并口進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)并口的擴(kuò)展可以采用通用并行接口芯片，如8255、TL16C552等。但是，由于現(xiàn)在的數(shù)字電路系統(tǒng)一般都包含PLD，可以利用PLD的資源進(jìn)行并行口的擴(kuò)展，這樣做有很多優(yōu)點(diǎn)：利用現(xiàn)有資源，節(jié)省器件成本；節(jié)省電路板尺寸；功能的修改或擴(kuò)展較容易，便于與以后新的接口標(biāo)準(zhǔn)兼容；由于可以根據(jù)實(shí)際需要對通用接口芯片的功能進(jìn)行簡化，軟、硬件的設(shè)計(jì)都更加方便。

１ PC104的并口結(jié)構(gòu)

PC104的并行接口可以工作在PC/AT方式，在這種方式下，接口只能輸出數(shù)據(jù)，主要用于控制打印機(jī)等輸出設(shè)備。也可以工作在PS/2方式，在這種方式下，它可以雙向傳輸數(shù)據(jù)，我們就采用這種方式進(jìn)行PC104與DSP的通信，C30的并口也采用與PC104兼容的結(jié)構(gòu)和編程方式。

標(biāo)準(zhǔn)并口的信號定義如表１所示。

其中包含八位雙向數(shù)據(jù)線（PD0~PD7），四根控制線（輸出）和五根狀態(tài)線（輸入）。

標(biāo)準(zhǔn)雙向并口的控制寄存器如表２所示。

寄存器位的定義與相應(yīng)信號線的定義相同。但是，信號BSY、AFDn、STBn與寄存器中的定義是互為反向關(guān)系的，在編程時(shí)要注意。DIR控制數(shù)據(jù)的流向，為0時(shí)輸出，為1時(shí)輸入。PRINTn是打印機(jī)中斷狀態(tài)位，沒有使用；INT2EN是中斷允許控制位，可以不用，對這兩個(gè)寄存器位不做更多說明。

２并口擴(kuò)展的方法

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

我們采用四線握手制進(jìn)行通信，其連接如圖１所示。

根據(jù)這種要求我們可以設(shè)計(jì)出所需要的并行接口，如圖２所示。與標(biāo)準(zhǔn)并口相比，它只工作在雙向方式；狀態(tài)線、控制線都少一些但是可以根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)充；與CPU的接口采用了較為簡化的設(shè)計(jì)，信號定義如下：CF[7..0]為C30的擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線的低八位，XA[1..0]為擴(kuò)展地址總線的低二位，CS為片選信號，XR/Wn為擴(kuò)展總線的讀寫控制信號，IOSTRBn為擴(kuò)展總線的選通脈沖，INT為并口的中斷信號輸出，采用ACKn的下降沿觸發(fā)V30中斷，與標(biāo)準(zhǔn)并口不同(上升沿)；寄存器的地址偏移量采用與標(biāo)準(zhǔn)并口相同的方式，基地址則可以由系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定。

并行接口的設(shè)計(jì)采用VHDL語言來描述，以適用于不同的PLD器件。

2.2 時(shí)序分析

下面我們描述通信過程的時(shí)序關(guān)系。通信程序在發(fā)送時(shí)采用查詢方式，而接收時(shí)則采用中斷方式。因?yàn)镻C104與C30執(zhí)行程序的速度不同，處理中斷的方式也不同，因而PC104發(fā)往C30與C30發(fā)往PC104時(shí)的握手信號的時(shí)序也有一些區(qū)別，圖３、圖４分別是兩種情況下的時(shí)序圖。圖中，只標(biāo)出了時(shí)序的先后關(guān)系，具體的數(shù)值要遵守并口的標(biāo)準(zhǔn)并在程序調(diào)試中確定。

因?yàn)镻C104的STBn的后沿(上升沿)是個(gè)斜坡(10μs)左右發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后，要延時(shí)一段時(shí)間，待sTBn穩(wěn)定后，才能發(fā)送下一個(gè)字節(jié)；否則，C30的中斷不能可靠觸發(fā)，將造成通信的錯(cuò)誤。發(fā)送速率為每字節(jié)15μs左右。

這種情況下限制發(fā)送速度的因素主要是PC104響應(yīng)和處理通信中斷的時(shí)間，對C語言編寫的接收程序進(jìn)行優(yōu)化也可以使通信速度控制在15μs左右。

2.3 軟件流程圖

下面我們舉一個(gè)例子來說明PC104與C30進(jìn)行通信的過程。在這個(gè)調(diào)試程序中，PC104先發(fā)送一組數(shù)據(jù)，C30接受完后再返回一組數(shù)據(jù)給PC104，然后通信結(jié)束。圖５、圖６、圖７、圖８描述的分別是PC104上的主程序、接收中斷服務(wù)子程序、C30上的主程序以及接收中斷服務(wù)子程序的流程圖。

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