1、年月日第卷第期現(xiàn)代電子技術(shù)基于的總線與通信接口設(shè)計(jì)尹志生，鄭楠，崔洋，閏豐）（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春摘要：總線作為最早的國(guó)際通用開放式總線，已廣泛應(yīng)用到工業(yè)過程控制、軍事應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域。但是由于總線的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在開發(fā)基于總線的工控系統(tǒng)中，與總線的通信接口設(shè)計(jì)成為了瓶頸問題。為此，根據(jù)總線協(xié)議要求，采用完成了總線與通信接口的核設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了電路板研制和通信功能的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了處理器與總線的數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)鍵詞：總線；雙口中圖分類號(hào)：；】文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（），（，）：，：；自行設(shè)計(jì)橋接電路，采用外置雙口實(shí)現(xiàn)了總線和多處理器的數(shù)據(jù)交換，但由于（）總線是

2、一種采用外置，需要額外的邏輯控制電路，集成度不高，通用性欠佳。文中基于核思想采用芯片完成了從接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)讀寫、中斷控制、以及地址譯碼接口邏輯功能，簡(jiǎn)化了處理器與總線的連接，為開發(fā)通用的從設(shè)備接口提供了新思路。通信接口總體設(shè)計(jì)主從結(jié)構(gòu)、異步非復(fù)用傳輸模式的計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)，支持位、位、位尋址及位、位、位、位數(shù)據(jù)傳輸。自年推出之后，由于具有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范和強(qiáng)大的兼容性、并行性和高可靠性一直是實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的首選機(jī)型，而被廣泛應(yīng)用于航空電子、雷達(dá)信號(hào)處理及光刻設(shè)備等其他有高可靠性特殊要求的大規(guī)模并行多處理器系統(tǒng)中。在實(shí)際從板設(shè)計(jì)時(shí)，為了縮短設(shè)計(jì)周期，一般都選用專業(yè)公司現(xiàn)成的接口芯片，如公司的或

3、公司的系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)的確定總線系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)可以分為類：數(shù)據(jù)傳作為總線橋控制芯片，但是它們都需要外圍邏輯電路配合、局部總線的接口轉(zhuǎn)換。所以采用專業(yè)公司的，不僅價(jià)格昂貴，開發(fā)周期不一定短。因此，開發(fā)基于總線的應(yīng)用模塊，特別是從設(shè)備，自主設(shè)計(jì)接口通信模塊成為了一種相對(duì)高效、簡(jiǎn)單的途徑。西安電子科技大學(xué)的柳兵，蘇濤等學(xué)者就輸總線（）、仲裁總線、優(yōu)先中斷總線和實(shí)用總線。每一類都包括一條總線以及與之相關(guān)的功能模塊，它們共同完成某一確定的功能。但作為從板接口的設(shè)計(jì)，有些信號(hào)是可以不實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)外部總線的特點(diǎn)（以為例），采用的通信方式是（位地址位數(shù)據(jù)寬度），進(jìn)而對(duì)總線中的部分信號(hào)收稿日期：進(jìn)行精簡(jiǎn)，只保留

4、目標(biāo)設(shè)備所必需的信號(hào)：地址信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)，地址修改信號(hào)，地基金項(xiàng)目：國(guó)家重大專項(xiàng)專題（）萬方數(shù)據(jù)第期尹志生，等：基于的總線與通信接口設(shè)計(jì)址有效信號(hào)，數(shù)據(jù)有效信號(hào)，總線報(bào)錯(cuò)信號(hào)，數(shù)據(jù)寬度控制信號(hào)，數(shù)據(jù)應(yīng)答信號(hào)，讀寫控制信號(hào)，系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，中斷申請(qǐng)。方主要涉及的信號(hào)為：外部地址總線，外部數(shù)據(jù)總線，區(qū)域片讀寫操作都是異步的。所以，對(duì)此雙口進(jìn)行讀寫操作時(shí)需要完成異步向同步的轉(zhuǎn)換。讀寫控制邏輯設(shè)計(jì)外部總線讀寫控制邏輯設(shè)計(jì)的讀寫時(shí)序如圖所示。讀操作時(shí)，數(shù)據(jù)需在讀信號(hào)上升沿前有效，即讀寫模塊應(yīng)在此前準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)（完成對(duì)雙口的讀取）；寫操作時(shí)，由于數(shù)據(jù)在上升沿后保持一段時(shí)間，即讀寫模塊可在此時(shí)刻獲取總線數(shù)據(jù)，并

5、向雙口進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)上述思路，設(shè)計(jì)的讀寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖所示。整個(gè)狀態(tài)機(jī)主要分為：，五個(gè)狀態(tài)。其中各個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件輸入如圖所示，讀寫同步時(shí)序鐘的上升沿在，輸出。選信號(hào)，讀寫控制信號(hào)，。接口邏輯方案設(shè)計(jì)根據(jù)總線設(shè)備接口電路功能設(shè)計(jì)要求，接口板卡數(shù)據(jù)總線寬度為位，地址總線寬度為位?？偩€與之間的通信通過操作系統(tǒng)內(nèi)部的雙口來完成，接口需要實(shí)現(xiàn)的邏輯功能包括：總線讀寫；外部總線讀寫；中斷申請(qǐng)與處理。根據(jù)以上思路，總體功能結(jié)構(gòu)及模塊劃分關(guān)系如圖所示。一總線讀寫控制邏輯設(shè)計(jì)總線的數(shù)據(jù)在主控設(shè)備和從設(shè)備中傳送”¨潞時(shí)，主設(shè)備控制著傳輸?shù)刂?。從設(shè)備通過匹配地址線上傳輸?shù)牡刂穪砼袛嗍欠癖贿x中，未被選中從

6、設(shè)備則不需要應(yīng)答，讀寫時(shí)一圖序如圖所示。內(nèi)部功能模塊廠廠廠廠整個(gè)接口邏輯主要包括：總線讀寫控制、讀寫控制、中斷邏輯控制、地址譯碼、地址比較和總線數(shù)據(jù)控制等幾個(gè)部分。地址比較模塊負(fù)責(zé)對(duì)總線上傳輸?shù)牡刂愤M(jìn)行配置，判斷是否被選中中斷控制器負(fù)責(zé)中斷的申請(qǐng)及根據(jù)總線上傳來的信號(hào)、地址前三位判斷是否進(jìn)入中斷響應(yīng)周期；讀寫控制器則根據(jù)中斷控制器、地址比較器的輸。一一一廠皿譬籀圖，）。盤茗器裟焉：雙口核讀寫時(shí)序出，在讀寫控制信號(hào)的配合下，管理地址譯碼器的譯碼及數(shù)據(jù)緩沖過程，操作雙口完成數(shù)據(jù)交換及中斷處理過程。接口邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。”“，、一，、一廣：；：、，廣、，。、廠、，、“露薔幕藩卜二裴竺羔一一罌竺然竺：聲

7、一”，鼉：！簍拳竺！一一，一儺；：。州黼爿畸”萎！黧蟛烹翳謦蔓！霉性，雙口核操作時(shí)序分析由于開發(fā)軟件支持軟核，故在軟“。“”，！，毒一一硼：一扣善二地蝽鼬鼎一：“一。薯；一”一礬鉚一、，蛐口坤蛐一卜墨，件環(huán)境下直接調(diào)用即可生成雙口。其操作時(shí)序如圖所示，整個(gè)讀寫過程在時(shí)鐘信號(hào)下同步完成，而對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作和總線的圖讀寫時(shí)序萬方數(shù)據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)年第卷圖讀寫控制器狀態(tài)機(jī)圖總線讀寫對(duì)序傳輸過程中，主要涉及四種相關(guān)的數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線；地址修改線；地址總線；讀寫控制線，。此次設(shè)計(jì)過程中以傳輸模式為例，參照總線標(biāo)準(zhǔn)，讀寫控制線的正確譯碼應(yīng)為或，一。其中為地址有效信號(hào)，由主設(shè)備拉低代表地址準(zhǔn)備好，從設(shè)

8、備可以讀取。為數(shù)據(jù)有效信號(hào)，在寫操作時(shí)由主設(shè)備拉低，代表總線上的數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，從設(shè)備可以讀?。辉谧x操作時(shí)由主設(shè)備拉低，代表總線上的數(shù)據(jù)總線已空閑，從板可以驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線。為數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答信號(hào)，在讀操作時(shí)由從板拉低，表示數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成，總線可以讀??；寫操作時(shí)，由從板拉低代表數(shù)據(jù)寫入完成。故讀寫同步時(shí)序鐘的上升沿應(yīng)在拉低后，拉低前給出。根據(jù)上述時(shí)序分析，對(duì)整個(gè)讀寫過程迸行狀態(tài)劃分，讀寫控制狀態(tài)機(jī)邏輯轉(zhuǎn)換情況如圖所示，整個(gè)模塊主要由兩個(gè)環(huán)路組成：數(shù)據(jù)讀寫環(huán)路，該模塊實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)總線訪問時(shí)序到雙訪問時(shí)序的邏輯轉(zhuǎn)換，控制總線地址譯碼和訪問模式譯碼，以及總線到雙口數(shù)據(jù)地址線的驅(qū)動(dòng)邏輯控制；中斷響應(yīng)環(huán)路，負(fù)責(zé)在中斷響

9、應(yīng)周期給主機(jī)提供中斷狀態(tài)識(shí)別碼，以便主機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，完成從模塊總線中斷的發(fā)送和響應(yīng)過程。其中信號(hào)由中斷控制器給出，、信號(hào)由地址比較器給出，判斷總線地址和地址模萬方數(shù)據(jù)式是否匹配。圖總線讀寫控制器狀態(tài)機(jī)中斷申請(qǐng)及處理總線系統(tǒng)中斷信號(hào)線主要包括中斷請(qǐng)求信號(hào)線、中斷認(rèn)可線和中斷菊花鏈信號(hào)線。整個(gè)中斷申請(qǐng)及處理過程為：在接收外部中斷時(shí)，向中存儲(chǔ)中斷識(shí)別碼后，通過拉低信號(hào)線發(fā)送中斷請(qǐng)求，中斷控制器待進(jìn)入中斷申請(qǐng)狀態(tài)則拉低信號(hào)線（實(shí)驗(yàn)過程中以為例）進(jìn)行中斷申請(qǐng)。當(dāng)總線進(jìn)入中斷響應(yīng)周期，且中斷認(rèn)可碼匹配成功，則進(jìn)人中斷狀態(tài)碼的上傳，完成中斷響應(yīng)操作。整個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)主要由中斷控制器來完成，其內(nèi)部邏

10、輯如圖所示。圖中斷控制器狀態(tài)機(jī)圖中，轉(zhuǎn)換狀態(tài)分為：，。為空閑狀態(tài)，等待地址有效信號(hào)；為中斷匹配狀態(tài)，根據(jù)中斷菊花鏈信號(hào)線判斷是中斷響應(yīng)周期還是數(shù)據(jù)傳輸周期；為中斷確認(rèn)狀態(tài)，匹配中斷認(rèn)可碼判斷是否進(jìn)入中斷響應(yīng)狀態(tài)；為中斷響應(yīng)狀態(tài)，表示第期尹志生，等：基于的總線與通信接口設(shè)計(jì)從設(shè)備中斷申請(qǐng)被響應(yīng)，從設(shè)備可以傳輸中斷狀態(tài)碼；為中斷傳遞狀態(tài)，表示該周期為中斷響應(yīng)周期但不是本設(shè)備的中斷申請(qǐng)，從設(shè)備不須響應(yīng)，同時(shí)傳遞下降沿；為數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，表明該周期為數(shù)據(jù)傳輸周期，是否進(jìn)入數(shù)據(jù)傳遞則需要由地址比較器決定是否被選中。速率可以達(dá)到。實(shí)現(xiàn)了總線與通信功能，為基于總線的從板通信接口設(shè)計(jì)提供了一種高效、靈活的方法。

11、晰盯同系統(tǒng)測(cè)試與仿真結(jié)果部分設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)選用，系習(xí)在線測(cè)試結(jié)果統(tǒng)綜合后時(shí)序仿真結(jié)果如圖所示，涉及中斷申請(qǐng)與響應(yīng)及數(shù)據(jù)讀寫過程。參考文獻(xiàn)：，圖中斷申請(qǐng)及響應(yīng)綜合后仿真汪小燕，王竣峰，徐文總線數(shù)據(jù)上行中斷傳輸及從設(shè)備接口設(shè)計(jì)微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，（）：王敏，吳順君總線橋控制器主模塊和從模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，（）：趙建輝，黃皓基于的總線接口設(shè)計(jì)測(cè)控技術(shù)，（）：柳兵，蘇濤多局部總線與總線的接口設(shè)計(jì)現(xiàn)代電子技術(shù)，（）：孫棟梁，李春明基于和的總線轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)現(xiàn)代電子技術(shù)，（）：在完成邏輯功能程序設(shè)計(jì)和通過綜合后仿真，采用型主控板（：）、自制接口板、控制板，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下進(jìn)行板卡調(diào)試，通過獲得的在

12、線時(shí)序結(jié)果如圖所示。結(jié)語實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，時(shí)鐘下，接口的數(shù)據(jù)傳輸作者簡(jiǎn)介：尹志生鄭楠洋豐男，年出生，湖南衡陽人，研究實(shí)習(xí)員，碩士。主要從事機(jī)電一體化研究。男，年出生，河北張家口人，研究實(shí)習(xí)員，碩士。主要從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)研究。男，年出生，吉林長(zhǎng)春人，研究實(shí)習(xí)員，碩士。主要從事嵌入式系統(tǒng)及光學(xué)精密儀器電控的研究。男，年出生，年博士后出站，副研究員。目前主要從事信息融合技術(shù)、光電探洲器件應(yīng)用灰崔閆光劐技術(shù)研究。（上接第頁），杜巧玲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維節(jié)點(diǎn)定位問題的研究長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，呂良彬，曹陽高洵，等基于球殼交集的傳感器網(wǎng)絡(luò)三維定位算法口北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，（）：，（），。，：，：，：，：作者簡(jiǎn)介：宮娜

13、娜女，年出生，河北廊坊人講師，碩士。主要研究方向?yàn)闊o線傳感囂網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)。萬方數(shù)據(jù)基于FPGA的VME總線與DSP通信接口設(shè)計(jì)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：尹志生， 鄭楠， 崔洋， 閆豐， YIN Zhi-sheng， ZHENG Nan， CUI Yang， YAN Feng中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長(zhǎng)春,130033現(xiàn)代電子技術(shù)Modern Electronics Technique2012,35(17)參考文獻(xiàn)(6條)1.VME Bus International Trade Association American national standard for front panel data port specifications 19992.汪小燕;王峻峰;徐文 VME總線數(shù)據(jù)上行中斷傳輸及從設(shè)備接口設(shè)計(jì)期