基于CPLD的DSP微處理器與CAN控制器接口設(shè)計(jì)多路復(fù)用總線非多路復(fù)用總線時(shí)序CP

1、基于CPLD的DSP微處理器與CAN控制器接口設(shè)計(jì)，多路復(fù)用總線，非多路復(fù)用總線，時(shí)序，CP    1引言近幾年來(lái)，隨著低價(jià)位DSP芯片的出現(xiàn)，他已被廣泛應(yīng)用到控制與測(cè)量領(lǐng)域中。國(guó)內(nèi)的DSP芯片以TI公司的TMS320系列為主流。這種微處理器對(duì)外的數(shù)據(jù)和地址總線結(jié)構(gòu)形式為非多路復(fù)用方式，不能與多路復(fù)用形式的外圍接口芯片(如CAN控制器SJA1000)直接相連。國(guó)內(nèi)、外也沒(méi)有一款專(zhuān)用集成芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)提出了一種轉(zhuǎn)換方法，是將DSP的數(shù)據(jù)線作為CAN控制器的數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，用DSP的地址線A0作為地址1 引 言近幾年來(lái)，隨

2、著低價(jià)位DSP芯片的出現(xiàn)，他已被廣泛應(yīng)用到控制與測(cè)量領(lǐng)域中。國(guó)內(nèi)的DSP芯片以TI公司的TMS320系列為主流。這種微處理器對(duì)外的數(shù)據(jù)和地址總線結(jié)構(gòu)形式為非多路復(fù)用方式，不能與多路復(fù)用形式的外圍接口芯片(如CAN控制器SJA1000)直接相連。國(guó)內(nèi)、外也沒(méi)有一款專(zhuān)用集成芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)提出了一種轉(zhuǎn)換方法，是將DSP的數(shù)據(jù)線作為CAN控制器的數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，用DSP的地址線A0作為地址、數(shù)據(jù)選擇線。A0=1時(shí)，地址有效；A0=0時(shí)，數(shù)據(jù)有效，即用奇數(shù)地址傳送地址，用偶數(shù)地址傳送數(shù)據(jù)。雖然此方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)電路簡(jiǎn)單，但在編程時(shí)，程序員必須考慮發(fā)送的數(shù)據(jù)何時(shí)作為CAN控

3、制器的地址，何時(shí)作為CAN控制器的數(shù)據(jù)，沒(méi)有從根本解決非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。本文以TMS320F206與SJAl000連接為例，提出采甩復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD，完全用硬件實(shí)現(xiàn)非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。2 多路復(fù)用總線的信號(hào)和時(shí)序21 SJAl000接口的主要信號(hào)說(shuō)明CAN控制器SJAl000提供的微處理器接口方式為典型INTEL或MOTOROLA地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線模式，主要信號(hào)有地址數(shù)據(jù)信號(hào)AD7AD0，地址選通信號(hào)ALE，片選信號(hào)CS，讀信號(hào)RD，寫(xiě)信號(hào)WR，模式選擇信號(hào)MODE。當(dāng)MODE=1時(shí)，為INTEL模式；當(dāng)MODE=0時(shí)，為MOTOROLA模式。后面

4、描述的地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線模式均為INTEL模式。圖1，圖2分別為INTEL模式讀、寫(xiě)周期時(shí)序。AD7AD0引腳在ALE有效時(shí)，傳送的是地址信號(hào)，在RD或WR有效時(shí)，傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號(hào)。22 SJAl000時(shí)序分析以SJAl000的讀時(shí)序(圖1)為例，說(shuō)明在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換橋時(shí)，多路復(fù)總線的各信號(hào)必須滿足時(shí)間參數(shù)要求。ALE的脈沖寬度tw(AL)最小為8     ns；地址信號(hào)(A7A0)建立到ALE變?yōu)榈碗娖剿钑r(shí)間tsu(A-AL)最小為8 ns；RD的有效脈寬tw(R)最小為40     ns；RD為低電平到數(shù)據(jù)信號(hào)(

5、D7D0)有效所需時(shí)間tRLQV最大為50 ns；RD變?yōu)楦唠娖降降刂窋?shù)據(jù)線釋放(即高阻狀態(tài))所需時(shí)間(tRHDZ)最大為30     ns。3非多路復(fù)用總線的信號(hào)和時(shí)序31 TSM320F206總線主要信號(hào)說(shuō)明TSM320F206的總線接口方式采用了地址和數(shù)據(jù)分離的形式。其主要信號(hào)有地址信號(hào)A0A15，數(shù)據(jù)信號(hào)DOD15，讀信號(hào)RE，寫(xiě)信號(hào)WE，閘門(mén)信號(hào)STRB，I/O空間選擇信號(hào)IS，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選擇信號(hào)DS，程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)PS，機(jī)器時(shí)鐘輸出信號(hào)CLKOUT1。當(dāng)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器或I/O空間訪問(wèn)時(shí)，STRB有效，若對(duì)外部I/O訪問(wèn)時(shí)(即

6、程序中使用PORTR，PORTW指令)，IS有效。32 TSM320F206的I/O時(shí)序分析TMS320F206的讀寫(xiě)時(shí)序如圖3和圖4所示。I/O的讀或?qū)懝ぷ髦芷谝话阍趦蓚€(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成，在此期間，IS信號(hào)地址信號(hào)一直保持有效；閘門(mén)信號(hào)STRB發(fā)生在第一個(gè)機(jī)器周期有效后并保持一個(gè)機(jī)器周期以上；RE和WE有效時(shí)，數(shù)據(jù)有效。在兩次連續(xù)的寫(xiě)操作(如圖4所示)，WE的有效間隔時(shí)間tw(WH)最小為(2H-4)ns，而兩次連續(xù)的讀訪問(wèn)(如圖3所示)，RE的有效間隔時(shí)間tw(RDH)為(H-4)ns-H     ns，其中H為05倍的機(jī)器時(shí)鐘周期，可見(jiàn)連續(xù)的讀、寫(xiě)操

7、作時(shí)，RE，WE的有效間隔不同，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)注意此細(xì)節(jié)。在連續(xù)的讀或?qū)懖僮鲿r(shí)，IS信號(hào)一直為有效電平'0'，無(wú)法以此信號(hào)作為產(chǎn)生SJAl000的ALE、讀、寫(xiě)信號(hào)起始基準(zhǔn)，而在寫(xiě)周期時(shí)，STRB與WE的變化始終保持一致，因此在產(chǎn)生SJAl000寫(xiě)周期時(shí)，可以用STRB作為ALE、寫(xiě)信號(hào)WR產(chǎn)生的起始基準(zhǔn)信號(hào)。但是TSM320F206在連續(xù)的讀操作時(shí)，STRB一直保持為低電平，可見(jiàn)在產(chǎn)生SJAl000讀、寫(xiě)操作周期時(shí)，無(wú)法單獨(dú)以他作為ALE，RD信號(hào)產(chǎn)生的起始基準(zhǔn)，需與IS，WE，RE進(jìn)行邏輯組合作為SJAl000讀、寫(xiě)操作周期的起始基準(zhǔn)信號(hào)。4 CPLD實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換橋設(shè)計(jì)方法此

8、轉(zhuǎn)換橋如果用中規(guī)模集成電路(74系列)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，工作頻率又較高，布線時(shí)稍不合理，易引起干擾，使得電路工作不穩(wěn)定，因此采用高可靠性的復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD，用硬件描述語(yǔ)言VHDL來(lái)實(shí)現(xiàn)。41轉(zhuǎn)換橋引腳信號(hào)定義圖5為轉(zhuǎn)換橋的時(shí)序仿真結(jié)果，其中轉(zhuǎn)換橋的各引腳信號(hào)與TMS320F206和SJAl0001引腳信號(hào)對(duì)應(yīng)為：fabl7接A0A7；fdb7接DOD7；fds接IS；fstrb接STRB；fwe接WE；frd接RE；fcp接CLKOUT1；ale接ALE；adb7接AD7AD0；wr接WR；rd接RD。42 SJA1000的讀、寫(xiě)周期的使能信號(hào)和起始基準(zhǔn)確定轉(zhuǎn)換橋的基準(zhǔn)時(shí)鐘fcp為T(mén)MS

9、320F206的機(jī)器時(shí)鐘輸出信號(hào)CLKOUT1。fcp為20 MHz的方波信號(hào)。因?yàn)門(mén)MS320F206的讀或?qū)懝ぷ髦芷谝话銥?2個(gè)機(jī)器周期，此時(shí)基準(zhǔn)時(shí)鐘fcp最多含有4個(gè)邊沿狀態(tài)，無(wú)法完成非多路復(fù)用到多路復(fù)用的轉(zhuǎn)換，所以通過(guò)軟件等待設(shè)置，使TMS320F206對(duì)外部總線操作時(shí)，由原來(lái)所用的1個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期，延長(zhǎng)到4個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期，邊沿狀態(tài)個(gè)數(shù)增加了4倍，另外fcp的脈寬為25     ns，這樣可以保證轉(zhuǎn)換橋輸出的多路復(fù)用總線時(shí)序的時(shí)間參數(shù)滿足SJAl000的時(shí)序要求。從上面時(shí)序分析中可以確定出，SJAl000的讀、寫(xiě)周期的使能信號(hào)(IS)和起始基準(zhǔn)信

10、號(hào)(STRB，WE，RE)邏輯組合。IS作為轉(zhuǎn)換橋的片選信號(hào)，當(dāng)IS為'0'，轉(zhuǎn)換橋工作，否則轉(zhuǎn)換橋的各輸出信號(hào)被懸掛。當(dāng)IS為'0'，STRB為'0'，WE為'0'，RE為'1'時(shí)，DSP開(kāi)始對(duì)外部I/O進(jìn)行寫(xiě)操作，在后面緊跟的4個(gè)DSP機(jī)器周期產(chǎn)生出1個(gè)SJAl000的寫(xiě)周期；當(dāng)IS為'0'，STRB為'0'，WE為'1'，RE為'1'時(shí)，DSP開(kāi)始對(duì)外部I/O進(jìn)行讀操作，同樣在后面緊跟的4個(gè)DSP機(jī)器周期產(chǎn)生出1個(gè)SJAl000的讀周期。43讀操

11、作轉(zhuǎn)換過(guò)程通過(guò)軟件等待設(shè)置，使DSP的I/O讀、寫(xiě)操作需4個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期。第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生ale信號(hào)(脈寬為O5倍的機(jī)器時(shí)鐘周期)，同時(shí)將DSP輸入的低8位地址fab17鎖存并送到地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線adb7，并保持直到第二個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿為止，此時(shí)adb7為高阻狀態(tài)。第三、第四個(gè)時(shí)鐘周期DSP的讀信號(hào)。frd有效，將此信號(hào)直接送到rd引腳，此時(shí)adb7引腳的數(shù)據(jù)直接送給fdb7引腳，讀操作結(jié)束。44寫(xiě)操作轉(zhuǎn)換過(guò)程在寫(xiě)操作的4個(gè)時(shí)鐘周期中，第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生ale信號(hào)(脈寬為一個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期)，同時(shí)將DSP輸入的低八位地址fabl7引腳的信號(hào)送到adb7上，并保持到第三個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)束。第四個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生寫(xiě)信號(hào)wr(寬度為一個(gè)時(shí)鐘周期)，在DSP。寫(xiě)信號(hào)few的上升沿處鎖存數(shù)據(jù)線fdb7來(lái)的信號(hào)，并將其送到adb7引腳上，延時(shí)到第五個(gè)時(shí)鐘周期把a(bǔ)db7變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，寫(xiě)操作結(jié)束。5 結(jié) 語(yǔ)本文提出的非多路復(fù)用總線到多路復(fù)用總線轉(zhuǎn)換橋采用了Xilinx公司