基于uPSD323X的EPP增強并口的接口技術(shù)
關(guān)鍵詞：EPP增強并口 uPSD323X PSDsoft EXPRESS
引言
在IBM公司推出PC機時，并行端口已經(jīng)是PC機的一部分。并口設(shè)計之初，是為能代替速度較慢的串行端口驅(qū)動當時的高性能點陣式打印機。并口可以同時傳輸8位數(shù)據(jù)，而串口只能一位一位地傳輸，傳輸速度慢。隨著技術(shù)的進步和對傳輸速度要求的提高，最初的標準并行端口即SPP模式的并行端口的速度已不能滿足要求。1994年3月，IEEE 1284委員會頒布了IEEE 1284標準.IEEE 1284標準提供的在主機和外設(shè)之間的并口傳輸速度，相對于最初的并行端口快了50～100倍。IEEE 1284標準定義了5種數(shù)據(jù)傳輸模式，分別是兼容模式、半字節(jié)模式、字節(jié)模式、EPP模式和ECP模式。其中EPP模式、ECP模式為雙向傳輸模式。EPP模式比ECP模式更簡潔、靈活、可靠，在工業(yè)界得到了更多的實際應(yīng)用。本文介紹的一種基于uPSD323X的EPP增強并口的設(shè)計核心是，使用uPSD323X內(nèi)部的CPLD實現(xiàn)EPP接口。
1 EPP接口協(xié)議介紹
EPP(Enhanced Parallel Port,增強并行端口)協(xié)議最初是由Intel、Xirocm、Zenith三家公司聯(lián)合提出的，于1994年在IEEE1284標準中發(fā)布。EPP協(xié)議有兩個標準：EPP1.7和EPP1.9。EPP接口控制信號由硬件自動產(chǎn)品，整個數(shù)據(jù)傳輸可以在一個ISA I/O周期完成，通信速率能達到500KB/s～2MB/s。
EPP引腳定義如表1所列。
表1 EPP接口引腳定義
| 對應(yīng)并口引腳 | EPP信號 | 方 向 |
說 明 |
| 1 | nWrit | 輸出 | 指示主機是向外設(shè)寫（低電平）還是從外設(shè)讀（高電平） |
| 2～9 | Data0～7 | 輸入/輸出 | 雙向數(shù)據(jù)總線 |
| 10 | Interrupt | 輸入 | 下降沿向主機申請中斷 |
| 11 | nWait | 輸入 | 低電平表示外設(shè)準備好傳輸數(shù)據(jù)，高電平表示數(shù)據(jù)傳輸完成 |
| 12 | Spare | 輸入 | 空余線 |
| 13 | Spare | 輸入 | 空余線 |
| 14 | nDStrb | 輸出 | 數(shù)據(jù)選通信號，低電平有效 |
| 15 | Spare | 輸入 | 空余線 |
| 16 | Ninit | 輸出 | 初始化信號，低電平有效 |
| 17 | nAStrb | 輸出 | 地址數(shù)據(jù)選通信號，低電平有效 |
| 18～25 | Ground | GND | 地線 |
1.1 EPP接口時序
EPP協(xié)議定義了4種并口周期：數(shù)據(jù)寫周期、數(shù)據(jù)讀周期、地址寫周期和地址讀周期。數(shù)據(jù)周期用于計算機與外設(shè)間傳送數(shù)據(jù)；地址周期用于傳送地址、通道、命令、控制和狀態(tài)等輔助信息。圖1是EPP數(shù)據(jù)寫的時序圖。圖1中，nIOW信號實際上在進行EPP數(shù)據(jù)寫時并不會產(chǎn)生，只不過是表示所有的操作都發(fā)生在一個I/O周期內(nèi)。在t1時刻，計算機檢測nWait信號，如果nWait為低，表明外設(shè)已經(jīng)準備好，可以啟動一個EPP周期了。在t2時刻，計算機把nWrite信號置為低，表明是寫周期，同時驅(qū)動數(shù)據(jù)線。在t3時刻，計算機把nDataStrobe信號置為低電平，表明是數(shù)據(jù)周期。當外設(shè)在檢測到nDataStrobe為低后讀取數(shù)據(jù)并做相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，且在t4時刻把nWait置為高，表明已經(jīng)讀取數(shù)據(jù)，計算機可以結(jié)束該EPP周期。在t5和t6時刻，計算機把nDataStrobe和nWrite置為高。這樣，一個完整的EPP數(shù)據(jù)寫周期就完成了。如果就圖1中的nDataStrobe信號換為nAddStrobe信號，就是EPP地址寫周期。
圖2是EPP地址讀周期。與EPP寫周期類似，不同的是nWtrite信號置為高，表明是讀周期，并且數(shù)據(jù)線由外設(shè)驅(qū)動。
從EPP讀、寫周期可以看出，EPP模式的數(shù)據(jù)傳輸過程是一個信號互鎖的過程。以EPP寫周期為例子，當檢測到nWait為低后，nDataStrobe控制信號就會變低，nWait狀態(tài)信號會由于nDataStrobe控制信號的變低為而高。當計算機檢測到
nWait狀態(tài)信號變高后，nDataStrobe控制信號就會變高，一個完整的EPP寫周期結(jié)束。因此，EPP數(shù)據(jù)的傳輸以接口最慢的設(shè)備來進行，可以是主機，也可以是外設(shè)。
1.2 EPP增強并口的定義
EPP增強并口模式使用與標準并口（SPP，Standard Paralled Port）模式相同的基地址，定義了8個I/O地址。基地址+0是SPP數(shù)據(jù)口，基地址+1是SPP狀態(tài)口，基地址+2是SPP控制口。這3個口實際上就是SPP模式下的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制口，保證了EPP模式和SPP模式的軟硬件兼容性。
基地址+3是EPP地址口。這個I/O口中寫數(shù)據(jù)將產(chǎn)生一個連鎖的EPP地址寫周期，從這個I/O口中讀數(shù)據(jù)將產(chǎn)生一個連鎖的EPP地址讀周期。在不同的EPP應(yīng)用系統(tǒng)中，EPP地址口可以根據(jù)實際需要設(shè)計為設(shè)備選擇、通道選擇、控制寄存器、狀態(tài)信息等。給EPP應(yīng)用系統(tǒng)提供了極大的靈活性。
基地址+4是EPP數(shù)據(jù)口。向這個I/O口中寫數(shù)據(jù)將產(chǎn)生一個連鎖的EPP數(shù)據(jù)寫周期，從這個I/O口讀數(shù)據(jù)將產(chǎn)生一個連鎖的EPP數(shù)據(jù)寫周期?；刂?5～+7與基地址+4一起提供對EPP數(shù)據(jù)口的雙字操作能力。EPP允許主機在此個時鐘周期內(nèi)寫1個32位雙字，EPP電路再把32位雙字拆為個字節(jié)依次從EPP數(shù)據(jù)口中送出去。也可以用其所長6位字方式進行數(shù)據(jù)傳送。
由于EPP通過硬件自動握手，對EPP地址口和EPP數(shù)據(jù)口的讀寫操作都自動產(chǎn)生控制信號而無需軟件生成。
2 uPSD323X及其開發(fā)環(huán)境PSDsoft EXPRESS
ST公司的uPSD323X是帶8032內(nèi)核的Flash可編程系統(tǒng)器件，將于8032 MCU、地址鎖存器、Flash、SRAM、PLD等集成在一個芯片內(nèi)。其主要特點如下：具有在線編程能力和超強的保密功能；2片F(xiàn)lash保存器，1片是128K或者256K的主Flash存儲器，另一片是32K的從Flash存儲器；片內(nèi)8K的SDRAM；可編程的地址解碼電路（DPLD），使存儲器地址可以映射到8032尋址范圍內(nèi)的任何空間；帶有16位宏單元的3000門可編程邏輯電路（CPLD），可以實現(xiàn)EPP接口等及一些不太復雜的接口和控制功能；2個異步串口、I2C接口、USB接口、5通道脈沖寬度調(diào)節(jié)器、50個I/O引腳等。由于uPSD323X采用的是8032內(nèi)核，因此可以完全得到Keil C51編程器的PSDsoft EXPRESS是ST公司針對PSD系列產(chǎn)品（包括uPSD）開發(fā)的基于Windows平臺的一套軟件開發(fā)環(huán)境。經(jīng)過不斷升級，目前最新版是PSDsoft EXPRESS 7.9。它提供非常容易的點擊設(shè)計窗口環(huán)境用戶不需要自己編程，也不需要了解HDL語言，只有點擊鼠標即可完成對地址鎖存器、Flash、可編程邏輯電路等外設(shè)的所有配置和寫入。它支持所有PSD器件的開發(fā)，使用PSDsoft EXPRESS工具對uPSD323X系列器件的可編程邏輯電路的操作簡單、直觀。PSDsoft EXPRESS工具可以在ST網(wǎng)站（www.st.com/psd）免費下載。
3 用uPSD323X實現(xiàn)EPP接口設(shè)計
3.1 硬件接口
EPP增強并口的速度最高可達到500KB/s～2MB/s,這對外設(shè)的接口設(shè)計提供了一個很高的要求，如果外設(shè)響應(yīng)太慢，系統(tǒng)的整體性能將大大下降。用戶可編程邏輯器件，系統(tǒng)的整體性能將大大降低。用戶可編程邏輯器件，如FPGA（Field Programmable Gates Array,現(xiàn)場可編程門陣列）和CPLD（Complex Programmable Logic Device,復雜可編程邏輯器件），可以實現(xiàn)EPP增強并口的接口設(shè)計，這種實現(xiàn)方案可以達到并口中的速度極限，并且保密性好。ST公司的uPSD323X內(nèi)部集成了可編程邏輯電路（CPLD），因此使用uPSD323X可以很好地實現(xiàn)EPP增強并口的接口設(shè)計。
EPP接口（EPP1.7）外設(shè)硬件接口原理如圖3所示。在本設(shè)計中，uPSD323X通過中斷的方式接收PC機并口的數(shù)據(jù)，并且當外設(shè)準備好數(shù)據(jù)上傳到PC機時，PC機采用的也是中斷方式接收外設(shè)的數(shù)據(jù)。
在上述硬件電路的基于上實現(xiàn)EPP并口通信還需做兩部分的工作：一部分工作是在PSDsoft EXPRESS工具中完成對CPLD 的數(shù)據(jù)的鎖存；另一部分工作是在KEIL C51環(huán)境下編寫中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)EPP數(shù)據(jù)的讀取和發(fā)送。
圖3
3．2 對CPLD的編程及其實現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存的過程
在PSDsoft EXPRESS工具中，將PA端口（EPPD0～EPPD7）配置成帶有時鐘上升沿觸發(fā)的寄存器類型（PT clocked register）的輸入宏，PB0（nWait）配置成上升沿觸發(fā)的D類型寄存器（D-type register）的輸出宏，PB3（nWrite）、PB4(nDstrb)、PB2(nAstrb)配置成CPLD邏輯輸入（logic input）口。NDstrb信號和nAstrb信號各自取反再相與后的值作為輸入宏單元和輸出宏單元的時鐘。上述對PA、PB端口的配置用方程式表示如下：
PORTA EQUATIONS：
=======================
！EPPD7_LD_0=nAstrb & nDstrb;
EPPD0.LD=EPPD3_LD_0.FB;
!EPPD3_LD_0=nAstrb & nDstrb;
EPPD1.LD=EPPD3_LD_0.FB;
!nWait_C_0=nAstrb & nDstrb;
EPPD2.LD=EPPD3_LD_0.FB;
EPPD3.LD=EPPD3_LD_0.FB;
EPPD4.LD=FPPD7_LD_0.FB;
EPPD5.LD=EPPD7_LD_0.FB;
EPPD6.LD=EPPD7_LD_0.FB;
EPPD7.LD=EPPD7_LD_0.FB;
PORTB EQUATIONS:
=======================
nWait.D:=1;
nWait.PR=0;
nWait.C=nWait_C_0.FB;
nWait.OE=1;
nDstrb.LE=1;
nAstrb.LE=1;
EPP數(shù)據(jù)的鎖存過程如下：以計算機向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)（即EPP數(shù)據(jù)寫周期）為例子，計算機首先檢測nWait信號，如果nWait為低計算機把nWrite信號置為低，表明是寫周期，同時將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，然后置低nDstrb信號。此時，nDstrb信號會出現(xiàn)一個上升沿，此上升沿會將PA端口的數(shù)據(jù)鎖存到輸入宏；同時，此上升沿使nWait信號變高，表示外設(shè)正忙阻計算機發(fā)數(shù)年。當計算機檢測到nWait信號為高后就會將數(shù)據(jù)握手信號nDstrb變高，EPP數(shù)據(jù)寫周期結(jié)束。上述EPP數(shù)據(jù)的鎖存和nWait握手信號的產(chǎn)生都由硬件產(chǎn)生，因此數(shù)據(jù)傳輸速度快。整個數(shù)據(jù)傳輸過程可以在一個I/O周期內(nèi)完成，鎖存到輸入宏的數(shù)據(jù)的讀取和nWait信號的清除則在外部中斷0服務(wù)程序軟件完成。
3．3 中斷服務(wù)程序的功能描述及流程
由硬件原理圖可以看出，EPP并口的nDstrb和nAstrb信號線分別連到uPSD323X的外部中斷定和外部中斷1引腳。當發(fā)生EPP數(shù)據(jù)讀寫時，nDstrb信號就會產(chǎn)生一個下降沿，引起外中斷定中斷。當發(fā)生EPP地址讀寫時，nAstrb信號就會產(chǎn)生一個下降沿，引起外中斷1中斷。外部中斷0和外部中斷1的中斷服務(wù)程序的功能是相同的，只不過前者接收或發(fā)送的是數(shù)據(jù)而后者是地址、命令等。以外部中斷0的中斷服務(wù)程序為例，詳細介紹數(shù)據(jù)正向傳輸（計算機向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)）和反向傳輸（外設(shè)向計算機傳送數(shù)據(jù)）時中斷服務(wù)程序的功能。外部中斷0中斷服務(wù)程序流程如圖4所示。
（1）數(shù)據(jù)正向傳輸
當發(fā)生EPP數(shù)據(jù)寫周期時，即數(shù)據(jù)正向傳輸時，計算機首先檢測nWait信號。如果nWait為低，表示外設(shè)已準備好接收數(shù)據(jù)。計算機把nWrite信號置為低，表明是寫周期，同時將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，然后置低nDstrb。NDstrb信號就會產(chǎn)生一個下降沿，此下降沿一方面將PA端口的數(shù)據(jù)鎖存到輸入宏并使nWait信號變高，表示外設(shè)正忙另一方面引起外部中斷0中斷，在外部中斷0的中斷服務(wù)程序中讀取輸入宏鎖存的數(shù)據(jù)，然后將nWait信號清零通知計算機現(xiàn)在外設(shè)已經(jīng)準備好可以再次接收數(shù)據(jù)了。
（2）數(shù)據(jù)反向傳輸
外設(shè)準備好數(shù)據(jù)需要上傳到計算機時，uPSD323X就會將數(shù)據(jù)放到PA端口，同時置低Intr信號線，向計算機申請一個中斷，計算機中由一個硬件驅(qū)動程序來處理并口的硬件中斷。驅(qū)動程序在并口中斷服務(wù)程序中，通過讀取EPP數(shù)據(jù)口獲得外設(shè)上傳的數(shù)據(jù)。由于EPP接口的握手信號由硬件產(chǎn)生，當計算機讀取EPP數(shù)據(jù)口時同樣會檢測nWait信號。如果nWait為低，計算機把nWrite信號置高，表明是讀周期，然后置低nDstrb,nDstrb信號就會產(chǎn)生一個下降沿。此下降沿使nWait信號變高，同時引起uPSD323X外部中斷定中斷。在外部中斷0的中斷服務(wù)程序中，為確保計算機將PA端口的數(shù)據(jù)取走，需不斷檢測nDstrb是否為高。當nDstrb為高時，表示計算機已將PA端口聽數(shù)據(jù)讀走，然后中斷服務(wù)程序?qū)Wait置低，EPP數(shù)據(jù)讀周期結(jié)束。
結(jié)語
本文系統(tǒng)地介紹了EPP增強并口協(xié)議，并給出使用ST公司的uPSD323X系列器件實現(xiàn)EPP增強并口的接口方法。此方案不需要外接門電路，保密性好，成本低。
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