基于8O386系統(tǒng)的主模塊設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了基于80386系統(tǒng)的主模塊功能和性能，從原理上用功能模塊的方式闡明實(shí)現(xiàn)的方法，再介紹使用的加固措施，達(dá)到滿足惡劣環(huán)境下計(jì)算機(jī)的使用要求。
關(guān)鍵詞：80386；主模塊

0 引言
    80386是一種較高性能的32位微處理器，能把多任務(wù)支持、存儲(chǔ)器管理、流水結(jié)構(gòu)、地址轉(zhuǎn)換高速緩存及一個(gè)高速總線接口都合并在一個(gè)芯片上，它具有32位寬的內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)通路，指令系統(tǒng)提供8、16、32位數(shù)據(jù)字節(jié)，處理器能直接輸出32位物理地址，有4G物理存儲(chǔ)器尋址能力，適用于各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。雖然對(duì)于民用計(jì)算機(jī)發(fā)展而言，它的性能相對(duì)落后，但是它在工業(yè)控制、抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)上仍然擁有廣泛的用途。

1 基于80386系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)功能、性能
1．1 主要功能
    基于80386系統(tǒng)的模塊是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心模塊，它能夠完成數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、總線控制、存貯器讀寫、I／0訪問和中斷定時(shí)等功能。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算處理和指揮控制中心。
1．2 性能
    CPU：80386 32位微處理器；
    NPX：80387數(shù)值數(shù)據(jù)處理器；
    字長(zhǎng)或指令：8位、16位或32位；
    尋址空間：實(shí)地址方式220字節(jié)；虛擬地址方式232字節(jié)；
    EPROM容量：128k、256k、512k字節(jié)EPROM可選配；
    局部RAM容量：128k～2M字節(jié)可選配；
    雙口RAM容量：128k字節(jié)可選配；
    I／O接口能力：并行口采用82C55A器件；串行口采用82C51AUSART；
    中斷能力：一級(jí)非屏蔽中斷，15級(jí)直接向量中斷；
    總線接口：MULTIBUS多總線。

2 80386模塊的工作原理
2．1 80386模塊的系統(tǒng)組成
    80386模塊由處理器子系統(tǒng)、板上I／O子系統(tǒng)、存貯器子系統(tǒng)、多總線接口子系統(tǒng)四部分組成，如圖1所示。

    處理器子系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算、邏輯判斷、地址譯碼、時(shí)序邏輯生成和總線交換等功能；
    存貯器子系統(tǒng)主要完成程序或數(shù)據(jù)的存貯和讀出，以保證系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)和操作；
    板上I／O子系統(tǒng)主要完成串行口、并行口通訊、定時(shí)中斷和總線中斷等功能；
    多總線接口子系統(tǒng)主要完成板上總線信號(hào)和多總線信號(hào)的轉(zhuǎn)換、傳遞、仲裁，以保證80386模塊通過多總線訪問板外存貯器、I／O等模塊。
2．2 80386模塊的原理描述
2．2．1 處理器子系統(tǒng)
    處理器子系統(tǒng)包括80386中央處理器、80387協(xié)處理器和時(shí)鐘電路。80386不僅提供了Intcl 16位微處理器系統(tǒng)產(chǎn)品的全部特性，而且將物理地址空間擴(kuò)展到4G字節(jié)，將數(shù)據(jù)通道擴(kuò)大到32位。80386可按實(shí)地址方式和帶保護(hù)功能的虛擬地址方式PVAM兩種尋址模式工作。
    80387協(xié)處理器和80386按同樣頻率工作，它擔(dān)負(fù)高速的數(shù)字運(yùn)算，當(dāng)CPU執(zhí)行一個(gè)換碼指令時(shí)，協(xié)處理器開始執(zhí)行程序。
    82384時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘作為CPU的輸入時(shí)鐘和系統(tǒng)時(shí)鐘，也對(duì)80387和其他控制電路作為同步或復(fù)位信號(hào)。
2．2．2 存貯器子系統(tǒng)
    存貯器子系統(tǒng)包括程序存貯器EPROM、局部隨機(jī)存貯器SRAM、雙口隨機(jī)存貯器DPRAM，它們均采用16位寬度的存貯芯片。
    EPROM存貯器采用雙字節(jié)單片EPROM芯片。通過配置跨線可選擇芯片的型號(hào)和容量。不論是實(shí)地址方式工作，還是PVAM方式工作，EPROM總是占用地址空間的最頂端。系統(tǒng)加電后，處理器子系統(tǒng)首先按FFFFOH地址到EPROM中執(zhí)行第一條無條件跳轉(zhuǎn)指令，然后再根據(jù)跳轉(zhuǎn)地址執(zhí)行EPROM中程序或到RAM中存取數(shù)據(jù)。
    局部SRAM存貯器采用兩片或四片雙字節(jié)靜態(tài)RAM芯片，通過配置跨線可選擇SRAM存貯器的容量和起始地址，SRAM的數(shù)據(jù)位寬度為32位，通過對(duì)80386發(fā)出的字節(jié)選擇信號(hào)進(jìn)行譯碼，可以以8位、16位或32位方式對(duì)SRAM進(jìn)行讀寫操作。
    雙口DPRAM存貯器采用兩片雙字節(jié)硬雙口RAM2芯片。80386可經(jīng)過板內(nèi)總線像訪問SRAM存貯器一樣讀寫DPRAM；Multibus總線上的其它主設(shè)備也可同時(shí)經(jīng)由Multibus總線讀寫DPRAM，兩條通道同時(shí)訪問產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)由雙口RAM內(nèi)部進(jìn)行裁決?？蛇x擇DPRAM的起始地址，也可開放或關(guān)閉DPRAM。
2．2．3 板上I／O子系統(tǒng)
    板上I／O子系統(tǒng)包括82C53可編程定時(shí)器、82C59A可編程中斷控制器、82C51A可編程串行控制器、82C55A可編程并行接口。
    82C53包含三個(gè)可編程的定時(shí)器，一個(gè)作為82C51A的發(fā)送接收時(shí)鐘，另兩個(gè)作為系統(tǒng)定時(shí)器和跨線可選的中斷源。
    82C59A共有兩片，一片作主片，一片作從片。主片的一根中斷請(qǐng)求線作為主、從片級(jí)聯(lián)，另外15級(jí)中斷請(qǐng)求跨線可選。
    以82C51A為主的串行I／O通道可按RS232C或RS422標(biāo)準(zhǔn)配置，對(duì)82C51A編程可設(shè)置通訊波特率。
    82C55A提供3個(gè)8位并行I／O口，通過對(duì)82C55A編程可選擇I／O處于三種工作方式的哪一種。
2．2．4 多總線接口子系統(tǒng)
    80386模塊是多總線上的主板，它具有Multibus總線要求的全部信號(hào)。在80386系統(tǒng)中主模塊與其它功能模塊的聯(lián)系通過Multibus總線實(shí)現(xiàn)。板上使用8288總線控制器產(chǎn)生多總線存貯器或I／O讀寫信號(hào)；使用8289總線仲裁器決定當(dāng)前總線周期屬于本板還是別的總線主設(shè)備。803 86可訪問Multibus總線接口的全部地址空間，Multibus總線的數(shù)據(jù)位寬度為16位，為了傳送80386的32位數(shù)據(jù)，微處理器把32位分成兩個(gè)字，分兩次通過多總線與其它設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。通過Multibus總線接口的數(shù)據(jù)字節(jié)交換邏輯。多總線也可以傳送8位數(shù)據(jù)。

3 80388模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    80386模塊采用高密度裝配和混合組裝工藝，采用熱設(shè)計(jì)原理，裝有冷板，便于器件散熱，以確保在最惡劣的環(huán)境下，模塊上的信號(hào)器件和功率器件的結(jié)溫不超過+110℃，冷板邊緣的溫度不超過+85℃。為了增強(qiáng)模塊的機(jī)械性能和裝配性能，板上裝有加固條、壓板和鎖緊裝置，為了便于模塊在機(jī)箱里插拔，板上裝有左、右杠桿，另外還有防止模塊插錯(cuò)位置的定位銷。

4 結(jié)束語
    本設(shè)計(jì)在抗惡劣環(huán)境加固計(jì)算機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)踐證明整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，抗震性好；性能穩(wěn)定可靠，耐高、低溫性能好；電磁兼容性佳，能滿足抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)使用要求。