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[導讀]介紹了并口的EPP(Enhanced Parallel Port)接口協(xié)議及其高速數(shù)據通信的原理,并在ST公司uPSD3254A單片機及其開發(fā)環(huán)境PSDsoft EXPRESS基礎上完成了一個應用EPP接口協(xié)議的實現(xiàn)方案。

摘要:介紹了并口的EPP(Enhanced Parallel Port)接口協(xié)議及其高速數(shù)據通信的原理,并在ST公司uPSD3254A單片機及其開發(fā)環(huán)境PSDsoft EXPRESS基礎上完成了一個應用EPP接口協(xié)議的實現(xiàn)方案。
關鍵詞:EPP協(xié)議  uPSD3254A  PSDsoft EXPRESS

引言:

    在IBM公司推出PC機開始,并口已經是PC機的一部分。最初并口就是為代替串口來驅動高性能點陣式打印機[1],并口通信有SPP、EPP、ECP三種傳輸模式,SPP模式是半雙工單向傳輸?shù)?,傳輸速率僅為15KB/S;EPP增強型模式采用雙向半雙工數(shù)據傳輸,傳輸速度高達2MB/S;ECP擴充型模式采用雙向全雙工數(shù)據傳輸,傳輸速率比EPP高。在設計和實現(xiàn)方面,EPP模式比ECP模式更靈活、簡潔、可靠,在工業(yè)界得到了更多的實際應用[2]。本文介紹的是一種基于uPSD3254A的EPP增強并口的設計,其核心是使用uPSD323X內部的CPLD實現(xiàn)EPP接口與PC機上并口之間的高速硬件通信,實際測試中速度達到了900KB/S。

1 EPP協(xié)議介紹

    EPP協(xié)議是由Intel、Xircom、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EPP1.7和EPP1.9兩個標準,可以在PC機的 BIOS/外圍設備/并行口(BIOS/Peripheral Setup/Parallel Port Mode)方式中進行設置[3]。與傳統(tǒng)并行口標準利用軟件實現(xiàn)握手不同,EPP接口協(xié)議通過硬件自動握手,能達到500KB/s~2MB/s的通信速率。

1.1 EPP工作模式的寄存器和引腳定義 

    PC并口采用25針的DB型陰極接口,EPP工作模式的25個引腳的定義如表1所示。

                          表1  EPP協(xié)議引腳定義 

引腳號

EPP信號

方向

是否反向

說明

1

nWrite

輸出

低電平表示寫,高電平表示讀

2~9

Data0~7

輸出/輸入

數(shù)據

10

Interrupt

輸入

上升沿觸發(fā)中斷

11

nWait

輸入

低電平傳輸數(shù)據/地址,高電平傳輸結束

12

Spare

輸入

EPP未定義,可用戶自定義

13

Spare

輸入

EPP未定義,可用戶自定義

14

nDstrb

輸出

低電平表示數(shù)據傳輸

15

Spare

輸入

EPP未定義,可用戶自定義

16

nReset

輸出

低電平有效

17

nAstrb

輸出

低電平表示地址傳輸

18~25

GND


    在寄存器方面,EPP定義了8個寄存器,繼承了SPP的3個寄存器,其中EPP與SPP共用狀態(tài)寄存器和控制寄存器,保證了EPP模式和SPP模式軟硬件兼容型,其寄存器定義如表2所示。將并口設置為EPP方式時,需要在PC機的BIOS中設置并口工作于EPP方式,寄存器組的基地址(BASE)通常設為0x378。

                             表2  EPP寄存器定義 

地址

端口名稱

/

BASE+0

SPP數(shù)據端口

BASE+1

SPP/EPP狀態(tài)端口

BASE+2

SPP/EPP控制端口

BASE+3

EPP地址端口

/

BASE+4

EPP數(shù)據端口

/

BASE+5~+7

用戶自定義

 
 
1.2 EPP讀寫周期 

     為了能進行有效的EPP數(shù)據通信,必須遵循EPP的握手時序。與SPP的軟件握手相比,EPP采用硬件完成的握手實現(xiàn)了高速的數(shù)據通信速度。EPP協(xié)議共分為四種周期:數(shù)據寫周期、數(shù)據讀周期、地址寫周期和地址讀周期,數(shù)據周期用于計算機和外設間傳送數(shù)據;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。

1.2.1 EPP數(shù)據/地址讀周期如圖1所示

  EPP數(shù)據/地址讀周期CPU讀操作步驟如下:

1)程序對EPP數(shù)據寄存器(Base+4)/地址寄存器(Base+3)執(zhí)行讀操作

2)nDstrb/nAstrb被置低如果nWaite信號為低,否則等待

3)主機等待nWaite為高表示數(shù)據發(fā)送成功

4)從并口中讀取8位數(shù)據/地址

5)nDstrb/nAstrb被置高

6)EPP數(shù)據/地址讀周期完成 


                                 
                  圖1 EPP 數(shù)據/地址讀周期

1.2.2 EPP數(shù)據/地址寫周期如圖2所示

    EPP數(shù)據/地址寫周期CPU寫操作步驟如下:

1)程序對EPP數(shù)據寄存器(Base+4)/地址寄存器(Base+3)執(zhí)行寫操作

2)將nWrite信號置低(低表示寫操作)

3)將要寫的數(shù)據/地址數(shù)據送到數(shù)據總線上

4)nDstrb/nAstrb被置低如果nWaite信號為低,否則等待

5)主機等待nWait握手信號為高表示發(fā)送成功

6)nDstrb/nAstrb被置高

7)EPP數(shù)據/地址寫周期完成 

              
                          圖2 EPP 數(shù)據/地址寫周期

    其中,使用EPP1.7 (Pre IEEE 1284) 握手標準時,則nDstrb/nAstrb信號不考慮nWait是否為低,直接被置低開始一個新的讀/寫周期;如果使用EPP1.9握手標準,則只有在nWait信號為低時,nDstrb/nAstrb信號才會被置低開始一個新的讀/寫周期。但是EPP1.7和EPP1.9都要求nWait信號為高時一個讀/寫周期才結束[3]。

    由于nWait、nWrite、nDstrb、nAstrb等信號傳輸后反向(見表1),因此圖1和圖2 中的時序是從PC端考慮的,nWait信號表示單片機發(fā)出的原始信號,在PC端實際采用的是與單片機發(fā)出的原始信號取反后的信號。

2 uPSD323X及其開發(fā)環(huán)境介紹

    ST公司的uPSD3254A是帶8032內核的Flash可編程系統(tǒng)器件,具有在線編程能力和超強的保密功能;256+32Kbytes的Flash存儲器;片內8K的SDRAM;帶有16位宏單元的3000門可編程邏輯電路(CPLD),可以實現(xiàn)EPP接口等一些不太復雜的接口和控制功能,50個I/O引腳等。

    由于uPSD3254A采用8032內核,因此可以完全得到Keil C51編程器的支持,PSDsoft EXPRESS是ST公司開發(fā)的基于Windows平臺的一套軟件開發(fā)環(huán)境。只要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的所有配置和寫入。使用PSDsoft EXPRESS工具對uPSD3200系列器件的可編程邏輯電路的操作簡單、直觀。

3.基于uPSD3254A的EPP接口實現(xiàn)


3.1 硬件接口

    EPP增強并口的速度最高可達到500KB/s~2MB/s,這對外設的接口有很高的要求,如果外設響應太慢,系統(tǒng)的整體性能將大大下降。但如果采用可編程邏輯器件,使接口的響應完全由硬件來完成,系統(tǒng)的整體性能將大大提高。這種實現(xiàn)方案可以達到并口中的速度極限,而且保密性好,EPP接口(EPP1.9)外設硬件接口原理如圖3所示。

         
                         圖3 EPP接口外設硬件接口圖

    在本設計中,uPSD3254A采用主動連續(xù)接收PC機并口的數(shù)據,當需要數(shù)據時,連續(xù)接收PC的數(shù)據,否則PC一直等待nWait信號有效。而當外設準備好數(shù)據上傳到PC機時,PC機采用的是中斷方式接收外設的數(shù)據。

3.2 CPLD邏輯編程

       在PSDsoft EXPRESS工具中,將PA端口(D0~D7)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,PB4(nWrite)、PB6(nDstrb)、PB7(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的時鐘。上述對PA、PB端口的配置用方程式表示如下:

EPP_D0.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D1.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D2.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D3.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D4.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D5.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D6.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D7.LD = !nDstrb & !nAstrb;

nAstrb.LE = 1;

nDstrb.LE = 1;

    數(shù)據正向傳輸過程:即計算機向外設單片機傳輸數(shù)據(即EPP數(shù)據寫周期)為例,計算機首先把nWrite信號置為低,表明是寫周期,同時將數(shù)據放到數(shù)據總線上,然后檢測nWait信號,如果nWait為低則置低nDstrb信號。此時,!nDstrb & !nAstrb信號會出現(xiàn)一個上升沿,此上升沿會將PA端口的數(shù)據鎖存到輸入宏;當單片機檢測到nDstrb為低時將nWait信號變高表示外設正忙接收數(shù)據并處理,同時讀取數(shù)據總線上的數(shù)據。當計算機檢測到nWait信號為高后就會將數(shù)據握手信號nDstrb變高,EPP數(shù)據寫周期結束。上述EPP數(shù)據的鎖存和nDstrb握手信號的產生都由硬件產生,因此數(shù)據傳輸速度快。整個數(shù)據傳輸過程可以在一個I/O周期內完成。

       數(shù)據反向傳輸過程:單片機準備好數(shù)據需要上傳到計算機時,uPSD3254A將數(shù)據放到PA端口,同時置低Intr信號線,向計算機申請一個中斷,而計算機則由一個硬件驅動程序來處理并口的硬件中斷。計算機首先把nWrite信號置高,表示當前為讀周期,當計算機讀取EPP數(shù)據口時同樣會檢測nWait信號。如果nWait為低,然后置低nDstrb并讀取數(shù)據總線上的數(shù)據。單片機在檢測到nDstrb為低時馬上將nWait信號置高,PC機在nWait為高后自動將nDstrb信號置高,完成一個數(shù)據周期的讀(相對PC機而言)過程。

3.3單片機數(shù)據接收程序

sbit nwait = P1^0;

sbit ERROR = P1^1;

sbit nDstrb = PB & 0x40;

void parallel_rcv(unsigned long rcv_count)     //并口接收,rcv_count為接收字節(jié)數(shù)

{

       unsigned long i;

    rcv_data = (unsigned char * )&rcv_buffer;  

       reread_sign = 1;                                        //非錯誤態(tài)

       while(reread_sign ==1)

       {

              for(i=0;i<rcv_count;i++)                            //接收數(shù)據

              {

                   nwait = 1;                                   //PC端反向后為低,表示外設準備好接收

                     while(nDstrb)                             //等待nDstrb為低時完成數(shù)據傳輸并鎖存

                     nwait = 0;                                   //完成寫周期,

                     rcv_data[i] = UPSD_xreg.IMC_A;  //從鎖存的輸入宏中讀取數(shù)據

              }                                                                    //接收完成     

              ERROR = error_check(rcv_data);                //檢測錯誤,1為正確,0為錯誤

              if(ERROR)                                                      

              {

                     reread_sign = 0;                                        //無錯則退出while循環(huán)       

              }

              else                                                   

              {

                     ERROR = 1;                                             //校驗有錯則while循環(huán)繼續(xù)

              }

       }

       該程序為單片機數(shù)據接收(即PC寫數(shù)據)子程序,其中rcv_buffer為接收緩存區(qū),error_check為對接收的數(shù)據進行校驗.如果出錯,則將用戶自定義引腳12置低,PC機讀取狀態(tài)寄存器時讀取到該用戶自定義狀態(tài)為低時,將數(shù)據重發(fā),保證了通信的可靠性。

參考文獻

[1] 余張國,李眾立,張曉琴,李磊民.基于EPP協(xié)議的AVR與PC并行通信系統(tǒng)的設計.PLC&FA,2004:(5)
[2] 霍曉方.用68HC908GP32單片機實現(xiàn)EPP增強并口的接口技術.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,  2006:(4)
[3] Interfacing the Enhanced Parallel Port.pdf. http://www.beyondlogic.org 

作者簡介:

方耀湘(1982-),男 湖南省湖南大學電氣與信息工程學院碩士研究生,研究方向:電子技術應用。  

黎福海(1964-),男,廣西人,湖南大學電氣與信息工程學院副教授,目前研究領域:數(shù)字信號處理。

胡兆斌(1963-),男,陜西人,深圳美安可有限公司總工,目前研究方向:工業(yè)印刷技術。
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