IDT7132雙端口RAM在單片機(jī)系統(tǒng)中的使用

1．IDT7132簡介

IDT7132是一種高速2K×16bit雙端口靜態(tài)RAM，且?guī)瑑?nèi)總線仲裁電路，具有兩組數(shù)據(jù)總線和地址總線，兩組總線可以同時(shí)訪問不同的存儲器單元。當(dāng)兩組地址總線完全相同時(shí)，由片內(nèi)總線仲裁邏輯向后訪問的一方發(fā)出等待信號，使該方進(jìn)入等待，待另一方訪問結(jié)束后等待撤消，等待方繼續(xù)訪問這一地址。由于雙端口RAM的特殊結(jié)構(gòu)，使得雙機(jī)可以方便、快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而大大提高了多CPU系統(tǒng)的并行處理能力。

IDT7132的結(jié)構(gòu)框圖如圖13.12所示。當(dāng)引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)選中DPRAM，即可通過控制或R/來訪問內(nèi)部存儲單元。

IDT7312的核心部分是存儲器陣列，用于數(shù)據(jù)存儲，為左右兩個(gè)端口公用。這樣，位于兩個(gè)端口的左右處理單元就可以共享一個(gè)存儲器。當(dāng)兩個(gè)端口對雙端口RAM存取時(shí)，IDT7312芯片設(shè)計(jì)有硬件功能輸出，其工作原理如下。

·當(dāng)左右端口不對同一地址單元存取時(shí)，、均為高電平，可正常存儲。

·當(dāng)左右端口對同一地址單元存取時(shí)，有一端口的為低電平，禁止數(shù)據(jù)的存取，此時(shí)，兩個(gè)端口中哪個(gè)存取請求信號出現(xiàn)在前，則其對應(yīng)的為高電平，允許存取，否則其對應(yīng)的為高電平，禁止其寫入數(shù)據(jù)。

IDT7312的時(shí)序與RAM的讀寫時(shí)序非常類似：當(dāng)CPU選中DPRAM時(shí)，引腳出現(xiàn)下降沿，當(dāng)控制線為高且R/為低時(shí)，CPU對內(nèi)部存儲單元進(jìn)行寫操作；而當(dāng)控制線為低且R/為高時(shí)，CPU對內(nèi)部存儲單元進(jìn)行讀操作。IDT7312在非競爭情況下的讀寫控制字如表13-1所示。

圖13.12IDT7132結(jié)構(gòu)框圖

表13-1IDT7132非競爭讀寫控制字

左或右端口

功　　能

R/

D7～D0

—

X

H

X

Z

掉電模式

L

L

X

數(shù)據(jù)輸入

數(shù)據(jù)寫入存儲器

H

L

L

數(shù)據(jù)輸出

存儲器中數(shù)據(jù)輸出

H

L

H

Z

輸出呈高阻態(tài)

使用雙端口RAM的關(guān)鍵是對競爭的處理。當(dāng)外部CPU通過兩個(gè)端口對雙端口RAM內(nèi)部的同一個(gè)存儲單元進(jìn)行操作（即兩組地址總線完全相同）時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)競爭。為避免因競爭而導(dǎo)致的通信失敗，設(shè)計(jì)者提出了各種解決方案，常見的有如下3種。

·設(shè)置標(biāo)志位。在開辟數(shù)據(jù)通信區(qū)的同時(shí)可通過軟件方法在某個(gè)固定的存儲單元設(shè)立標(biāo)志位。這種方法要求兩端CPU每次訪問雙端口RAM之前必須查詢、測試和設(shè)置標(biāo)志位，然后再根據(jù)標(biāo)志位的狀態(tài)決定是否可以訪問數(shù)據(jù)區(qū)。

有的雙端口本身就具有專用的一個(gè)或多個(gè)硬件標(biāo)志鎖存器和專門的測試和設(shè)置指令，可直接對標(biāo)志位進(jìn)行讀寫操作。這種方法通常用在多個(gè)處理器共享一個(gè)存儲器塊時(shí)。為了保證通信數(shù)據(jù)的完整性，在采用這種方法時(shí)往往要求每個(gè)處理器能對該存儲器塊進(jìn)行互斥的存取。

·軟件查詢引腳狀態(tài)。雙端口RAM必須具有解決兩個(gè)處理器同時(shí)訪問同一單元的競爭仲裁邏輯功能。當(dāng)雙方訪問地址發(fā)生沖突時(shí)，競爭仲裁邏輯可用來決定哪個(gè)端口訪問有效，同時(shí)取消無效端口的訪問操作，并將禁止端口的信號置為低電平。因此信號可作為處理器等待邏輯的輸入之一，即當(dāng)為低電平時(shí)，讓處理器進(jìn)入等待狀態(tài)，每次訪問雙端口RAM時(shí)，檢查狀態(tài)以判斷是否發(fā)生競爭，只有為高時(shí)對雙端口RAM的操作才有效。

·利用硬件解決競爭。信號可以直接接至支持插入等待時(shí)序的CPU，如80C196的引腳，而無需軟件支持。

原理圖如圖13.13所示，由兩個(gè)8051單片機(jī)和包括雙端口RAM的單片機(jī)控制系統(tǒng)組成。兩個(gè)單片機(jī)之間的通信是通過對雙端口RAM的讀寫實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)對雙端口RAM的訪問與片外擴(kuò)展RAM沒有區(qū)別，例如，要對IDT7312的0x0單元進(jìn)行操作，只需對片外地址0x7800進(jìn)行操作即可；而要對IDT7312的0x0單元進(jìn)行操作，只需對片外地址0x7801進(jìn)行操作即可。

圖13.138051與IDT7132組成的系統(tǒng)原理圖

在本系統(tǒng)中，單片機(jī)U1將某些數(shù)據(jù)存入IDT7132，由U2將這些數(shù)據(jù)讀入并處理，此時(shí)U1就可以去進(jìn)行其他操作。顯然，這種發(fā)放可以實(shí)現(xiàn)一定程度上的并行計(jì)算，在計(jì)算量較大的時(shí)候是比較可取的。

系統(tǒng)工作后，單片機(jī)U2連續(xù)讀雙端口RAM，先查詢（P3.5）信號，若為高電平，說明不忙，則查詢更新標(biāo)志單元7800H。若7800H單元為#FFH，說明數(shù)據(jù)已經(jīng)更新，單片機(jī)先把標(biāo)志單元7800H置為#00H，再讀入數(shù)據(jù)；若標(biāo)志單元7800H為#00H，說明數(shù)據(jù)未更新，單片機(jī)U2再讀IDT7132。單片機(jī)U2讀雙端口RAM的流程如圖13.14（a）所示。單片機(jī)U1向IDT7132的寫操作與此類似，首先把更新標(biāo)志單元7800H置為#FFH，然后再向其中寫入數(shù)據(jù)，如圖13.14（b）所示。

圖13.14單片機(jī)讀、寫IDT7312的流程圖

程序如例13-6所示，采用設(shè)置標(biāo)志位和軟件查詢的方法解決競爭問題。

【例13-6】兩片8051單片機(jī)通過雙端口RAM IDT7132交換數(shù)據(jù)。IDT7312的第一個(gè)存儲單元0x0作為更新標(biāo)志，從0x1～0x0A的10個(gè)字節(jié)作為存儲區(qū)，U1可以在滿足條件時(shí)向此存儲區(qū)寫入數(shù)據(jù)，U2可以在滿足條件時(shí)從此存儲區(qū)讀出數(shù)據(jù)。

U1的程序：

#include

typedef unsigned char uchar;

#define adr_flag((uchar*)0x17800)//存放更新標(biāo)志的地址

#define adr_store ((uchar*)0x17801)//存儲區(qū)起始地址

sbit BL=P3^5;//P.5接BUSYL信號

void main(void)

{

uchar buf[10];//存儲從IDT7312中讀取的數(shù)據(jù)

uchar i,temp;

while(1)//無限循環(huán)

{

buf[i]=*(adr_store+i);//讀雙端口RAM

if(!BL) break;//如果BUSYL信號為低，循環(huán)檢測

temp=*adr_flag;//直到BUSYL信號變高

if(temp==0xff) break;//如果尚未更新，循環(huán)檢測

else//如果已經(jīng)更新

{

*adr_flag=0x0;//清除更新標(biāo)志

for(i=0;i<=9;i++)//讀取10個(gè)字節(jié)

buf[i]=*(adr_store+i);

}

}

}

U2的程序：

#include

typedef unsigned char uchar;

#define adr_flag((uchar*)0x17800)//存放更新標(biāo)志的地址

#define adr_store ((uchar*)0x17801) //存儲區(qū)起始地址

sbit BR=P3^5;//P.5接BUSYR信號

void main(void)

{

uchar buf[10];//將要寫入的數(shù)據(jù)存放在buf[10]中

uchar i,temp;

while(1)//無限循環(huán)

{

*(adr_store+i)= buf[i];//寫雙端口RAM

if(!BR) break;//如果BUSYR信號為低，循環(huán)檢測

temp=*adr_flag;//直到BUSYR信號變高

if(temp==0) break; //若上次更新尚未被讀取，循環(huán)檢測