單片機(jī)共享片外存儲(chǔ)器及其與微機(jī)通信的方法

1 板間共享存儲(chǔ)器的硬件接口電路和軟件控制流程

1.1 信號(hào)處理板硬件接口電路

基于DSP的信號(hào)處理板可以根據(jù)應(yīng)用要求運(yùn)行許多信號(hào)處理算法，如信號(hào)預(yù)處理、目標(biāo)識(shí)別與跟蹤定位、Kalman濾波等。待處理的原始信號(hào)數(shù)據(jù)通過板間通信從數(shù)據(jù)采集板獲得。這里采用板間共享存儲(chǔ)器的方法來完成數(shù)據(jù)交換，DSP既可以從共享存儲(chǔ)器讀取采集數(shù)據(jù)，也可以把處理結(jié)果(如新的程控放大倍數(shù)值，跟蹤定位結(jié)果等)寫到共享存儲(chǔ)器中供MCU讀取。

TMS320C32有一個(gè)雙向串行口，可以設(shè)置每幀同時(shí)收發(fā)8/16/24/32位數(shù)據(jù)，同步時(shí)鐘可以由內(nèi)部串口定時(shí)器產(chǎn)生或由外部輸入。通過設(shè)置串口全局控制寄存器來控制串口的總體功能和工作模式；通過設(shè)置FSX/DX/CLKX端口控制寄存器和FSR/DR/CLKR端口控制寄存器來控制串口6個(gè)引腳的功能，可以軟件設(shè)置每個(gè)引腳為通用的I/O引腳或串口通信引腳。TMS320C32有兩根通用的I/O引腳為XF0和XF1，由于共享存儲(chǔ)器接口電路需要4根控制線來進(jìn)行DSP與MCU間的握手通信，這里把串口的2個(gè)引腳FSR0和FSX0設(shè)置為通用的I/O引腳用作控制線。接口電路原理圖如圖1所示。

圖中RAM0～RAM3是四片容量為512K的8位高速RAM(芯片型號(hào)為CY7C1049－17VC)，組成32位數(shù)據(jù)寬度的存儲(chǔ)器，DSP運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)都在這四片RAM中。FLASH(芯片型號(hào)為Am29F016)用于存儲(chǔ)程序和初始化數(shù)據(jù)，即使掉電內(nèi)容也不丟失，DSP上電時(shí)由自帶的BOOT LOADER程序從FLASH中取出程序到四片RAM中運(yùn)行。從共享存儲(chǔ)器讀取的采集數(shù)據(jù)也暫存到這四片RAM中。

1.2 數(shù)據(jù)采集板硬件接口電路

基于單片機(jī)AT89C51的數(shù)據(jù)采集板在單片機(jī)的全局控制下，通過對(duì)多路聲傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行程控放大、低通濾波、同步采樣保持、A/D變換，實(shí)時(shí)同步采集多路信號(hào)，并把采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)采集板上的128K共享存儲(chǔ)器(芯片型號(hào)為CY7C109－12VC)中。

共享存儲(chǔ)器及其總線隔離電路設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)采集板上。在某一時(shí)刻，共享存儲(chǔ)器只能被某一方訪問，否則會(huì)產(chǎn)生總線沖突。這里由MCU切換選通DSP總線或單片機(jī)總線，分時(shí)訪問共享存儲(chǔ)器?？偩€隔離芯片選用常見的雙向總線隔離/驅(qū)動(dòng)芯片74HC245，它有一個(gè)輸出使能引腳(E)和一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸方向(DIR)引腳，MCU通過控制這兩個(gè)引腳來完成總線隔離與數(shù)據(jù)傳輸方向控制功能。接口電路原理圖如圖2所示。圖中，MCU端的總線隔離由一片74HC373和兩片74HC245完成，DSP端由三片74HC245完成數(shù)據(jù)總線和地址總線的隔離。由P1.2控制選通哪組總線，當(dāng)P1.2為低電平時(shí)，共享存儲(chǔ)器只能被MCU訪問；當(dāng)P1.2為高電平時(shí)，只有當(dāng)P1.3也為高電平時(shí)(表示MCU同意讓出共享存儲(chǔ)器)，共享存儲(chǔ)器才能被DSP訪問。由于DSP需要讀或?qū)懝蚕泶鎯?chǔ)器，所以需要軟件設(shè)置數(shù)據(jù)總線隔離芯片74HC245的數(shù)據(jù)傳輸方向，這里通過設(shè)置DSPDIR信號(hào)線的電平狀態(tài)來完成(高電平時(shí)為讀，低電平時(shí)為寫)。由于地址總線的數(shù)據(jù)傳輸方向始終是單向的，所以其隔離芯片的DIR端可以固定接低電平或高電平，視74HC245的實(shí)際接線而定。
1.3 軟件控制流程

信號(hào)處理板上的DSP需要采集信號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)就向數(shù)據(jù)采集板上的MCU發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)接收到請(qǐng)求信號(hào)后，如果同意讓出共享存儲(chǔ)器，則向DSP發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)隔離MCU端的總線，暫停數(shù)據(jù)采集。DSP接收到應(yīng)答信號(hào)后就可以訪問共享存儲(chǔ)器，DSP快速讀、寫完數(shù)據(jù)后，向單片機(jī)發(fā)結(jié)束信號(hào)，單片機(jī)接收到結(jié)束信號(hào)后，收回共享存儲(chǔ)器，同時(shí)隔離DSP端總線，繼續(xù)采集。這樣數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理就可以同時(shí)進(jìn)行，不同于一般的采集一段處理一段的串行工作模式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集零等待，增加了系統(tǒng)的吞吐能力。參見圖3的接線圖，一次完整的通信過程詳述如下，注意在DSP程序初始化時(shí)應(yīng)把XF0、XF1、FSR0設(shè)置為相應(yīng)的無效狀態(tài)。 1?DSP需要采集信號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)向MCU發(fā)請(qǐng)求信號(hào)(置XF0為低電平)，觸發(fā)MCU的INT0中斷，等待MCU應(yīng)答(DSP循環(huán)檢測(cè)XF1的狀態(tài))。

2?如果MCU同意讓出共享存儲(chǔ)器，則響應(yīng)中斷，否則等待。在中斷服務(wù)程序中，置P1.3(即DSPACK)為高電平，表示應(yīng)答。同時(shí)置P1.2為高電平，選通DSP總線。MCU接著循環(huán)檢測(cè)P1.4?即DSPEOR)的狀態(tài)。

3?DSP收到應(yīng)答信號(hào)(即檢測(cè)到XF1為高電平)，立即快速讀寫共享存儲(chǔ)器，在讀操作前，置FSX0為高電平，在寫操作前，置FSX0為低電平。讀寫完