DSP與ISA總線PnP卡的接口技術(shù)研究

為解決多個總線設(shè)備共享系統(tǒng)總線時所帶來的系統(tǒng)底層資源的分配和再分配問題,Microsoft公司在1993年以后相繼公布了即插即用PnP(Plug-and-Play)規(guī)范,包括的總線類型有ISA、EISA、PCMCIA、PCI、VESA及SCSI等。PnP技術(shù)提供了對于底層硬件資源包括I/O端口、IRQ、DMA通道以及內(nèi)存等的智能管理,免除了用戶因安裝新的硬件設(shè)備而帶來的煩惱。PnP不需要手工改變設(shè)備的開關(guān)或跳線,給大家?guī)砹撕锰?但也給在非PC硬件平臺上的應(yīng)用帶來了麻煩。原因在于PnP的實現(xiàn)必須具備兩個條件:一是PC機主板要有支持PnP的BIOS;二是要有支持PnP的操作系統(tǒng),如Windows95/98/2000等。當(dāng)脫離了PC機環(huán)境,這兩個條件皆不具備,PnP設(shè)備的應(yīng)用受到了極大的限制。比如在DSP與ISA總線接口系統(tǒng)的設(shè)計中,一般ISA標(biāo)準(zhǔn)的非PnP設(shè)備有固定的系統(tǒng)資源,通過跳線或開關(guān)手工設(shè)置完成后,上電即可對其編程,相應(yīng)的ISA接口卡就會做出反應(yīng)。而支持PnP的接口卡上面沒有開關(guān)和跳線,板上的資源需要用軟件配置;當(dāng)同時使用多塊PnP接口卡時,首先還必須進行PnP卡的識別,然后才能對相應(yīng)的接口卡進行資源配置。在筆者以前所從事的科研任務(wù)中,需要DSP與ISA總線的網(wǎng)卡和聲卡進行接口設(shè)計,所用的網(wǎng)卡和聲卡都不支持PnP規(guī)范。隨著PnP技術(shù)的發(fā)展和普遍應(yīng)用,如今在市場上很難見到不支持PnP的老ISA卡了,這就給筆者提出了新的問題:如何在非PC硬件環(huán)境下使用PnP設(shè)備?本文以PnP網(wǎng)卡和聲卡為例,通過分析ISA總線PnP卡與微機的軟、硬件接口電路,用DSP芯片TMS320F206結(jié)合外圍電路模擬ISA時序,實現(xiàn)了DSP對PnP卡的自動識別與配置,從而使ISA總線PnP卡在非PC環(huán)境下的應(yīng)用變成現(xiàn)實。

1 ISA總線PnP協(xié)議簡介[1]

　　PnP邏輯必須在上電后經(jīng)軟件使能才起作用。使能的過程是將一個預(yù)先定義好的序列(32次I/O寫)寫入地址端口,地址端口的地址為279H,預(yù)先定義好的序列就稱為PnP初始化關(guān)鍵字。這32個字節(jié)為:

　　6A,B5,DA,ED,F6,FB,7D,BE,DF,6F,37,1B,0D,86,C3,61,B0,58,2C,16,8B,45,A2,D1,E8,74, A,9D,CE,E7,73,39

　　當(dāng)PnP卡檢測到上述32字節(jié)的初始化關(guān)鍵字后,所有的PnP卡都進入了隔離狀態(tài),等待軟件一個一個地去識別并配置資源。PnP卡能被軟件識別的關(guān)鍵在于每個卡都有一個唯一的序列標(biāo)識符。該序列標(biāo)識符由9個字節(jié)共72位組成,其中前四個字節(jié)是生產(chǎn)廠家的標(biāo)識,緊接的四個字節(jié)可以是任何值,只要系統(tǒng)中任意兩塊卡之間的這八個字節(jié)不完全相同即可。最后的一個字節(jié)是前八個字節(jié)的校驗和。軟件就是通過讀取每個卡的序列標(biāo)識符來識別該PnP卡是由哪個公司生產(chǎn)的并正確調(diào)用該公司提供的驅(qū)動程序。序列標(biāo)識符是按位順序讀出的,圖1示出了序列標(biāo)識符的構(gòu)成及移位過程。對每個字節(jié),協(xié)議規(guī)定移出的順序是bit[0]，bit[1]，直到bit[7]。

讀序列標(biāo)識符的口地址為200H到3FFH之間的任意地址,只要該地址未被其它資源占用。設(shè)置該地址的過程見本文的第四部分。所有卡的讀地址皆相同,設(shè)將要讀的一塊卡的序列標(biāo)識符的該位為“1”,而另一塊卡的相應(yīng)位是“0”,如果這兩塊卡都來驅(qū)動數(shù)據(jù)總線,則不可避免地會產(chǎn)生沖突。PnP卡識別的關(guān)鍵技術(shù)也就在這里,即PnP上的硬件參與配合了該卡的識別判斷過程。每塊卡會根據(jù)自己序列標(biāo)識符的每一位對I/O讀做出相應(yīng)的反應(yīng)。

　　如果該卡的序列標(biāo)識符的當(dāng)前位是“1”,那么該卡就驅(qū)動數(shù)據(jù)總線為55H;如果該位是“0”,就驅(qū)動數(shù)據(jù)總線為高阻,所有在高阻態(tài)的卡會去檢查數(shù)據(jù)總線是否有別的卡正在驅(qū)動數(shù)據(jù)總線的最低兩位為“01”。第二次I/O讀時,驅(qū)動數(shù)據(jù)總線為55H的卡將驅(qū)動數(shù)據(jù)總線為AAH,而在高阻態(tài)的卡會去看是否有別的卡正在驅(qū)動數(shù)據(jù)總線的最低兩位為“10”。以上可以看出,每讀一位需要兩次I/O讀。

　　在高阻態(tài)的卡如果檢測到有別的卡在兩次讀周期中有效地驅(qū)動了數(shù)據(jù)總線,則它就會停止參與當(dāng)前的識別狀態(tài),等在下一輪的識別過程中再參加。但是如果該卡沒有檢測到有別的卡去驅(qū)動數(shù)據(jù)總線,則它將繼

續(xù)參加這一輪的識別,并且利用新移出的一位來決定本身的響應(yīng)。

　　上述移位和判別過程要進行72次,最后有一塊卡保留下來,該卡被指定了一個句柄,也不再參與下一輪的識別過程。同樣,在緊接的一輪識別過程中,又有一塊卡被識別并賦予一個新的句柄。重復(fù)上述過程,每塊卡都會被識別且擁有一個相應(yīng)的句柄。

　　當(dāng)系統(tǒng)中的所有PnP卡皆被正確識別后,就可以根據(jù)每個卡的句柄對相應(yīng)的卡進行資源配置工作了。這部分工作純粹是由PnP資源管理軟件來完成的。

2 DSP與ISA總線PnP卡的硬件接口技術(shù)

　　從前面的敘述可以看出,ISA總線PnP卡與非PnP卡對是否為PC硬件環(huán)境并不作要求,只需用戶所設(shè)計的總線符合ISA標(biāo)準(zhǔn)即可。以前針對非PnP的老ISA卡設(shè)計的ISA插槽同樣適用于PnP卡,僅在軟件上做相應(yīng)的改動即可。

3 DSP對PnP卡的識別技術(shù)

　　DSP對PnP卡的識別過程與微機對PnP卡的識別過程是一模一樣的,圖2給出了DSP對PnP卡的識別程序流程。[!--empirenews.page--]

表1給出了利用上述方法對三個PnP卡的識別結(jié)果,其中兩塊PnP卡是Accton公司設(shè)計的10M以太網(wǎng)卡,另一塊是利用Crystal公司的CS4235設(shè)計的3D聲卡。

從表1可清楚看到,由于網(wǎng)卡是同一廠家生產(chǎn)的,故其序列標(biāo)識符的前四個字節(jié)相同。同時根據(jù)DSP對PnP卡的識別流程可知,第一輪可識別出聲卡,第二輪識別出網(wǎng)卡2,最后識別出網(wǎng)卡1。

4 DSP對PnP卡的資源配置

　　本文以NE2000兼容網(wǎng)卡為例,通過對I/O端口地址的配置來闡述DSP是如何對PnP卡進行資源配置的。該網(wǎng)卡使用的芯片為Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019,芯片中I/O配置寄存器如表2所示。

當(dāng)識別出該網(wǎng)卡后,就可把該網(wǎng)卡的資源數(shù)據(jù)讀出,下面就是從該PnP卡上讀出的有關(guān)I/O端口地址配置的資源：

　　TAG  I/O Format

　  Item byte                       　47H

 　 I/O information                   00H

 　 Min.I/O base bits 7-0       　　　20H

　  Min.I/O base bits 15-8      　　　02H

　  Max.I/O base bits 7-0         　  80H

　  Max.I/O base bits 15-8     　　   03H

 　 Base alignment                    20H

    Range length                      20H

　　從上面的資源數(shù)據(jù)可以看出,該網(wǎng)卡的I/O端口可以配置為220H到380H之間的地址空間,占用的空間范圍為20H,同時要求該地址的步進大小為20H,即只能選擇220H～23FH,240H～25FH等,依此類推?，F(xiàn)假設(shè)要給該網(wǎng)卡配置地址空間為300H～31FH,則只需給I/O配置寄存器60H寫入03H,61H寫入00H即可。對IRQ、DMA的配置與I/O端口的配置過程是一樣的。

5 避開PnP協(xié)議“關(guān)鍵字”的接口方法[3]

　　從上述PnP卡的識別與配置過程可見,如果是在PC機環(huán)境中,那么這一過程可自動完成;而在用戶所設(shè)計的系統(tǒng)中,這一過程就顯得有些煩瑣,且意義不是很大。能不能避開PnP協(xié)議直接對每塊PnP卡進行編程,就象對老的ISA卡那樣操作呢?實際上,大多數(shù)芯片確實提供了這種簡潔、快速的方法,統(tǒng)稱為“某某公司關(guān)鍵字”接口方法。以前文中所述聲卡為例介紹這種接口方法。下面所給出的五個步驟完成后,該聲卡就和老的ISA聲卡操作過程一樣了;唯一的不足是如果系統(tǒng)中使用了兩塊該類型的聲卡,即使它們的序列標(biāo)識符不同,該方法也失效。[!--empirenews.page--]

　　(1)DSP送32字節(jié)“Crystal Key”到地址端口279H,該PnP卡就馬上進入配置狀態(tài)。這32字節(jié)數(shù)據(jù)為:

　　96,35,9A,CD,E6,F3,79,BC,5E,AF,57,2B,15,8A,C5,E2,F1,F8,7C,3E,9F,4F,27,13,09,84,42,A1,D0,68,34,1A;

　　(2)DSP送句柄號到279H;

　　(3)DSP直接配置每個邏輯器件的配置寄存器;

　　(4)DSP送79H到279H激活CS4235;

　　(5)DSP禁止該PnP卡參與將來的PnP循環(huán)。