探究MPC82XX的UPM方式應用

引 言

MPC82XX是Freescale公司繼MPC860之后推出的一系列高性能通信處理器中性能價(jià)格比十分出色的一款，它具有獨立的64位數據總線(xiàn)和32位地址總線(xiàn)，獨立的32位PCI2.2總線(xiàn)接口，豐富的外設接口（MII、I2C、SP、USB、UART等），足夠的用戶(hù)可自定義的GPI0。MPC82XX的這些技術(shù)特點(diǎn)使它非常適合于應用在某些既具有多樣通信接口又具有一定計算和控制功能的自動(dòng)化智能設備中。新型涉及能方便的嵌入到其它裝置中的帶控制功能的低壓電力載波通訊處理器，提供了與外界聯(lián)系的信號采集接口、控制輸出接口、通訊接口等多種接口，自身就可以完成對外部信號的采集、計量、控制、通訊轉發(fā)等功能，既可以是一個(gè)獨立的用低壓電力線(xiàn)作通訊信道的數據采集、計量、控制、通訊轉發(fā)產(chǎn)品，又可以作為電力載波通訊調制解調單元嵌入到其它產(chǎn)品中，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，性能穩定，抗干擾能力強，信息傳輸精確，沒(méi)有可調元件，易于批量生產(chǎn)。

在此類(lèi)自動(dòng)化智能設備的開(kāi)發(fā)設計過(guò)程中經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)題是總線(xiàn)器件的擴展。對于地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)分開(kāi)的器件，例如常見(jiàn)的STl6C554、NOR Flash等，MPC82XX提供了8路用戶(hù)可自定義地址區間的片選信號，采用GPCM（General—Purpose Chip—Select Machine）模式可以非常方便地進(jìn)行掛接。

總線(xiàn)（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線(xiàn)，它是由導線(xiàn)組成的傳輸線(xiàn)束， 按照計算機所傳輸的信息種類(lèi)，計算機的總線(xiàn)可以劃分為數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)，分別用來(lái)傳輸數據、數據地址和控制信號?？偩€(xiàn)是一種內部結構，它是CPU、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個(gè)部件通過(guò)總線(xiàn)相連接，外部設備通過(guò)相應的接口電路再與總線(xiàn)相連接，從而形成了計算機硬件系統。在計算機系統中，各個(gè)部件之間傳送信息的公共通路叫總線(xiàn)，微型計算機是以總線(xiàn)結構來(lái)連接各個(gè)功能部件的。當總線(xiàn)空閑（其他器件都以高阻態(tài)形式連接在總線(xiàn)上）且一個(gè)器件要與目的器件通信時(shí)，發(fā)起通信的器件驅動(dòng)總線(xiàn)，發(fā)出地址和數據。其他以高阻態(tài)形式連接在總線(xiàn)上的器件如果收到（或能夠收到）與自己相符的地址信息后，即接收總線(xiàn)上的數據。發(fā)送器件完成通信，將總線(xiàn)讓出（輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)）。

但是當遇到某些數據總線(xiàn)與地址總線(xiàn)復用的器件，如CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器SJAl000等，或者某些控制時(shí)序比較特殊的器件，在這些情況下一般的做法是通過(guò)增加CPLD進(jìn)行數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)的時(shí)序和邏輯轉換，以滿(mǎn)足特定的要求。但是它的缺點(diǎn)也是顯然的：首先，增加了CPLD這種占PCB面積較大的芯片，同時(shí)還需要提供燒寫(xiě)CPLD的JTAG接口；其次，增加了CPLD軟件的開(kāi)發(fā)和維護工作。

1 UPM的特點(diǎn)

1.1 接口信號及時(shí)序控制

MPC82XX的UPM接口信號線(xiàn)如表1所列。

其中，GPLx、CSx的時(shí)序用戶(hù)可以自定義，它們最小可調整時(shí)序間隔為1／4個(gè)總線(xiàn)時(shí)鐘周期。同時(shí)地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)的時(shí)序也可作一定程度的修改，以適應各種不同的應用場(chǎng)合。

MPC82XX具有3個(gè)UPM，GPLx信號為各UPM所共用，每一個(gè)UPM對應一個(gè)由64個(gè)字（32位）組成的RAM陣列，RAM陣列中每個(gè)字對應一個(gè)時(shí)鐘周期內總線(xiàn)上各信號的狀態(tài)，同時(shí)可以通過(guò)設置LOOP位或者RE—D0位進(jìn)行時(shí)間上的擴展，以適應某些慢速設備。UPM每個(gè)狀態(tài)序列的結束由LAST位確定。

1.2 劃分基本操作

根據要掛接的芯片的基本操作，對UPM的RAM陣列進(jìn)行分割，即在適當的位置設置LAST位，以形成幾個(gè)基本微操作，如讀寫(xiě)等。每次需要UPM進(jìn)行某項操作時(shí)，先將該操作在RAM陣列中的起始地址寫(xiě)入UPM控制寄存器MxMR，RAM（隨機存取存儲器）RAM -random access memory 隨機存儲器。存儲單元的內容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無(wú)關(guān)的存儲器。這種存儲器在斷電時(shí)將丟失其存儲內容，故主要用于存儲短時(shí)間使用的程序。 按照存儲信息的不同，隨機存儲器又分為靜態(tài)隨機存儲器（Static RAM,SRAM）和動(dòng)態(tài)隨機存儲器（Dynamic RAM,DRAM）。接下來(lái)的操作對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)相當于是透明的，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的賦值操作即可，總線(xiàn)時(shí)序將由UPM來(lái)控制。

下文將以利用UPM掛接兩種常見(jiàn)的芯片為例進(jìn)行詳細說(shuō)明。

2 擴展CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器

在工業(yè)控制領(lǐng)域，CAN總線(xiàn)應用相當廣泛，SJAl000是最常見(jiàn)的CAN總線(xiàn)驅動(dòng)器，利于MPC827X的UPM模式可以很好的掛接總線(xiàn)復用的SJAl000芯片。

2.1 硬件連接

MPC82XX利用UPM掛接SJAl000的連接如圖l所示。

在該應用實(shí)例中，SJAl000的讀寫(xiě)信號和地址有效信號均由GPL提供，74LVC245用于完成5 V邏輯和3.3 V邏輯的轉換。

2.2 設計要點(diǎn)

對SJAl000的操作可以分為讀數據和寫(xiě)數據兩個(gè)基本操作，同時(shí)SJAl000是總線(xiàn)復用器件，待讀寫(xiě)數據的地址必須先行給出，還需加上一個(gè)寫(xiě)地址的操作，因此可以將微操作定義為三個(gè)。不論是數據還是地址，都由MPC82XX的數據總線(xiàn)給出，通過(guò)分別使能ALE、RD和WR信號以區分以上三類(lèi)操作，ALE、RD和WR功能由UPM的GPL信號線(xiàn)來(lái)模擬實(shí)現。

3 擴展NAND Flash存儲器

閃存（Flash Memory）是一種長(cháng)壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息）的存儲器，數據刪除不是以單個(gè)的字節為單位而是以固定的區塊為單位（注意：NOR Flash 為字節存儲。），區塊大小一般為256KB到20MB。閃存是電子可擦除只讀存儲器（EEPROM）的變種，EEPROM與閃存不同的是，它能在字節水平上進(jìn)行刪除和重寫(xiě)而不是整個(gè)芯片擦寫(xiě)，這樣閃存就比EEPROM的更新速度快。由于其斷電時(shí)仍能保存數據，閃存通常被用來(lái)保存設置信息，如在電腦的BIOS（基本輸入輸出程序）、PDA（個(gè)人數字助理）、數碼相機中保存資料等。閃存存取比較快速，無(wú)噪音，散熱小。你買(mǎi)的話(huà)其實(shí)可以不考慮那么多，同樣存儲空間買(mǎi)閃存。如果硬盤(pán)空間大就買(mǎi)硬盤(pán)，也可以滿(mǎn)足你應用的需求。

3.1 硬件連接

該應用中，NAND Flash的讀寫(xiě)信號、地址有效信號、命令有效信號均由GPL提供，NAND Flash的Ready／Busyr信號則由MPC82XX的通用I／O引腳讀取。

3.2 設計要點(diǎn)

NAND Flash的操作具有以下特點(diǎn)：其一，地址是通過(guò)I／0口串行寫(xiě)入的，即一次寫(xiě)入8位或者16位（視具體芯片IO總線(xiàn)寬度而定）；其二，Flash在非空白區寫(xiě)入時(shí)需先進(jìn)行擦除操作，擦除和寫(xiě)入的速度相對于CPU的速度來(lái)說(shuō)是比較長(cháng)的，因此CPU需等待一個(gè)操作完成后才能進(jìn)行下一步操作；其三，對NAND Flash的讀寫(xiě)操作之前必須先寫(xiě)入相應的命令字。

值得注意的是，寫(xiě)入了地址的最后一個(gè)字段后不能立即進(jìn)行數據操作，必須等待幾μs的時(shí)間，這個(gè)等待時(shí)間可以通過(guò)設置UPM的LOOP和REDO實(shí)現。經(jīng)測試，該方案讀數據的速度達到2 MB／s，寫(xiě)數據的速度達到1.5MB／s，可以滿(mǎn)足應用需求。

結 語(yǔ)

PowerPC UPM方式配置靈活，適應力強，能有效地減少應用系統軟硬件的復雜程度，提高系統可靠性，降低設備的研發(fā)成本和制造成本，使得PowerPC更加適合用在空間、成本等方面有諸多限制而接口要求又豐富多樣的嵌入式應用系統中。