AM186EM處理器的地址空間優(yōu)化及應用

摘要：本文介紹了一種基于AM186EM處理器的地址空間優(yōu)化應用，當系統需要處理器支持的最大容量?jì)却鏁r(shí)，FLASH和外圍存儲器(例如雙口RAM等)可以共用處理器的選通信號，從而實(shí)現FLASH和外圍存儲器共用盡可能大的地址空間。同樣，當系統需要最大容量的FLASH時(shí)，內存RAM和外圍存儲器可以共用處理器的選通信號，從而實(shí)現RAM和外圍存儲器共用盡可能大的地址空間。
引言
隨著(zhù)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新業(yè)務(wù)層出不窮，電信運營(yíng)商對通信設備的功能需求日益增多，因此，通信設備經(jīng)常需要升級軟件版本，而隨著(zhù)功能的日趨完善，軟 件版本所需的存儲空間越來(lái)越大。電信級的通信設備對實(shí)時(shí)性的要求很高，往往需要較大的內存來(lái)存儲實(shí)時(shí)數據，因此，通信設備中往往配置盡可能多的內存。另一 方面，激烈的競爭促使各通信設備制造商盡可能采用物美價(jià)廉的器件以降低設備成本。一些廉價(jià)而高性能的處理器獲得了廣泛的應用，然而這一類(lèi)處理器的尋址空間 往往是有限的。AM186EM處理器由于其低成本、高性能，在基于x86架構的嵌入式系統及通信設備中獲得了廣泛應用。
1 AM186EM處理器及通用設計
AM186EM處理器只有20位地址的尋址空間，即存儲器的尋址范圍只有1M空間，包括內存RAM、程序存儲器FLASH以及外圍存儲器(如雙口RAM等)映射到存儲器的尋址范圍。
圖1是AM186EM處理器的寄存器設置圖，可以分別設置高端存儲器片選(Upper Memory Chip Select，UMCS)寄存器、低端存儲器片選(Lower Memory ChipSelect，LMCS)寄存器、中端存儲器片選(Midrange Memory Chip Select，MMCS)寄存器以及輔助(PCS and MCSAuxiliary，MPCS)寄存器這4個(gè)寄存器的地址范圍，而且UMCS、LMCS和MMCS寄存器可以針對不同設備的讀寫(xiě)速率分別設置不同的等待狀態(tài)。

UMCS寄存器中LB2～LB0指定了選通的高端存儲器的容量，容量大小可以為64K、128K、256K或512K；LMCS寄存器中UB2～UB0指定了選通的低端存儲器的容量，容量大小可以為64K、128K、256K或512K；MMCS寄存器中的BA19～BA13指定了選通的中端存儲器的起始地址；MPCS寄存器中的M6～M0指定了選通的中端存儲器的容量。
另外，UMCS、LMCS和MMCS寄存器中的R2分別指定了、和選通的存儲器是否引入外部Ready信號延時(shí)；UMCS、LMCS和MMCS寄存器中的R1和R0分別指定了、和選通的存儲器引入的等待狀態(tài)。
AM186EM處理器提供了3個(gè)片選信號：高端存儲器選通信號用于FLASH片選；低端存儲器選通信號用于RAM片選；中端存儲器選通信號用于外圍存儲器的片選。
圖2是采用AM186EM處理器的通信設備的設計框圖。硬件上分別將AM186EM處理器的、和分別作為FLASH、RAM和外圍存儲器的片選信號。軟件上分別設置UMCS寄存器確定訪(fǎng)問(wèn)的FLASH的容量和等待狀態(tài)，無(wú)須外部Ready信號；設置LMCS寄存器確定訪(fǎng)問(wèn)的RAM容量和等待狀態(tài)，元需外部Ready信號；設置MMCS和MPCS寄存器確定訪(fǎng)問(wèn)的外圍存儲器的起始地址、容量和等待狀態(tài)，無(wú)須外部Ready信號。

這種設計的缺點(diǎn)是：假設通信設備對RAM的需求很大，需要設置LMCS寄存器的選通范圍為處理器允許設置的最大RAM容量，即512K內存。因 此，FLASH和外圍存儲器共用另外的512K的地址范圍。但是設置UMCS寄存器時(shí)只能選擇64K、128K、256K或512K的地址范圍，而外圍存 儲器的地址范圍一般用不到256K的地址范圍(例如只使用了64K)。這樣，系統的FLASH容量往往受限于256K的空間，因此系統若要增加新的業(yè)務(wù)處 理程序，卻則會(huì )受到很大限制，而另一方面，AM186EM處理器的1M尋址空間中有些地址空間未使用。
同樣，對于另一類(lèi)通信設備，如果系統最初的地址空間分配已經(jīng)設置UMCS寄存器的選通范圍為處理器允許設置的最大FLASH容量(即512K FLASH)，則內存和外圍存儲器共用另外的512K的地址范圍。但是設置LMCS寄存器時(shí)只能選擇64K、128K、256K或512K的地址范圍，而 外圍存儲器的地址范圍一般用不到256K的地址范圍(例如只使用了64K)。這樣，系統的RAM容量往往受限于256K的空間，因此系統若因新的業(yè)務(wù)處理 程序需要更大的內存，則會(huì )受到很大限制，而另一方面AM186EM處理器的1M尋址空間中有些地址空間也未使用。

2 基于A(yíng)M186EM的地址空間優(yōu)化應用
針對AM186EM處理器，提供了一種地址空間優(yōu)化的應用，可以擴展FLASH或者內存的可用空間，最大化利用處理器提供的地址空間范圍。以采用了最大 RAM容量(512K)的通信設備為例，對擴展該設備FLASH容量的情況進(jìn)行詳細說(shuō)明。對于采用了最大FLASH容量(512K)的通信設備，如何擴展 該設備的RAM容量，其實(shí)現原理是類(lèi)似的。
圖3是基于A(yíng)M186EM處理器的采用地址空間優(yōu)化的通信設備的設計框圖。對于采用最大RAM容量的通信設備，設置對應選通RAM地址范圍的低端寄存器， 使處理器能夠選通允許設置的最大RAM容量(512K)。接下來(lái)，使FLASH和外圍存儲器(如雙口RAM等)共享處理器高端寄存器允許設置的最大容量 (512K)，這樣，除去外圍存儲器所需的容量外，剩余的空間可以全部作為FLASH的尋址空間。

硬件上，除了利用高端地址選擇信號對FLASH和外圍存儲器進(jìn)行選通外，還要利用地址譯碼器來(lái)區分FLASH和外圍存儲器的片選：用地址譯碼器產(chǎn)生外圍存儲器的地址選通范圍，然后將AM186EM處理器的和外圍存儲器的地址范圍，經(jīng)過(guò)與門(mén)相與后作為外圍存儲器的片選信號；將和除去外圍存儲器的地址范圍，經(jīng)過(guò)與門(mén)相與后作為FLASH的片選信號；將作為RAM的片選信號。這樣，FLASH和外圍存儲器實(shí)現了共用選通的地址范圍。
FLASH和外圍存儲器的訪(fǎng)問(wèn)速率不同，為了避免處理器訪(fǎng)問(wèn)FLASH或內存時(shí)與訪(fǎng)問(wèn)外圍存儲器時(shí)采用同樣的等待周期(以訪(fǎng)問(wèn)速率低的為標準)從而影響到 系統的性能，不能通過(guò)設置UMCS寄存器引入統一的等待狀態(tài)?？梢圆捎迷诳删幊唐骷﨏PLD中產(chǎn)生兩個(gè)不同的Ready信號，針對FLASH和外圍存儲器 的訪(fǎng)問(wèn)引入不同的延時(shí)，兩個(gè)Ready信號通過(guò)一個(gè)二選一的算法(根據是FLASH的地址范圍，還是外圍存儲器的地址范圍)輸入到AM186EM處理器的 異步Ready信號輸入端(ARDY)。
軟件上設置UMCS寄存器確定訪(fǎng)問(wèn)的容量(可達512K)，不需要等待狀態(tài)，引入外部Ready信號。由于外部輸入的Ready信號不同，因而訪(fǎng)問(wèn)FLASH或內存的速度和訪(fǎng)問(wèn)外圍存儲器的速度也不同。
圖4是輸入到AM186EM處理器的ARDY輸入端的Ready信號的產(chǎn)生時(shí)序圖。對于A(yíng)M186EM處理器而言，一般情況下，一個(gè)指令周期等于4個(gè)時(shí)鐘 周期。引入外部Readyr信號后，處理器會(huì )從指令的第三個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始采樣Ready信號的狀態(tài)，若Ready信號有效(高電平)，則在下一個(gè)時(shí)鐘周期 操作相應的設備；若Ready信號無(wú)效(低電平)，則不執行任何操作，在下一個(gè)時(shí)鐘周期再次采樣Ready信號的狀態(tài)。因此，Ready信號產(chǎn)生的原理是 針對不同的設備通過(guò)低電平產(chǎn)生合適的延時(shí)后，再通過(guò)高電平使信號有效，這樣，處理器在下一個(gè)時(shí)鐘周期就可以操作該設備了。

結語(yǔ)
以AM186EM處理器為例，提出一種地址空間優(yōu)化應用方法，共用處理器的選 通信。這樣實(shí)現了FLASH或RAM和外圍存儲器可以共用盡可能大的地址空間，因而克服了傳統的FLASH或RAM與外圍存儲器使用不同的地址選擇信號所 帶來(lái)的、FLASH或RAM地址空間擴展受限而外圍存儲器地址空間有剩余的弊端。對于其他尋址空間有限的處理器，其實(shí)現原理是類(lèi)似的。