基于CPLD非多路復用/多路總線(xiàn)轉換橋設計/實(shí)現

２ 非多路復用總線(xiàn)的信號和時(shí)序

２．１ TMS320F206接口的主要信號說(shuō)明

TMS320F206的總線(xiàn)接口方式采用地址和數據分離的形式。其主要信號有地址信號Ａ０～Ａ１５、數據信號Ｄ０～Ｄ１５、讀信號ＲＥ、寫(xiě)信號ＷＥ、閘門(mén)信號ＳＴＲＢ、Ｉ／Ｏ空間選擇信號ＩＳ、數據存儲器選擇信號ＤＳ、程序存儲器選擇信號ＰＳ、機器時(shí)鐘輸出信號ＣＬＫＯＵＴ１。當對外部數據存儲器、程序存儲器或Ｉ／Ｏ空間訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，ＳＴＲＢ有效；當對外部Ｉ／Ｏ訪(fǎng)問(wèn)時(shí)（即程序中使用ＰＯＲＴＲ和ＰＯＲＴＷ指令），ＩＳ有效。

２．２ ＴＳＭ３２０Ｆ２０６的Ｉ／Ｏ時(shí)序分析

ＴＭＳ３２０Ｆ２０６的讀寫(xiě)時(shí)序如圖３和圖４所示。Ｉ／Ｏ的讀或寫(xiě)工作周期一般在兩個(gè)機器周期內完成。在此期間，ＩＳ信號和地址信號一直保持有效；閘門(mén)信號ＳＴＲＢ發(fā)生在第一個(gè)機器周期有效后并保持一個(gè)機器周期以上；ＲＥ和ＷＥ有效時(shí)，數據有效。兩次連續的寫(xiě)操作（如圖４所示）時(shí)，ＷＥ的有效間隔時(shí)間ｔW（WH）最小為（２Ｈ－４）ｎｓ，而兩次連續的讀操作（如圖３所示）時(shí)，ＲＥ的有效間隔時(shí)間ｔW（RDH）為（Ｈ－４）ｎｓ～Ｈｎｓ，其中Ｈ為０．５倍的機器時(shí)鐘周期?？梢?jiàn)對于連續的讀、寫(xiě)操作，ＲＥ、ＷＥ的有效間隔不同，設計電路時(shí)應注意此細節。在連續的讀或寫(xiě)操作時(shí)，ＩＳ信號一直為有效電平'０'，無(wú)法以此信號作為產(chǎn)生ＳＪＡ１０００的ＡＬＥ、讀、寫(xiě)信號起始基準；而在寫(xiě)周期時(shí)，ＳＴＲＢ與ＷＥ的變化始終保持一致，因此在產(chǎn)生ＳＪＡ１０００寫(xiě)周期時(shí)，可以用ＳＴＲＢ作為ＡＬＥ、ＷＲ產(chǎn)生的起始基準信號。但是ＴＳＭ３２０Ｆ２０６在連續的讀操作時(shí)，ＳＴＲＢ一直保持為低電平，可見(jiàn)在產(chǎn)生ＳＪＡ１０００讀、寫(xiě)操作周期時(shí)，無(wú)法單獨以它作為ＡＬＥ、ＲＤ信號產(chǎn)生的起始基準，需與ＩＳ、ＷＥ、ＲＥ進(jìn)行邏輯組合來(lái)作為ＳＪＡ１０００讀、寫(xiě)操作周期的起始基準信號。

３ ＣＰＬＤ實(shí)現轉換橋的設計方法

此轉換橋如果用中規模集成電路（７４系列）實(shí)現起來(lái)比較復雜，工作頻率又較高，布線(xiàn)時(shí)若稍不合理，易引起干擾，使得電路工作不穩定，因此這里采用高可靠性的復雜可編程邏輯器件ＣＰＬＤ，用硬件描述語(yǔ)言ＶＨＤＬ來(lái)實(shí)現。

３．１ 轉換橋引腳信號定義

圖５為轉換橋的時(shí)序仿真圖，其中轉換橋的各引腳信號與ＴＭＳ３２０Ｆ２０６和ＳＪＡ１０００ｌSJA10001引腳信號的對應為：ｆａｂｌ７接Ａ0～Ａ7；ｆｄｂ７接Ｄ0～Ｄ7；ｆｄｓ接ＩＳ；ｆｓｔｒｂ接ＳＴＲＢ；ｆｗｅ接ＷＥ；ｆｒｄ接ＲＥ；ｆｃｐ接ＣＬＫＯＵＴ１；ａｌｅ接ＡＬＥ；ａｄｂ７接ＡＤ７～ＡＤ０；ｗｒ接ＷＲ；ｒｄ接ＲＤ。

３．２ ＳＪＡ１０００讀、寫(xiě)周期使能信號和起始基準信號的確定

轉換橋的基準時(shí)鐘ｆcp為ＴＭＳ３２０Ｆ２０６TMS320F206的機器時(shí)鐘輸出信號ＣＬＫＯＵＴ１。ｆcp為２０ＭＨｚ的方波信號。因為ＴＭＳ３２０Ｆ２０６的讀或寫(xiě)工作周期一般為一、兩個(gè)機器時(shí)鐘周期，此時(shí)基準時(shí)鐘ｆcp最多含有四個(gè)邊沿狀態(tài)，無(wú)法完成非多路復用到多路復用的轉換，所以通過(guò)軟件等待設置，使ＴＭＳ３２０Ｆ２０６對外部總線(xiàn)操作時(shí)，由原來(lái)所用的一個(gè)機器時(shí)鐘周期延長(cháng)到四個(gè)機器時(shí)鐘周期，邊沿狀態(tài)個(gè)數增加了４倍。另外ｆcp的脈寬為２５ｎｓ，這樣可以保證轉換橋輸出的多路復用總線(xiàn)時(shí)序的時(shí)間參數滿(mǎn)足ＳＪＡ１０００的時(shí)序要求。從上面的時(shí)序分析中可以確定出ＳＪＡ１０００的讀、寫(xiě)周期的使能信號（ＩＳ）和起始基準信號（ＳＴＲＢ、ＷＥ、ＲＥ邏輯組合）。ＩＳ作為轉換橋的片選信號，當ＩＳ?quot;０"時(shí)，轉換橋工作；否則，轉換橋的各輸出信號被懸掛。當ＩＳ為"０"、ＳＴＲＢ為"０"、ＷＥ為"０"、ＲＥ為"１"時(shí)，ＤＳＰ開(kāi)始對外部Ｉ／Ｏ進(jìn)行寫(xiě)操作，在后面緊跟的四個(gè)ＤＳＰ機器時(shí)鐘周期產(chǎn)生出１個(gè)ＳＪＡ１０００的寫(xiě)周期；當ＩＳ為"０"、ＳＴＲＢ為"０"、ＷＥ為"１"、ＲＥ為"１"時(shí)，ＤＳＰ開(kāi)始對外部Ｉ／Ｏ進(jìn)行讀操作，在后面緊跟的四個(gè)ＤＳＰ機器時(shí)鐘周期產(chǎn)生出１個(gè)ＳＪＡ１０００的讀周期。

３．３ 讀操作轉換過(guò)程

通過(guò)軟件等待設置，使ＤＳＰ的 Ｉ／Ｏ讀、寫(xiě)操作需四個(gè)機器時(shí)鐘周期。在第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生ａｌｅ信號（脈寬為０．５倍的機器時(shí)鐘周期），同時(shí)將ＤＳＰ輸入的低八位地址ｆａｂｌ７鎖存并送到地址數據復用總線(xiàn)ａｄｂ７，并保持到第二個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿為止，此時(shí)ａｄｂ７為高阻狀態(tài)。第三、第四個(gè)時(shí)鐘周期，ＤＳＰ的讀信號ｆｒｄ有效，將此信號直接送到ｒｄ引腳，此時(shí)ａｄｂ７引腳的數據直接送給ｆｄｂ７引腳，讀操作結束。

３．４ 寫(xiě)操作轉換過(guò)程

在寫(xiě)操作的四個(gè)時(shí)鐘周期中，在第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生ａｌｅ信號（脈寬為一個(gè)機器時(shí)鐘周期），同時(shí)將ＤＳＰ輸入的低八位地址ｆａｂｌ７引腳的信號送到ａｄｂ７上，并保持到第三個(gè)時(shí)鐘周期結束。在第四個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生寫(xiě)信號ｗｒ（寬度為一個(gè)時(shí)鐘周期），在ＤＳＰ寫(xiě)信號ｆｅｗ的上升沿處鎖存數據線(xiàn)ｆｄｂ７來(lái)的信號，并將其送到ａｄｂ７引腳上，延時(shí)到第五個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)把ａｄｂ７變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，寫(xiě)操作結束。

本文提出的非多路復用總線(xiàn)到多路復用總線(xiàn)轉換橋采用了Ｘｉｌｉｎｘ公司的ＣＰＬＤ芯片ＸＣ９５１４４－１５－ＰＱ１００，并使用該公司開(kāi)發(fā)的集成環(huán)境Ｆｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆ３．１ｉ，將其集成為一塊專(zhuān)用芯片。通過(guò)大量的實(shí)驗測試，此轉換橋工作非常穩定，現已應用到電力網(wǎng)絡(luò )饋線(xiàn)遠程終端裝置（ＦＴＵ）中。