在DSP與ICCD通信系統中雙口RAM的應用

0 引言

增強型電荷耦合器件(Intensified Charge Coupled Device，簡(jiǎn)稱(chēng)ICCD)作為一種數據采集部件，因其采集光譜數據量大，快門(mén)時(shí)間達ns級，采集速率高的特點(diǎn)，在高時(shí)間分辨率光譜系統中應用較廣。在高分辨率光譜測量分析系統中，為了與ICCD子系統實(shí)時(shí)通信，及時(shí)處理IC-CD子系統采集到的信息，作為實(shí)時(shí)信息處理器件的DSP子系統必須與ICCD子系統采取一種高速的并行接口方案，常用的串口通信不可能滿(mǎn)足這樣的要求，而USB口通信模式則顯得比較復雜，DSP系統中常用的FIFO存儲器不能滿(mǎn)足雙向讀取的需求。因此在實(shí)際的雙機通信系統中，一般通過(guò)雙口RAM實(shí)現并口通信。雙口RAM具有以下優(yōu)越的性能特點(diǎn)：

(1)兩套完全獨立的數據線(xiàn)、地址線(xiàn)、讀／寫(xiě)控制線(xiàn)，允許兩個(gè)CPU對雙端口存儲器的同一單元進(jìn)行同時(shí)存??；
(2)有兩套完全獨立的中斷邏輯來(lái)實(shí)現兩個(gè)CPU之間的握手控制信號；
(3)具有兩套獨立的“忙”邏輯，保證兩個(gè)CPU同時(shí)對同一單元進(jìn)行讀／寫(xiě)操作的正確性；
(4)兼容性強，讀／寫(xiě)時(shí)序與普通單端口存儲器完全一樣，存取速度幾乎可以滿(mǎn)足各種CPU的要求。

因此。我們采用了雙口RAM來(lái)實(shí)現DSP子系統與ICCD子系統之間的高速通信。

1 雙口RAM器件IDT7007介紹

1．1 器件簡(jiǎn)介

IDT7007是美國IDT公司采用高性能的CMOS工藝生產(chǎn)的高速32 k×8 bit雙端口靜態(tài)RAM，典型功耗850 mW；最大存取時(shí)間：15 ns；工作環(huán)境：-45℃～+85℃；工作電壓：5 V±10％。它可以作為8位雙口RAM單獨使用，也可以進(jìn)行位擴展，將數據線(xiàn)擴展到16 Bit，甚至更寬。這樣組成的雙口RAM系統可以全速運行，而且無(wú)須任何額外的附加邏輯。IDT7007提供的地址線(xiàn)，控制線(xiàn)以及I／O線(xiàn)是完全獨立的兩個(gè)接口，支持對器件的任何存儲空間進(jìn)行完全異步的讀寫(xiě)操作。

1．2 器件使用

單片使用、不進(jìn)行位擴展時(shí)，IDT7007的真值表如表1：

X：無(wú)關(guān)；H：邏輯高；L：邏輯低。

2 接口電路設計

系統中，ICCD子系統負責數據采集，DSP子系統負責信息處理。ICCD采集光譜數據，將數據寫(xiě)入到雙口RAM的指定存儲單元。DSP再將雙口RAM中的數據轉移入內存儲器，進(jìn)行分析處理，以及其他運算。
雙口RAM與DSP芯片之間，我們采取8位數據線(xiàn)的接口寬度，地址線(xiàn)12位，可尋址空間應為32 k×8 bit。
ICCD通過(guò)一條數據線(xiàn)與信息處理系統上的擴展接插板相連。二者間接口信號定義如表2：

二者之間的電路框圖如圖1。

如圖1所示，雙口RAM的左端與DSP相連，作為DSP系統的擴展存儲器，共同構成了信息處理系統。雙口RAM的右端，與ICCD子系統相連，也可以認為是ICCD子系統的一個(gè)外存儲器。為了保護ICCD子系統的處理器，我們在雙口RAM和ICCD之間加了總線(xiàn)收發(fā)器SN74LVCC3245，對信號進(jìn)行隔離與調理電平。

3 信息處理系統與ICCD交換數據的仲裁方式

對于整個(gè)系統來(lái)說(shuō)，兩個(gè)子系統之間合適的仲裁方式是極為重要的。處理不好數據交換的仲裁。就會(huì )使兩個(gè)系統之間發(fā)生沖突。比如當DSP系統對雙口RAM的一個(gè)存儲單元進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，ICCD系統也對這個(gè)單元寫(xiě)入數據，就必然導致寫(xiě)操作的錯誤。抑或是當ICCD系統對雙口RAM的某一存儲單元進(jìn)行讀取時(shí)，DSP也對這個(gè)單元讀操作，就會(huì )造成讀數據的錯誤。我們采取了三種有效的仲裁方式，用于解決兩個(gè)系統之間的通信爭端：

(1)中斷方式：雙口RAM提供了一種特殊的中斷方式，有別于其他芯片的中斷。

IDT7007左右兩端各提供一個(gè)中斷信號。存儲陣列中的FFEH和FFFH單元被用做通信的信令字和中斷源，左端口向FFFH寫(xiě)入訪(fǎng)問(wèn)的同時(shí)，右端口的中斷標志被設置，直到右端口進(jìn)行讀取FFFH時(shí)清除，右端給左端的中斷方式與此類(lèi)似。這樣就可以有效地協(xié)調通信雙方的讀寫(xiě)操作。圖2為雙方接口的中斷邏輯。

(2)忙邏輯：當雙口RAM的兩個(gè)端口同時(shí)對某一個(gè)存儲單元進(jìn)行操作時(shí)，IDT7007的忙邏輯(BUSY)將會(huì )有一個(gè)硬件的指示，允許對其中的一個(gè)端口進(jìn)行操作，將另一個(gè)端口置于等待狀態(tài)。如果在接到BUSY信號時(shí)，已經(jīng)進(jìn)行寫(xiě)操作，那么IDT7007的內部機制可以阻止寫(xiě)操作的繼續進(jìn)行。

系統中，為了提高系統的穩定性，保證通信數據的正確，我們對IDT7007原有的忙邏輯進(jìn)行了修改。硬件方面將雙口RAM原有的兩個(gè)BUSY信號求邏輯或，這個(gè)結果再與中斷信號INT求邏輯或。這樣，只要通信雙方同時(shí)讀寫(xiě)同一個(gè)存儲單元，系統就認為讀寫(xiě)非法，同時(shí)中斷雙方的讀寫(xiě)操作。這樣可以提高雙方交換數據的正確性。

圖3即為通信雙方接口的BUSY邏輯時(shí)序。

(3)軟件協(xié)調：對于任何一個(gè)雙機系統來(lái)講，雙方的軟件設計都是避免爭端沖突的重要環(huán)節。軟件方案將在下一節詳細介紹。

4 軟件設計方案

系統中，ICCD(右方)主要負責發(fā)送數據，信息處理系統(左方)主要負責接受數據。信息處理系統的軟件基于TI的TMS320C6713，用C語(yǔ)言與線(xiàn)性匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。通信部分的軟件主要包括了兩方面的內容：(1)系統自檢，即右方向信令字單元0xFFFH寫(xiě)入“5AH”，左方接到中斷后，到0xFFFH中讀取數據，如果是“5AH”，說(shuō)明通信正常，反之亦然。(2)傳輸數據，右方向信令字單元FFFH寫(xiě)入‘A5H’，在左方產(chǎn)生中斷后，左方讀信令字單元FFFH，如果是‘A5H’，說(shuō)明在傳輸數據，讀完數據后，向信令字單元FFEH寫(xiě)入‘AAH’，表示讀完。右方接到中斷后，讀信令字單元FFEH，如果是‘AAH’，表示傳數據成功。

圖4為基于DSP的通信程序流程。

5 結論

基于雙口RAM芯片IDT7007實(shí)現DSP系統與ICCD并行接口的設計方案，實(shí)現了ICCD和信息處理系統的高速通信，保證了整體系統的實(shí)時(shí)性。文中所涉及的中斷，忙邏輯，軟件協(xié)調三種模式，可有效解決兩個(gè)系統之間的通信爭端。整體系統已經(jīng)通過(guò)調試，信息處理系統與ICCD可良好協(xié)調工作，系統運行穩定，構成合理，對相關(guān)系統設計有一定的參考價(jià)值。