雙口RAM在嵌入式系統調試中的應用

PLC

為較合理地解決目前可編程邏輯控制器(PLC)自身的軟硬件分配及其與上位機通信協(xié)調工作中存在的問(wèn)題，筆者基于ISA總線(xiàn)自行設計了一種插卡式可編程控制器。該嵌入式PLC實(shí)質(zhì)是一個(gè)智能化I/O接口卡，CPU采用AT89C52，實(shí)驗用上位機為Pentium100。主從CPU協(xié)同工作中，要注意雙方信息交換實(shí)時(shí)性高；其次傳輸信息容量大，數據傳送要求準確無(wú)誤；第三硬件設計受機箱空間限制，不能過(guò)于復雜龐大。

目前已有的主從CPU間的通信方式，或因結構復雜，或因傳遞效率低，都不能很好地滿(mǎn)足本系統的要求，而近年來(lái)新型的雙口RAM芯片卻獨具特點(diǎn)：①具有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具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，存取速度完全滿(mǎn)足各種CPU的要求。

IDT7130是美國IDT公司采用高性能的CMOS工藝生產(chǎn)的高速1K×8雙端口靜態(tài)RAM，典型功耗550mW，最大存取時(shí)間有25/35/55/100ns，可采用中斷、硬件、令牌、和軟件四種方式來(lái)協(xié)調信息交換雙方。該芯片運用有別于同類(lèi)的中斷標志進(jìn)行總線(xiàn)仲裁：存儲陣列中的×3FEH和×3FFH單元被用做通信“郵箱”，左端口向×3FFH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×3FFH時(shí)清除，與此類(lèi)似。中斷時(shí)序關(guān)系示意如圖1，其中tINS和tINR分別為ns級的中斷設置時(shí)間和中斷清除時(shí)間，其提供的中斷信號的有效時(shí)間可以滿(mǎn)足各種CPU的要求。

嵌入式PLC系統采用IDT7130作為與上位機共享的通信數據區，如圖2所示，該器件的高集成度大大簡(jiǎn)化了信息交換窗口的接口硬件邏輯設計，有效縮小系統規模和減小印制電路板面積。配合ISA總線(xiàn)采用中斷方式傳送信息，不僅可滿(mǎn)足上位機多任務(wù)控制系統的需要，還可提高本系統實(shí)時(shí)數據的處理時(shí)效。IDT7130(U6) 在上位機地址分配空間，可通過(guò)GAL16V8(U7)和J2靈活選擇為0D000：0000~03FF、0D800：0000~03FF、0E000：0000~03FF、0E800：0000~03FF；在嵌入式PLC中占用地址為2000H~23FFH。在使用中斷方式中，筆者將左端信號線(xiàn)接上拉電阻拉至高電平，才能保證中斷信號的產(chǎn)生，同樣將兩信號也接上拉電阻，保證中斷申請能被及時(shí)清除。

雙口RAM在系統調試中的應用

單片機系統的調試通常是在開(kāi)發(fā)仿真系統上完成，后者把它的硬件(CPU和存儲器)和軟件資源(被調試程序和參數)暫時(shí)出借給前者，并模擬其工作環(huán)境，對其軟、硬件進(jìn)行調試和修改。

嵌入式PLC屬于單片機系統，在調試過(guò)程中沒(méi)有購買(mǎi)價(jià)格昂貴的仿真裝置，而是充分利用雙端口RAM IDT7130的中介作用，以及上位機操作方便、運行結果直觀(guān)的特點(diǎn)，通過(guò)編寫(xiě)一特殊程序，將其固化在89C52的EPROM中，根據該程序中設置的標志條件，把硬件電路和軟件模塊按照分塊、聯(lián)調的順序進(jìn)行調試，具體做法結合圖3所示流程描述如下：

1)在上位機中以子程序的形式編寫(xiě)好將要調試的嵌入式PLC系統的程序功能模塊，借助于工具軟件ASM51將其匯編為二進(jìn)制(.BIN)文件。

2)在上位機執行DEBUG命令把該二進(jìn)制文件送到雙端口RAM對應下位機地址#2100H開(kāi)始的存儲單元中。

3)在下位機源程序中對#2000H和#2001H兩個(gè)存儲單元清零操作，當程序執行到RESET處，在這兩個(gè)存儲單元中定義了兩個(gè)程序開(kāi)始運行的標志：99H和88H，從上位機可以利用DEBUG命令對這兩個(gè)標志進(jìn)行改變，以控制嵌入式PLC中固化的程序是否繼續往下執行；為了確認兩個(gè)標志被正確設置和程序往下運行的情況，在存儲單元#2002H和#2003H中同樣定義了兩個(gè)確認標志：99H和88H。

4)運行標志設置正確后，執行調用語(yǔ)句LCALL 2100H，使得程序指針PC指向所要調試的程序功能塊首地址處，開(kāi)始調用執行該程序功能模塊；子程序是否運行正常，并且是否返回可通過(guò)存儲單元#2002H和#2003H標志由99H和88H變?yōu)?2H來(lái)確認。

5)另外在硬件方面可借助輔助調試手段，使用示波器來(lái)測試P1口高四位的波形變化狀況，來(lái)判斷程序的運行情況。

6)最后返回RESET繼續判斷運行標志調試程序。

7)結合中斷產(chǎn)生原理，在IDT7130的下位機地址2100H處裝入中斷服務(wù)程序，上位機向存儲單元＃23FEH中寫(xiě)1產(chǎn)生中斷，下位機轉而執行中斷功能調試。

利用這種調試方法，可以通過(guò)上位機在雙口RAM中設置每一程序模塊的啟動(dòng)和確認標志位，即可方便地控制單個(gè)模塊的調試或多個(gè)模塊的聯(lián)調，最終實(shí)現系統的功能。

結語(yǔ)

實(shí)驗證明，本系統采用雙口RAM作為主從CPU的中介，是一種實(shí)用、高效的系統設計方法。該方法使得信息交換方便快速可靠。利用雙口RAM的共享特點(diǎn)，可將上下位機自身構成一種開(kāi)發(fā)裝置，簡(jiǎn)捷有效地實(shí)現工程環(huán)境下的在線(xiàn)調試?！?/font>