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文檔簡介

精品文檔-下載后可編輯MCF51QE128快速GPIO的外部總線接口設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

引言

外部總線接口大都出現(xiàn)在功能和價(jià)格較高的高端微處理器中。例如,F(xiàn)reescale半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的Coldfire和PowerPC微處理器,在低端的微控制器行列中,一般很少出現(xiàn),主要原因是微控制器一般內(nèi)部包含了Flash和SRAM,而不是像微處理器那樣需要外擴(kuò)大容量存儲器放置代碼和運(yùn)行程序。但是,微控制器也會(huì)遇到需要外擴(kuò)外部總線設(shè)備的情況,筆者在某項(xiàng)目中需要使用MCF51QE128(以下簡稱“QE128”)微控制器連接外部Flash存儲測試數(shù)據(jù),存取速度要求較高,因此無法使用串行接口的存儲器,只能使用具有地址線和數(shù)據(jù)線的Flash存儲器。

QE128是Freescale半導(dǎo)體公司推出的Flexis系列的首款產(chǎn)品,具有25MHz的總線速度和多種外設(shè)模塊;還有一個(gè)特點(diǎn)是,其內(nèi)部包含了與其他微控制器不同的快速GPIO模塊。

1設(shè)計(jì)思路

使用微控制器中通用I/O模塊模擬實(shí)現(xiàn)外部總線接口是一個(gè)比較好的方法,但目前微控制器中GPIO模塊一般僅包含8個(gè)I/O口,而大容量的存儲芯片一般的地址總線和數(shù)據(jù)總線都是16位或者更高位數(shù)的。這種情況下需要使用2個(gè)GPIO端口組合才能模擬,速度不高。

QE128微控制器中的快速GPIO模塊(RGPIO)是一個(gè)比較特殊的模塊。該模塊直接與處理器的32位內(nèi)部總線連接,支持字節(jié)、字和雙字的訪問,支持單周期、零等待的數(shù)據(jù)傳輸。這種特性與普通的GPIO有較大區(qū)別。區(qū)別的根本原因在于普通的GPIO模塊都是與微控制器內(nèi)部的從設(shè)備總線連接的。

實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于,如何使一個(gè)RGPIO模塊既可以作為地址總線使用,又可以作為數(shù)據(jù)總線使用。通過對總線的分析,所有的數(shù)據(jù)通信都由主設(shè)備發(fā)起,然后發(fā)送地址信號,發(fā)送數(shù)據(jù)或接收總線數(shù)據(jù),這種操作是有先后順序的?;谶@種分析,將RGPIO模塊分時(shí)復(fù)用便可解決此問題。

使用QE128快速GPIO實(shí)現(xiàn)外部總線接口的設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

RGPIO模塊的16個(gè)引腳連接外部設(shè)備的地址總線和數(shù)據(jù)總線(此處需要注意),各信號線的含義如表1所列。其中的GPIO表示微處理器中方向可以為輸出的通用輸入/輸出引腳。需要注意的是,RGPIO模塊的16個(gè)引腳是與兩個(gè)通用I/O模塊PORTC和PORTE復(fù)用的,所以在原理圖設(shè)計(jì)時(shí),用作控制信號的GPIO引腳應(yīng)選擇PORTC和PORTE端口之外的GPIO。另外,如果RGPIO需要內(nèi)部上拉,則需要設(shè)置PORTC和PORFE的內(nèi)部上拉寄存器。這一點(diǎn)在軟件設(shè)計(jì)中的外部總線接口初始化函數(shù)Exb_Init中有體現(xiàn)。

2硬件連接實(shí)例

以Atmel公司的單電壓存儲器AT49LV1024A為例。AT49LV1024A存儲容量為128KB(64K×16位),工作電壓為3.3V,可以直接與QE128連接。AT49LV1024A的地址線和數(shù)據(jù)線寬度均為16位,控制信號包括芯片使能信號CE、輸出使能信號OE和寫使能信號WE。

圖2為QE128與AT491LV1024A的硬件連接實(shí)例。在本實(shí)例中,鎖存器使用的是2片TI公司的8路D型鎖存器74HC373.2片74HC373的鎖存使能LE(LatchEnable)引腳相連,通過QE128的TE信號控制來選擇地址總線和數(shù)據(jù)總線。

地址/數(shù)據(jù)信號外的其他控制信號使用GPIO控制。本實(shí)例中使用PTF端口的4個(gè)引腳。

3軟件設(shè)計(jì)

RGPIO模塊常用的寄存器共有以下6個(gè):數(shù)據(jù)方向寄存器RGPIO_DIR、數(shù)據(jù)寄存器RGPIO_DATA、引腳使能寄存器RGPIO_ENB、數(shù)據(jù)位清零寄存器RGPIO_CLR、數(shù)據(jù)位置位寄存器RGPIO_SET和數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)寄存器RGPIO_TOG。6個(gè)寄存器均為16位寄存器。其中前面3個(gè)寄存器是其他的GPIO口都具有的,后面3個(gè)寄存器是RGPIO模塊比較有特色的地方。這3個(gè)寄存器與數(shù)據(jù)寄存器RGPIO_DATA的每一位是對應(yīng)的,將RGPIO_CLR中某一位置為0,則相應(yīng)RGPIO_DATA的對應(yīng)位就會(huì)清零。類似的,將RGPIO_SET或RGPIO_TOG的某一位置1,則會(huì)將RGPIO_DATA對應(yīng)位置1或反轉(zhuǎn)。相對于普通MCU中的讀取數(shù)據(jù)至累加器→置位→寫入寄存器的操作。RGPIO可以減少操作的時(shí)間,具體比較詳見QE128參考手冊中RGPIO一章。

了解底層寄存器后,筆者對外部總線接口實(shí)現(xiàn)的底層函數(shù)做了通用性的封裝,共包括3個(gè)函數(shù):外部總線接口初始化函數(shù)voidExb_Init(void);外部總線寫函數(shù)voidExb_QueuedWrite(word*pAddr,word*pData,bytenTransfer);外部總線讀函數(shù)voidExb_QueuedRead(word*pAddr,word*pData,bytenTransfer)。Exb_QueuedWrite函數(shù)進(jìn)行nTransfer次寫操作,將數(shù)據(jù)數(shù)組中的數(shù)據(jù)寫入地址數(shù)組中的地址。Exb_QueuedRead函數(shù)進(jìn)行nTransfer次讀操作,將地址數(shù)組中地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出放人數(shù)據(jù)數(shù)組中。其中Exb_Init函數(shù)代碼如下:

根據(jù)這3個(gè)通用底層接口函數(shù)便可以編寫針對不同的外部設(shè)備的函數(shù)進(jìn)行操作。本文以對AT49LV1024A的Flash存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入和讀出操作為例,基本滿足常用功能的需要。具體的AT49LV1024A存儲器的命令序列請參考該芯片的技術(shù)手冊。

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