在DSP與ICCD通信中使用雙口RAM

精品文檔-下載后可編輯在DSP與ICCD通信中使用雙口RAM摘要：提出了利用雙口RAM實現(xiàn)高時間分辨率光譜測量系統(tǒng)中DSP與ICCD并行接口的設計方案。以確保使雙方的高速通信。介紹了雙口RAM器件IDT7007的原理與使用規(guī)劃，并針對方案，給出了接口電路和軟件流程。針對二者交換數據的仲裁方式，提出了解決沖突爭端的方法。整體系統(tǒng)通過調試，證明文中采取的中斷，忙邏輯，軟件協(xié)調三種模式，有效解決了兩個系統(tǒng)之間的通信爭端。信息處理系統(tǒng)與ICCD可良好協(xié)調工作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，構成合理，保證了整體系統(tǒng)的實時性。

0引言增強型電荷耦合器件（IntensifiedChargeCoupledDevice，簡稱ICCD）作為一種數據采集部件，因其采集光譜數據量大，快門時間達ns級，采集速率高的特點，在高時間分辨率光譜系統(tǒng)中應用較廣。這樣組成的雙口RAM系統(tǒng)可以全速運行，而且無須任何額外的附加邏輯。在高分辨率光譜測量分析系統(tǒng)中，為了與ICCD子系統(tǒng)實時通信，及時處理IC-CD子系統(tǒng)采集到的信息，作為實時信息處理器件的DSP子系統(tǒng)必須與ICCD子系統(tǒng)采取一種高速的并行接口方案。因此在實際的雙機通信系統(tǒng)中，一般通過雙口RAM實現(xiàn)并口通信。雙口RAM具有以下優(yōu)越的性能特點：

㈠、兩套完全獨立的數據線、地址線、讀／寫控制線，允許兩個CPU對雙端口存儲器的同一單元進行同時存取；

㈡、有兩套完全獨立的中斷邏輯來實現(xiàn)兩個CPU之間的握手控制信號；

㈢、具有兩套獨立的“忙”邏輯，保證兩個CPU同時對同一單元進行讀／寫操作的正確性；

㈣、兼容性強，讀／寫時序與普通單端口存儲器完全一樣，存取速度幾乎可以滿足各種CPU的要求。

因此。我們采用了雙口RAM來實現(xiàn)DSP子系統(tǒng)與ICCD子系統(tǒng)之間的高速通信。

1雙口RAM器件IDT7007介紹1.1器件簡介

IDT7007是美國IDT公司采用高性能的CMOS工藝生產的高速32k×8bit雙端口靜態(tài)RAM，典型功耗850mW；存取時間：15ns；工作環(huán)境：-45℃～+85℃；工作電壓：5V±10％。它可以作為8位雙口RAM單獨使用，也可以進行位擴展，將數據線擴展到16Bit，甚至更寬。CY7C006A是Cypress公司生產的16kb×8高速雙口靜態(tài)RAM，存取速度小于20ns。該器件具有真正的雙端口，可以同時進行數據存取，兩個端口具有獨立的控制信號線、地址線和數據線，另外通過主／從選擇可以方便地擴存儲容量和數據寬度。通過器件的信號量標志器，左、右兩端口可以實現(xiàn)器件資源共享。

雙口RAM是在1個SRAM存儲器上具有兩套完全獨立的數據線、地址線和讀寫控制線，并允許兩個獨立的系統(tǒng)同時對其進行隨機性訪問的存儲器，即共享式多端口存儲器。雙口RAM的特點是存儲數據共享。1個存儲器配備兩套獨立的地址、數據和控制線，允許兩個獨立的CPU或控制器同時異步地訪問存儲單元。因為數據共享。則必須具有訪問仲裁控制。內部仲裁邏輯控制提供以下功能：對同一地址單元訪問的時序控制；存儲單元數據塊的訪問權限分配：信令交換邏輯（例如中斷信號）等。雙口RAM可用于提高RAM的吞吐率，適用于實時數據緩存。

雙口RAM器件IDT7007固體成像、信號處理和大容量存儲器是CCD的三大主要用途。各種線陣、面陣像感器已成功地用于天文、遙感、傳真、卡片閱讀、光測試和電視攝像等領域，微光CCD和紅外CCD在航遙空感、熱成像等軍事應用中顯示出很大的作用。在N型或P型硅襯底上生長一層二氧化硅薄層，再在二氧化硅層上淀積并光刻腐蝕出金屬電極，這些規(guī)則排列的金屬-氧化物-半導體電容器陣列和適當的輸入、輸出電路就構成基本的CCD移位寄存器。對金屬柵電極施加時鐘脈沖，在對應柵電極下的半導體內就形成可儲存少數載流子的勢阱。

1.2器件使用

單片使用、不進行位擴展時，IDT7007的真值表如表1：

X：無關；H：邏輯高；L：邏輯低。

2接口電路設計

系統(tǒng)中，ICCD子系統(tǒng)負責數據采集，DSP子系統(tǒng)負責信息處理。ICCD采集光譜數據，將數據寫入到雙口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，進行分析處理，以及其他運算。體溝道CCD的電荷轉移機理和表面溝道CCD略有不同。體溝道CCD又稱為埋溝CCD。所謂體溝道即用來存儲和轉移信號電荷的溝道是在離開半導體表面有一定距離的體內形成。體溝道CCD的時鐘頻率可高達幾百兆赫，而通常的表面溝道CCD只幾兆赫。

雙口RAM與DSP芯片之間，我們采取8位數據線的接口寬度，地址線12位，可尋址空間應為32k×8bit。

ICCD通過一條數據線與信息處理系統(tǒng)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(tǒng)的擴展存儲器，共同構成了信息處理系統(tǒng)。雙口RAM的右端，與ICCD子系統(tǒng)相連，也可以認為是ICCD子系統(tǒng)的一個外存儲器。為了保護ICCD子系統(tǒng)的處理器，我們在雙口RAM和ICCD之間加了總線收發(fā)器SN74LVCC3245，對信號進行隔離與調理電平。

3信息處理系統(tǒng)與ICCD交換數據的仲裁方式

對于整個系統(tǒng)來說，兩個子系統(tǒng)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。就會使兩個系統(tǒng)之間發(fā)生沖突。比如當DSP系統(tǒng)對雙口RAM的一個存儲單元進行寫操作時，ICCD系統(tǒng)也對這個單元寫入數據，就必然導致寫操作的錯誤。抑或是當ICCD系統(tǒng)對雙口RAM的某一存儲單元進行讀取時，DSP也對這個單元讀操作，就會造成讀數據的錯誤。我們采取了三種有效的仲裁方式，用于解決兩個系統(tǒng)之間的通信爭端：

㈠、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寫入訪問的同時，右端口的中斷標志被設置，直到右端口進行讀取FFFH時清除，右端給左端的中斷方式與此類似。這樣就可以有效地協(xié)調通信雙方的讀寫操作。圖2為雙方接口的中斷邏輯。

㈡、忙邏輯：當雙口RAM的兩個端口同時對某一個存儲單元進行操作時，IDT7007的忙邏輯（BUSY）將會有一個硬件的指示，允許對其中的一個端口進行操作，將另一個端口置于等待狀態(tài)。如果在接到BUSY信號時，已經進行寫操作，那么IDT7007的內部機制可以阻止寫操作的繼續(xù)進行。

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

在探索磁泡器件的電模擬過程中，產生了電荷耦合器件的原理設想，并在實驗中得到驗證初期的CCD存儲和轉移信號電荷的勢阱都位于硅-二氧化硅界面處，即所謂表面溝道CCD。1972年D.康首先設想了多數載流子CCD形式，在此基礎上人們研制出體溝道CCD和“蠕動”型CCD的新結構，有效地改善了CCD的性能。1973年美國仙童公司制成CCD攝像傳感器，CCD遂從實驗室進入工業(yè)生產的實用階段。雙口RAM器件IDT7007可用光注入或電注入的方法將信號電荷輸入勢阱。然后周期性地改變時鐘脈沖的相位和幅度，勢阱深度則隨時間相應地變化，從而使注入的信號電荷在半導體內作定向傳輸。

圖3即為通信雙方接口的BUSY邏輯時序：

㈢、軟件協(xié)調：對于任何一個雙機系統(tǒng)來講，雙方的軟件設計都是避免爭端沖突的重要環(huán)節(jié)。軟件方案將在下一節(jié)詳細介紹。

4軟件設計方案

系統(tǒng)中，ICCD（右方）主要負責發(fā)送數據，信息處理系統(tǒng)（左方）主要負責接受數據。信息處理系統(tǒng)的軟件基于TI的TMS320C6713，用C語言與線性匯編語言進行編程。通信部分的軟件主要包括了兩方面的內容：（1）系統(tǒng)自檢，即右方向信令字單元0xFFFH寫入“5AH”，左方接到中斷后，到0xFFFH中讀取數據，如果是“5AH”，說明通信正常，反之亦然。（2）傳輸數據，右方向信令字單元FFFH寫入‘A5H’，在左方產生中斷后，左方讀信令字單元FFFH，如果是‘A5H’，說明在傳輸數據，讀完數據后，向信令字單元FFEH寫入‘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實現(xiàn)DSP系統(tǒng)與ICCD并行接口的設計方案，實現(xiàn)了ICCD和信息處理系統(tǒng)的高速通信，保證了整體系統(tǒng)的實時性。文中所涉及的中斷，忙邏輯，軟件協(xié)調三種模式，可有效解決兩個系統(tǒng)之間的通信爭端。整體系統(tǒng)已經通過調試，信息處理系統(tǒng)與ICCD可良好協(xié)調工作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，構成合理，對相關系統(tǒng)設計有一定的參考價值。

本設計采用自頂而下