基于CPLD的GPMC總線和PC/104總線的轉(zhuǎn)換通信研究

摘 要：現(xiàn)在仍然有大量集成了ISA總線的主板在使用之中，尤其是在嵌入式控制領(lǐng)域。PC/104總線規(guī)范的提出，繼承了成熟的ISA總線技術(shù)，且PC/104產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛的用于商業(yè)、工業(yè)、航天航空以及軍用等領(lǐng)域。本文以QuartusII為開發(fā)軟件，實現(xiàn)了GPMC總線外設(shè)與PC/104總線的通信，并在Linux和Dos下調(diào)試通信成功，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：GPMC總線；PC/104總線；QuartusII；Linux；Dos

中圖分類號：TP336

TI公司推出的OMAP3530 CPU是基于ARM Cortex-A8核心的一款應(yīng)用處理器，主要應(yīng)用于要求較高性能、較低功耗的智能設(shè)備。為了實現(xiàn)對外部信號的高速響應(yīng)，OMAP3530有一種重要的總線控制器-GPMC，通用存儲控制器。用于連接Nand flash、SRAM-like memories、NOR flash、ASIC devices。當(dāng)通過GPMC與外設(shè)通信時，不用顧慮GPMC總線與外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸速率的協(xié)調(diào)問題。因為GPMC內(nèi)部有8套訪問性能控制寄存器組，可以自動實現(xiàn)電氣特性匹配，自動協(xié)調(diào)總線傳輸速率。而且，通過對內(nèi)部寄存器的設(shè)置，使其外接芯片的物理地址進(jìn)行對齊操作，從而避免物理地址空間的浪費，或者內(nèi)存地址空間的空洞。總而言之，GPMC采用了電氣適應(yīng)能力更強(qiáng)的外接口設(shè)計，讓處理器能和更大范圍的外圍存儲芯片、外部設(shè)備芯片進(jìn)行通信[1]。

隨著通用計算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)，其系統(tǒng)總線規(guī)則繼承式的經(jīng)歷了幾個重要時期。PC/104規(guī)則，采用了成熟的ISA技術(shù)；PC/104+規(guī)則，兼容PC/104和PCI技術(shù)；PCI/104-Express規(guī)則，兼容PC/104+和PCI-E技術(shù)。由于PC/104家族在結(jié)構(gòu)和電氣上獨到之處，漸漸的在嵌入式領(lǐng)域占據(jù)了主流格局。PC/104產(chǎn)品的發(fā)展前景是無限光明的[2]。因而，實現(xiàn)GPMC與PC/104的轉(zhuǎn)換通信，為現(xiàn)有的PC/104模塊擴(kuò)展高效的外設(shè)，是廣大開發(fā)者和應(yīng)用者所面臨的問題。本文的研究就在這樣的背景下展開。

1 硬件平臺

1.1 PC/104結(jié)構(gòu)形式及信號定義

PC/104結(jié)構(gòu)不同于ISA，其總線以“針”和“孔”形式層疊連接，可以將所有的PC/104模塊板利用板上的疊裝總線插座連接起來，有效減小整個系統(tǒng)所占的空間。但其信號定義與ISA相同，只是多了A/B32；C/D0；C/D19引腳且都為GND。

參照ISA和PC/104的引腳信號定義[3]，將PC/104引腳數(shù)據(jù)/地址、讀寫使能、8/16位存儲器讀寫控制、16位Memory讀寫操作、14MHz時鐘、寄存器、復(fù)位、系統(tǒng)時鐘、+5V電源、GND信號與ISA信號定義匹配，其他PC/104信號不定義。

1.2 GPMC與CPLD通信平臺

本平臺硬件模塊共分為三層：底層開發(fā)板集成有CPLD（EPM3256ATC144-10N）和PC/104接口。中間開發(fā)板集成有CPLD（EPM1270T144C5N）和PC/104接口，并通過此接口和底板相連；還有SD卡槽，可以插入Linux系統(tǒng)SD卡進(jìn)行調(diào)試；同時還集成了GPMC接口；該板用于實現(xiàn)GPMC與PC/104的轉(zhuǎn)換通信。頂層開發(fā)板是一塊集成有OMAP3530的RAM板，通過GPMC接口和中間板相連。平臺通電后，通過JTAG將Verilog程序燒寫到EPM-1270T144C5N[4]。

1.3 PC/104與CPLD通信平臺

本平臺硬件模塊共分為兩層：底層開發(fā)板和1.2中一樣。頂層開發(fā)板集成了AMD LX800內(nèi)核和PC/104接口，并通過此接口和底層板連接，還有SD卡槽，可以插入Dos系統(tǒng)SD卡進(jìn)行調(diào)試；包括PS/2鍵盤接口和VGA控制器，分別擴(kuò)展鍵盤和顯示器。平臺通電后，通過JTAG將Verilog程序燒寫到EPM-3256ATC144-10N。

2 軟件配置

2.1 GPMC通信

在QuartusII開發(fā)環(huán)境中，選擇Device-EPM1270T144C5N，并選擇Unused Pins-As input tri-stated，來保護(hù)芯片。選擇Assignments-Pins來分配引腳：Addr[10：1]、Data[15：0]、OE/WE、BE0/1、CS3_E、Res分配PIN_21/23/27/29/31/37/39/41-43/44/45/48-53/55/57/58/22/20/30/32/24/89。

2.2 PC/104通信

在QuartusII開發(fā)環(huán)境中，選擇Device-EPM3256ATC144-10N，其他配置如2.1所述。選擇Assignments-Pins來分配引腳：SA[15：0]、SD[7：0]、AEN、IOR/W_N、RST分配PIN_134/136-140/142/143/1/2/5/6/8-11/109/110/112/113/116-119/121/127/128/108。

3 主要程序設(shè)計及通信調(diào)試

3.1 GPMC與CPLD通信

3.1.1 主要Verilog HDL程序如下

先定義物理地址及初值，并讀取這個值。再向該地址寫數(shù)據(jù)，并讀取新值。test_addr=10'h3fe；

test_reg[15：0]=16'hffff；

test_reg[15：0]=GPMC_Data[15：0]；

GPMC_Data[15：0]=（（GPMC_Addr[10：1]==test_addr）EN_Test（！GPMC_OE））？test_reg[15：0]：16'hzzzz；

rev_addr=10'h3ff； rev_reg[15：0]=16'h0001；

GPMC_Data[15：0]=（（GPMC_Addr[10：1]==rev_addr）EN_Test（！GPMC_OE））？rev_reg[15：0]：16'hzzzz。

3.1.2 Linux下調(diào)試

如圖1，實現(xiàn)了GPMC數(shù)據(jù)的讀寫操作[5]。先讀取地址3fe的數(shù)據(jù)為0xffff；再讀取地址3ff上的數(shù)據(jù)為0x0001；最后程序設(shè)定可以向3fe寫數(shù)據(jù)，如1234，然后讀取此數(shù)據(jù)。

圖1 Linux下調(diào)試圖

3.2 PC/104與CPLD通信

3.2.1 主要Verilog HDL程序如下

先定義物理地址及其初值，然后向該地址寫數(shù)據(jù)，并讀取新數(shù)據(jù)。

test_register_addr=16'h0301；

test_register[7：0]<=8'h00；

test_register[7：0]<=ISA_SD[7：0]；

ISA_SD[7：0]=（（ISA_SA[15：0]==test_register_addr）（！ISA_IOR_N）（！ISA_AEN））？test_register[7：0]：8'hzz.

3.2.2 Dos下調(diào)試

如圖2，實現(xiàn)了PC/104數(shù)據(jù)的讀寫。先讀取地址0301的數(shù)據(jù)00；再向地址0301寫數(shù)據(jù)79，然后讀取這個新值。

圖2 Dos下調(diào)試

4 結(jié)束語

GPMC總線相比單片機(jī)有兩大特點：片選尋址機(jī)制；數(shù)據(jù)傳輸由硬件自動完成，不依靠特定的數(shù)據(jù)寄存器，同時輸出片尋地址空間內(nèi)的地址線也是由硬件自動完成，都會往GPMC的地址線上輸出。這是數(shù)據(jù)控制上的顛覆性改進(jìn)，使得硬件設(shè)計愈發(fā)智能化，所以使用含GPMC總線的外設(shè)也是一大趨勢。而將這一趨勢與仍然大量存在的PC/104設(shè)備結(jié)合，具有很重要的應(yīng)用價值。本文有效的解決了這一問題，通過調(diào)試及實踐，證明該設(shè)計可行、合理、實用。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘必超.基于OMAP3530 GPMC控制器的網(wǎng)絡(luò)接口擴(kuò)展[J].微計算機(jī)信息，2010（32）：83-85.

[2]Jim Blazer.PC/104的未來[DB/OL].

[3]盛博科技.ISA（PC/104）總線信號時序簡介[DB/OL]：13-18.

[4]陳再秀.PC-104嵌入式系統(tǒng)綜述[N].自貢師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2002（03）.

[5]林立明，于東，胡毅，秦承剛，王志成，陸小虎.一種嵌入式總線運動控制器的實時系統(tǒng)設(shè)計[J].中國機(jī)械工程，2013（04）.

[6]于東，胡毅，林立明，秦承剛，陸小虎，陳龍.一種用于數(shù)控總線通訊板的數(shù)據(jù)讀寫裝置和方法：中國，CN201110398849.5[P].2011-12-5.

作者簡介：胡江波（1989.02-），男，湖北仙桃人，計算機(jī)碩士，2012級學(xué)術(shù)型碩士。研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

作者單位：中南民族大學(xué)計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，武漢 430074