精簡(jiǎn)ISA總線擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)例

1、精簡(jiǎn)ISA總線擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)例 ARM的嵌入式主板系列產(chǎn)品為了支持客戶的各種應(yīng)用擴(kuò)展，所有的ARM9系列和X86系列的嵌入式主板均帶有精簡(jiǎn)ISA擴(kuò)展總線。ISA總線是PC機(jī)最經(jīng)典的擴(kuò)展總線（在嵌入式領(lǐng)域，通常以PC104總線的形式出現(xiàn)），在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，以及深厚的應(yīng)用基礎(chǔ)。所謂精簡(jiǎn)ISA總線就是在保持通用ISA總線時(shí)序不變的前提下，僅保留常用的總線信號(hào)，以最大限度的減少總線總的信號(hào)數(shù)量，以適應(yīng)模塊的小型化。ARM的精簡(jiǎn)ISA總線包括8位數(shù)據(jù)總線、5位地址總線（可擴(kuò)展到13位）、片選控制線、讀寫控制線以及中斷請(qǐng)求線。ARM所提供的評(píng)估開發(fā)底板將這些信號(hào)線制定了一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，采用雙排20

2、芯 IDC插針，用戶可利用精簡(jiǎn)ISA總線進(jìn)行系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。 在ARM的精簡(jiǎn)ISA總線中，設(shè)置了2條獨(dú)特的片選控制信號(hào)CS0#和CS1#，這樣就省去了大量的高位地址總線。CS0#和CS1#為低電平有效的脈沖信號(hào)。在x86 系列的嵌入式產(chǎn)品中，CS0#片選信號(hào)的地址區(qū)域?yàn)?x2000x21F，CS1#片選信號(hào)的地址區(qū)域?yàn)?x300 0x31F。在ARM9系列的嵌入式產(chǎn)品中，客戶就不用關(guān)心精簡(jiǎn)ISA總線的絕對(duì)地址，只要選定一個(gè)片選信號(hào)及基于這個(gè)片選的地址偏移量即可。如在X86系統(tǒng)下選用了CS1作片選信號(hào)，對(duì)0x301進(jìn)行操作，則相對(duì)于ARM系統(tǒng)，可使用CS1#、地址偏移量為1的端口。ARM9系列板

3、卡的CS0#、CS1#所對(duì)應(yīng)的地址區(qū)域范圍有所不同。EM9000有13條地址線，每位片選可訪問8K的地址空間。EM9160、EM9161的每位片選可訪問32 個(gè)地址空間。EM9260、EM9360的CS0#可訪問到8K的地址空間,CS1#可訪問到1K的地址空間。 以下是ARM所提供的精簡(jiǎn)ISA擴(kuò)展總線接口的信號(hào)定義：信號(hào)名稱及簡(jiǎn)要描述精簡(jiǎn)ISA信號(hào)名稱及簡(jiǎn)要描述PIN#PIN# RESET#，復(fù)位輸出，低有效12 SA0，地址總線 SD0，數(shù)據(jù)總線，LSB34 SA1，地址總線 SD1，數(shù)據(jù)總線56 SA2，地址總線 SD2，數(shù)據(jù)總線78 SA3，地址總線 SD3，數(shù)據(jù)總線910 SA4，地址

4、總線 SD4，數(shù)據(jù)總線1112 WE#，寫信號(hào)控制線，低有效 SD5，數(shù)據(jù)總線1314 RD#，讀信號(hào)控制線，低有效 SD6，數(shù)據(jù)總線1516 CS1#，I/O片選線，低有效 SD7，數(shù)據(jù)總線，MSB1718 VCC，電源輸出 IRQ，中斷請(qǐng)求，上升沿有效1920 GND，公共地 為了便于用戶理解精簡(jiǎn)ISA總線接口如何進(jìn)行編程，本節(jié)以x86指令和ARM系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)單介紹基于ARM嵌入式主板的精簡(jiǎn)ISA的應(yīng)用。由于x86、EM9000、EM9x6x三種系統(tǒng)的ISA總線讀寫操作函數(shù)不一樣，所以在具體使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)參考相應(yīng)的*.h文件。以下是基于ARM的嵌入式主板的精簡(jiǎn)ISA總線操作指令表，以便查詢：

5、系統(tǒng)ISA讀ISA寫 x86系列 inport( ) 或 inportb( ) outport( ) 或 outportb( ) EM9000 EM9000_READ( ) EM9000_WRITE( ) EM9x6x系列 ISA_ReadUchar( ) ISA_WriteUchar( ) X86系統(tǒng)使用DOS操作系統(tǒng)，其指令也是標(biāo)準(zhǔn)的C函數(shù)，所以操作ISA時(shí)使用的時(shí)絕對(duì)地址。ARM嵌入式主板使用的WINCE操作系統(tǒng)，存在地址映射問題，同時(shí)使用戶更加方便對(duì)ISA的使用，所以對(duì)ISA操作的過程被封裝成一個(gè)操作函數(shù)后再提供給用戶，在對(duì)ISA操作時(shí)不需要給出絕對(duì)地址，但是需要指明所使用的片選信號(hào)及

6、基于當(dāng)前片選信號(hào)的偏移地址。下面的讀操作也是相同的。ISA總線的寫操作： C語言ISA總線寫操作函數(shù)： outportb ( 0x301, ub1 );/ 將ub1的數(shù)據(jù)寫入0x301地址或寄存器 EM9000 ISA總線寫操作函數(shù)：#defineCS1# 1/ ARM系統(tǒng)的CS1片選信號(hào)的定義，以下不再說明 EM9000_WRITE ( CS1# , 0x1 , ub1 );/ 將ub1的數(shù)據(jù)寫入CS1片選信號(hào)使能的1偏移地址 EM9x6x ISA總線寫操作函數(shù)： ISA_WriteUchar ( CS1#, 0x1 , ub1);/ 將ub1的數(shù)據(jù)寫入CS1片選信號(hào)使能的1偏移地址 對(duì)應(yīng)的

7、總線寫時(shí)序圖為（本文中的總線周期示意圖以ARM系列模塊為例）：ISA總線的讀操作： C語言ISA總線讀操作函數(shù)：UCHARub1 = inportb ( 0x301 );/ 將0x301地址或寄存器的數(shù)據(jù)讀入ub1EM9000 ISA總線讀操作函數(shù)： UCHARub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 );/ 將CS1片選信號(hào)使能的1偏移地址的數(shù)據(jù)讀入ub1EM9x6x ISA總線讀操作函數(shù)： ISA_ReadUchar ( CS1#, 0x1 , &ub1);/ 將CS1片選信號(hào)使能的1偏移地址的數(shù)據(jù)讀入ub1 對(duì)應(yīng)的總線時(shí)序關(guān)系為： 如果應(yīng)用程序要讀寫一個(gè)16-bit的

8、數(shù)據(jù)，即一個(gè)字時(shí)，在x86系統(tǒng)中，可以使用：unsignedint ui1 = inport（0x301）；/ 讀16位數(shù)據(jù) outport（0x301, ui1）；/ 寫16位數(shù)據(jù) 利用C函數(shù)一次性完成操作，在ISA總線上會(huì)自動(dòng)生成兩個(gè)8位數(shù)據(jù)的讀寫周期，分別訪問低位字節(jié)和高位字節(jié)。在AD、DA的訪問中經(jīng)常會(huì)碰到這樣的情形。 對(duì)ARM9系統(tǒng)，應(yīng)用只能通過兩次調(diào)用總線讀寫函數(shù)分別處理16位數(shù)據(jù)的低位字節(jié)和高位字節(jié)，如用EM9000 ISA讀寫操作為例： UCHARub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 );/ 獲得低位字節(jié)。 UCHARub2 = EM9000_READ

9、( CS1# , 0x2 );/ 獲得高位字節(jié)。 ui1 =（ ub2 8) );/ 寫高字節(jié)數(shù)據(jù) 在使用精簡(jiǎn)ISA總線進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，為了使總線的信號(hào)傳輸更加可靠，應(yīng)在總線上的所有信號(hào)線加上RC網(wǎng)絡(luò)以達(dá)到最佳的信號(hào)傳輸，同時(shí)，在高速的數(shù)據(jù)總線上，可以使用HCT245作一次驅(qū)動(dòng)。如下圖所示：擴(kuò)展應(yīng)用1、用精簡(jiǎn)ISA進(jìn)行數(shù)據(jù)I/O擴(kuò)展 用戶如果使用的I/O較多，ARM提供的嵌入式主板上的數(shù)據(jù)I/O又不夠使用要求，則用戶可以使用精簡(jiǎn)ISA總線來進(jìn)行擴(kuò)展。僅使用3片簡(jiǎn)單的74邏輯器件，就可方便擴(kuò)展出8路輸入8路輸出。ARM的ETA716擴(kuò)展模塊就是按照這種方式來實(shí)現(xiàn)的。 接口譯碼電路用一片74HCT13

10、9做完成。 在X86系統(tǒng)下，應(yīng)用程序執(zhí)行讀操作時(shí)： unsigned charub1 = inportb ( 0x300 )；/ 把外部狀態(tài)讀取并存放到ub1中 在EM9000系統(tǒng)下，應(yīng)用程序執(zhí)行讀操作： UCHARub1 = EM9000_READ (CS1# , 0x0); 74HCT245被譯碼信號(hào)RD300H#選通，外部的輸入狀態(tài)INPUT0 INPUT7將呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線SD0 SD7上，CPU將在RD300H#的上升沿時(shí)刻把總線上的數(shù)據(jù)鎖存到ub1。 類似的，當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行寫操作時(shí)： X86系統(tǒng)下寫： outportb ( 0x300 , ub1 );/ 把ub1數(shù)據(jù)輸出送到0x30

11、0端口 在EM9000系統(tǒng)下： EM9000_WRITE (CS1# , 0x0 , ub1); 把ub1的數(shù)據(jù)送到ISA數(shù)據(jù)總線上，譯碼信號(hào)WE300H#變低有效，并在其上升沿時(shí)刻把總線上的數(shù)據(jù)鎖存到74HCT273的8個(gè)寄存器中，74HCT273的8個(gè)寄存器的輸出OUTPUT0 OUTPUT7將保持不變，直至有新數(shù)據(jù)寫入。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位或上電啟動(dòng)時(shí)，低有效的復(fù)位信號(hào)RESET#將保證把74HCT273的輸出清零。2、用精簡(jiǎn)ISA總線進(jìn)行A/D采集擴(kuò)展（應(yīng)用模塊：ETA197） 用戶還可以通過精簡(jiǎn)ISA總線來擴(kuò)展具有通用并行接口的A/D轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集。以下是通過ISA總線連接MAX

12、197的信號(hào)接法，由于MAX197只有12位數(shù)據(jù)寬度，這里使用SA0地址線來作為高、低字節(jié)數(shù)據(jù)的選擇，正好形成了兩個(gè)連續(xù)的地址，方便函數(shù)的操作。 對(duì)MAX197進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的基本步驟為： X86系統(tǒng)下： 1、寫控制字節(jié)，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換：outportb(0x300, CtrlByte); 2、延時(shí)15us 讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：unsigned intub1 = inport(0x300);/ ub1為讀入的16位數(shù)據(jù) 或EM9000系統(tǒng)下： 1、寫控制字節(jié)，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換： EM9000_WRITE(CS1# , 0x0 , CtrlByte ); 2、延時(shí)15us 3、讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)： ub1 = EM

13、9000_READ(CS1# , 0x0 ); ub1 = ub1 8 ; ub1 = ub1 | (EM9000_READ(CS1# , 0x0 ) & 0xff ); 對(duì)于不同的系統(tǒng)，請(qǐng)參見相應(yīng)的ETA197測(cè)試程序。3、用精簡(jiǎn)ISA總線進(jìn)行串口擴(kuò)展（應(yīng)用模塊：ETA502） 同樣的，用戶也可以使用精簡(jiǎn)ISA總線來擴(kuò)展串口，如使用16C550芯片等。一片16C550需要占用8個(gè)I/O端口地址，所以，要使用到三條地址線，且這三條地址線最好是連續(xù)的地址線，以方便應(yīng)用程序的開發(fā)與控制。 要注意的是，16C550的復(fù)位是高電平復(fù)位，而精簡(jiǎn)ISA總線上的復(fù)位信號(hào)是低信號(hào)復(fù)位有效，所以在使用時(shí)，要將ISA總線上的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行反向，再連接到16C550的復(fù)位上。如果要控制MODEM，則需