FPGA：EPP（增強型并行端口）
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EPP 使與 PC 的通信變得快速而簡單。
在這里，我們使用Pluto-P FPGA板與支持EPP的PC進行通信。
EPP 1 - 什么是 EPP？
EPP 是 IEEE 1284（并行端口標準）的一部分。
IEEE 1284 還定義了 SPP 和 ECP，但 EPP 提供了兩者的優(yōu)點，即速度和簡單性。
EPP的主要特點是：
通過并行端口提供雙向通信，即對連接到 PC 并行端口的外圍設(shè)備進行讀寫的方式。
事務(wù)是 8 位寬的，并且是原子的。主機 （PC） 始終是事務(wù)的發(fā)起者，讀取或?qū)懭搿?/p>
沒有爆發(fā)的概念。您可以發(fā)送 1 個字節(jié)，如果需要，也可以發(fā)送 1000000 個字節(jié)，只需在 PC 上使用軟件循環(huán)即可。 您還可以按任意順序混合讀取和寫入。
EPP 允許“地址”和“數(shù)據(jù)”交易。
換言之，可以從 PC 發(fā)出四種類型的 EPP 交易：
寫入地址
讀取地址
寫入數(shù)據(jù)
讀取數(shù)據(jù)
我們將把FPGA連接到EPP端口。 當(dāng) PC 執(zhí)行“寫入地址”（或“寫入數(shù)據(jù)”）時，它實際上只是向 FPGA 發(fā)送 8 位，并指示它是“地址”或“數(shù)據(jù)”。 FPGA可以使用“address”或“data”值做任何事情。 FPGA 可以實現(xiàn)一個寄存器組（有 256 個寄存器）。 或者，它可以使用“地址”來閃爍LED，并使用“數(shù)據(jù)”來發(fā)出聲音。 PC 不會知道其中的區(qū)別。
讀取也是如此，PC可以讀取“地址”或“數(shù)據(jù)”，這實際上可能是FPGA返回的任何8位值。
EPP 2 - 軟件
EPP軟件支持非常簡單。 我看看。
BIOS
首先進入 PC 的 BIOS（通電時可訪問）并啟用 EPP（在并行端口屬性中）。
并行端口地址
從軟件的角度來看，EPP 事務(wù)需要 IO 讀取或?qū)懭搿?/p>
最常見的 EPP 端口地址是 0x378。在 Window 的控制面板中找到它。
C 函數(shù)
首先是 EPP_init（） 函數(shù)。
#define EPP_port_addr 0x378 // your parallel port address
void EPP_init()
{
IO_WRITE(EPP_port_addr+2, 0x04);
}
很簡單，對吧？
實際上，如果您的編譯器不提供 IO 函數(shù)，您可能需要自己編寫 IO 函數(shù)。
void IO_WRITE(WORD addr, BYTE data)
{
_asm
{
mov dx, addr
mov al, data
out dx, al
}
}
BYTE IO_READ(WORD addr)
{
_asm
{
mov dx, addr
in al, dx
}
}
現(xiàn)在我們看到 EPP 支持四種類型的事務(wù)。讓我們?yōu)槊總€函數(shù)編寫一個函數(shù)。
void EPP_write_addr(BYTE address)
{
IO_WRITE(EPP_port_addr+3, address);
}
void EPP_write_data(BYTE data)
{
IO_WRITE(EPP_port_addr+4, data);
}
BYTE EPP_read_addr()
{
return IO_READ(EPP_port_addr+3);
}
BYTE EPP_read_data()
{
return IO_READ(EPP_port_addr+4);
}
就這樣。
EPP 硬件處理所有 EPP 協(xié)議細節(jié)，因此軟件不必執(zhí)行太多操作。
EPP 3 - 硬件協(xié)議
下面是來自 PC 的 DB25 打印機連接器的視圖。
引腳 2 至 9 是 8 位總線。在 EPP 模式下，8 位總線是雙向的。
還有其他重要的引腳是：
| 引 腳 | 名字 | 方向 | 積極 | 用 |
|---|---|---|---|---|
| 17 | 地址選通 | PC -> FPGA | 低 | 地址交易 |
| 14 | 數(shù)據(jù)選通 | PC -> FPGA | 低 | 數(shù)據(jù)事務(wù) |
| 11 | 等 | FPGA -> PC | 低 | 對頻閃的響應(yīng) |
| 1 | 寫 | PC -> FPGA | 低 | 0 表示寫入事務(wù)，1 表示讀取事務(wù) |
您可以看到有 2 個“頻閃”信號和一個“等待”信號。 “閃光燈”來自 PC，而“等待”來自 PC。
其工作原理如下：對于每筆交易，PC 都會斷言其中一個選通，F(xiàn)PGA 會以等待來響應(yīng)。
讓我們選擇一個頻閃信號（一次只激活一個），讓我們看一個 EPP 事務(wù)：
解釋：
電腦想要啟動事務(wù)。它斷言其中一個頻閃 （=low）。
如果事務(wù)是寫，則 PC 也會將“寫”驅(qū)動為低電平，并驅(qū)動 8 位總線。否則，它將“寫”驅(qū)動為高電平，并使 8 位總線懸空。FPGA 檢測到其中一個選通被置位，并通過取消置位“等待”（=高電平）進行響應(yīng)。
如果事務(wù)是讀取，則 FPGA 開始驅(qū)動 8 位總線。PC 檢測到等待已取消置位，因此它會取消置位選通。
如果事務(wù)是寫入，則 PC 將停止驅(qū)動 8 位總線。FPGA 檢測到選通已取消置位，因此它斷言“等待”。
如果事務(wù)是讀取，則FPGA停止驅(qū)動8位總線。
所有這些都是在硬件中完成的;除了啟動交易之外，PC 軟件無需執(zhí)行任何操作。
EPP 4 - HDL
讓我們看看在 FPGA 中實現(xiàn) EPP 端口是多么容易。
首先，讓我們從并行端口信號創(chuàng)建一些信號。 我們反轉(zhuǎn)一些信號，使所有新信號都處于高電平有效狀態(tài)。
// Let's create a few signals from the "PP" parallel port pins
// first for the EPP outputs (i.e. outputs from the PC, inputs for us)
wire EPP_write = ~PP[1];wire EPP_addr_strobe = ~PP[17];
wire EPP_data_strobe = ~PP[14];
wire [7:0] EPP_datain = PP[9:2];
// now for the EPP inputs
wire EPP_wait;
assign PP[11] = EPP_wait;
wire [7:0] EPP_dataout;
assign PP[9:2] = EPP_dataout;
現(xiàn)在，大多數(shù)FPGA設(shè)計都使用自己的時鐘。 讓我們將時鐘稱為“clk”，并將頻閃信號與時鐘同步。
// Use a 3-taps shift register to synchronize EPP_strobe to our clock
wire EPP_strobe = EPP_data_strobe | EPP_addr_strobe; // only one is active at a time
reg [2:0] EPP_strobe_reg;
always @(posedge clk) EPP_strobe_reg <= {EPP_strobe_reg[1:0], EPP_strobe};
// detect the strobe edges
wire EPP_strobe_edge1 = (EPP_strobe_reg[2:1]==2'b01);
wire EPP_strobe_edge2 = (EPP_strobe_reg[2:1]==2'b10);
// respond right away to a transaction
assign EPP_wait = EPP_strobe_reg[1];
現(xiàn)在我們可以處理 EPP 寫入了。讓我們將接收到的值存儲到寄存器中。
// EPP writes
reg [7:0] addr_reg, data_reg;
always @(posedge clk) if(EPP_strobe_edge1 & EPP_write & EPP_addr_strobe) addr_reg <= EPP_datain;
always @(posedge clk) if(EPP_strobe_edge1 & EPP_write & EPP_data_strobe) data_reg <= EPP_datain;
EPP 現(xiàn)在閱讀。讓我們回讀寄存器中存儲的內(nèi)容......
// EPP reads
wire EPP_read = ~EPP_write;
wire [7:0] EPP_data_mux = EPP_addr_strobe ? addr_reg : data_reg;
assign EPP_dataout = (EPP_read & EPP_wait) ? EPP_data_mux : 8'hZZ;
就是這樣。
祝賀！您現(xiàn)在可以使用 EPP 讀取和寫入 FPGA。
接下來要嘗試什么？
延遲EPP_wait信號（如果使用長并行電纜，信號的穩(wěn)定速度可能會很慢，因此可能需要延遲）。
使用自動遞增地址計數(shù)器創(chuàng)建寄存器庫。
輪到你來實驗了！
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