在DSP與ICCD通信系統(tǒng)中雙口RAM的應用

0 引言

增強型電荷耦合器件(Intensified Charge Coupled Device，簡稱ICCD)作為一種數(shù)據(jù)采集部件，因其采集光譜數(shù)據(jù)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。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，常用的串口通信不可能滿足這樣的要求，而USB口通信模式則顯得比較復雜，DSP系統(tǒng)中常用的FIFO存儲器不能滿足雙向讀取的需求。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：

(1)兩套完全獨立的數(shù)據(jù)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；
(2)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；
(3)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；
(4)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(chǎn)的高速32 k×8 bit雙端口靜態(tài)RAM，典型功耗850 mW；最大存取時間：15 ns；工作環(huán)境：-45℃～+85℃；工作電壓：5 V±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(shù)據(jù)線擴展到16 Bit，甚至更寬。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。IDT7007提供的地址線，控制線以及I／O線是完全獨立的兩個接口，支持對器件的任何存儲空間進行完全異步的讀寫操作。

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(shù)據(jù)采集，DSP子系統(tǒng)負責信息處理。ICCD采集光譜數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入到雙口RAM的指定存儲單元。DSP再將雙口RAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移入內(nèi)存儲器，進行分析處理，以及其他運算。
雙口RAM與DSP芯片之間，我們采取8位數(shù)據(jù)線的接口寬度，地址線12位，可尋址空間應為32 k×8 bit。
ICCD通過一條數(shù)據(jù)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(gòu)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(diào)理電平。

3 信息處理系統(tǒng)與ICCD交換數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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：

(1)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(diào)通信雙方的讀寫操作。圖2為雙方接口的中斷邏輯。

(2)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(jīng)進行寫操作，那么IDT7007的內(nèi)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(shù)據(jù)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(jié)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(shù)據(jù)的正確性。

圖3即為通信雙方接口的BUSY邏輯時序。

(3)軟件協(xié)調(diào)：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(shù)據(jù)，信息處理系統(tǒng)(左方)主要負責接受數(shù)據(jù)。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(nèi)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(shù)據(jù)，如果是“5AH”，說明通信正常，反之亦然。(2)傳輸數(shù)據(jù)，右方向信令字單元FFFH寫入‘A5H’，在左方產(chǎn)生中斷后，左方讀信令字單元FFFH，如果是‘A5H’，說明在傳輸數(shù)據(jù)，讀完數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)成功。

圖4為基于DSP的通信程序流程。

5 結(jié)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(diào)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(jīng)通過調(diào)試，信息處理系統(tǒng)與ICCD可良好協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，構(gòu)成合理，對相關系統(tǒng)設計有一定的參考價值。