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uPSD3254A

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基于uPSD3254A單片機(jī)的EPP并口通信技術(shù)

　　摘要：介紹了并口的EPP(Enhanced Parallel Port)接口協(xié)議及其高速數(shù)據(jù)通信的原理，并在ST公司uPSD3254A單片機(jī)及其開(kāi)發(fā)環(huán)境PSDsoft EXPRESS基礎(chǔ)上完成了一個(gè)應(yīng)用EPP接口協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方案。
　　關(guān)鍵詞：EPP協(xié)議 uPSD3254A PSDsoft EXPRESS

引言：

　　在IBM公司推出PC機(jī)開(kāi)始，并口已經(jīng)是PC機(jī)的一部分。最初并口就是為代替串口來(lái)驅(qū)動(dòng)高性能點(diǎn)陣式打印機(jī)[1]，并口通信有SPP、EPP、ECP三種傳輸模式，SPP模式是半雙工單向傳輸?shù)�，傳輸速率僅為15KB/S；EPP增強(qiáng)型模式采用雙向半雙工數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度高達(dá)2MB/S；ECP擴(kuò)充型模式采用雙向全雙工數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率比EPP高。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方面，EPP模式比ECP模式更靈活、簡(jiǎn)潔、可靠，在工業(yè)界得到了更多的實(shí)際應(yīng)用[2]。本文介紹的是一種基于uPSD3254A的EPP增強(qiáng)并口的設(shè)計(jì)，其核心是使用uPSD323X內(nèi)部的CPLD實(shí)現(xiàn)EPP接口與PC機(jī)上并口之間的高速硬件通信,實(shí)際測(cè)試中速度達(dá)到了900KB/S。

1 EPP協(xié)議介紹

　　EPP協(xié)議是由Intel、Xircom、Zenith三家公司聯(lián)合提出的，于1994年在IEEE1284標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)布。EPP協(xié)議有EPP1.7和EPP1.9兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可以在PC機(jī)的 BIOS/外圍設(shè)備/并行口BIOS/Peripheral Setup/Parallel Port Mode）方式中進(jìn)行設(shè)置[3]。與傳統(tǒng)并行口標(biāo)準(zhǔn)利用軟件實(shí)現(xiàn)握手不同，EPP接口協(xié)議通過(guò)硬件自動(dòng)握手，能達(dá)到500KB/s～2MB/s的通信速率。

1.1 EPP工作模式的寄存器和引腳定義

　　PC并口采用25針的DB型陰極接口，EPP工作模式的25個(gè)引腳的定義如表1所示。

表1 EPP協(xié)議引腳定義

引腳號(hào)	EPP信號(hào)	方向	是否反向	說(shuō)明
1	nWrite	輸出	是	低電平表示寫(xiě)，高電平表示讀
2~9	Data0~7	輸出/輸入	否	數(shù)據(jù)
10	Interrupt	輸入	否	上升沿觸發(fā)中斷
11	nWait	輸入	是	低電平傳輸數(shù)據(jù)/地址，高電平傳輸結(jié)束
12	Spare	輸入	否	EPP未定義，可用戶(hù)自定義
13	Spare	輸入	否	EPP未定義，可用戶(hù)自定義
14	nDstrb	輸出	是	低電平表示數(shù)據(jù)傳輸
15	Spare	輸入	否	EPP未定義，可用戶(hù)自定義
16	nReset	輸出	否	低電平有效
17	nAstrb	輸出	是	低電平表示地址傳輸
18~25	GND	—	—	地

　　在寄存器方面，EPP定義了8個(gè)寄存器，繼承了SPP的3個(gè)寄存器，其中EPP與SPP共用狀態(tài)寄存器和控制寄存器，保證了EPP模式和SPP模式軟硬件兼容型，其寄存器定義如表2所示。將并口設(shè)置為EPP方式時(shí)，需要在PC機(jī)的BIOS中設(shè)置并口工作于EPP方式，寄存器組的基地址（BASE）通常設(shè)為0x378。

表2 EPP寄存器定義

地址	端口名稱(chēng)	讀/寫(xiě)
BASE+0	SPP數(shù)據(jù)端口	寫(xiě)
BASE+1	SPP/EPP狀態(tài)端口	讀
BASE+2	SPP/EPP控制端口	寫(xiě)
BASE+3	EPP地址端口	讀/寫(xiě)
BASE+4	EPP數(shù)據(jù)端口	讀/寫(xiě)
BASE+5~+7	用戶(hù)自定義	—

1.2 EPP讀寫(xiě)周期

　　為了能進(jìn)行有效的EPP數(shù)據(jù)通信，必須遵循EPP的握手時(shí)序。與SPP的軟件握手相比，EPP采用硬件完成的握手實(shí)現(xiàn)了高速的數(shù)據(jù)通信速度。EPP協(xié)議共分為四種周期：數(shù)據(jù)寫(xiě)周期、數(shù)據(jù)讀周期、地址寫(xiě)周期和地址讀周期，數(shù)據(jù)周期用于計(jì)算機(jī)和外設(shè)間傳送數(shù)據(jù)；地址周期用于傳送地址、通道、命令、控制和狀態(tài)等輔助信息。

1.2.1 EPP數(shù)據(jù)/地址讀周期如圖1所示

EPP數(shù)據(jù)/地址讀周期CPU讀操作步驟如下：

　　1）程序?qū)PP數(shù)據(jù)寄存器(Base+4)/地址寄存器(Base+3)執(zhí)行讀操作

　　2）nDstrb/nAstrb被置低如果nWaite信號(hào)為低，否則等待

　　3）主機(jī)等待nWaite為高表示數(shù)據(jù)發(fā)送成功

　　4）從并口中讀取8位數(shù)據(jù)/地址

　　5）nDstrb/nAstrb被置高

　　6）EPP數(shù)據(jù)/地址讀周期完成

                  圖1 EPP 數(shù)據(jù)/地址讀周期

1.2.2 EPP數(shù)據(jù)/地址寫(xiě)周期如圖2所示

　　EPP數(shù)據(jù)/地址寫(xiě)周期CPU寫(xiě)操作步驟如下：

　　1）程序?qū)PP數(shù)據(jù)寄存器(Base+4)/地址寄存器(Base+3)執(zhí)行寫(xiě)操作

　　2）將nWrite信號(hào)置低（低表示寫(xiě)操作）

　　3）將要寫(xiě)的數(shù)據(jù)/地址數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上

　　4）nDstrb/nAstrb被置低如果nWaite信號(hào)為低，否則等待

　　5）主機(jī)等待nWait握手信號(hào)為高表示發(fā)送成功

　　6）nDstrb/nAstrb被置高

　　7）EPP數(shù)據(jù)/地址寫(xiě)周期完成

圖2 EPP 數(shù)據(jù)/地址寫(xiě)周期

　　其中，使用EPP1.7 (Pre IEEE 1284) 握手標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則nDstrb/nAstrb信號(hào)不考慮nWait是否為低，直接被置低開(kāi)始一個(gè)新的讀/寫(xiě)周期；如果使用EPP1.9握手標(biāo)準(zhǔn)，則只有在nWait信號(hào)為低時(shí)，nDstrb/nAstrb信號(hào)才會(huì)被置低開(kāi)始一個(gè)新的讀/寫(xiě)周期。但是EPP1.7和EPP1.9都要求nWait信號(hào)為高時(shí)一個(gè)讀/寫(xiě)周期才結(jié)束[3]。

　　由于nWait、nWrite、nDstrb、nAstrb等信號(hào)傳輸后反向（見(jiàn)表1），因此圖1和圖2 中的時(shí)序是從PC端考慮的，nWait信號(hào)表示單片機(jī)發(fā)出的原始信號(hào)，在PC端實(shí)際采用的是與單片機(jī)發(fā)出的原始信號(hào)取反后的信號(hào)。

2 uPSD323X及其開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹

　　ST公司的uPSD3254A是帶8032內(nèi)核的Flash可編程系統(tǒng)器件，具有在線(xiàn)編程能力和超強(qiáng)的保密功能；256+32Kbytes的Flash存儲(chǔ)器；片內(nèi)8K的SDRAM；帶有16位宏單元的3000門(mén)可編程邏輯電路（CPLD），可以實(shí)現(xiàn)EPP接口等一些不太復(fù)雜的接口和控制功能，50個(gè)I/O引腳等。

　　基于Windows平臺(tái)的一套軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。只要點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可完成對(duì)地址鎖存器、Flash、可編程邏輯電路等外設(shè)的所有配置和寫(xiě)入。使用PSDsoft EXPRESS工具對(duì)uPSD3200系列器件的可編程邏輯電路的操作簡(jiǎn)單、直觀。

3.基于uPSD3254A的EPP接口實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件接口

　　EPP增強(qiáng)并口的速度最高可達(dá)到500KB/s～2MB/s，這對(duì)外設(shè)的接口有很高的要求，如果外設(shè)響應(yīng)太慢，系統(tǒng)的整體性能將大大下降。但如果采用可編程邏輯器件，使接口的響應(yīng)完全由硬件來(lái)完成，系統(tǒng)的整體性能將大大提高。這種實(shí)現(xiàn)方案可以達(dá)到并口中的速度極限，而且保密性好，EPP接口（EPP1.9）外設(shè)硬件接口原理如圖3所示。

                       圖3 EPP接口外設(shè)硬件接口圖

　　在本設(shè)計(jì)中，uPSD3254A采用主動(dòng)連續(xù)接收PC機(jī)并口的數(shù)據(jù)，當(dāng)需要數(shù)據(jù)時(shí)，連續(xù)接收PC的數(shù)據(jù)，否則PC一直等待nWait信號(hào)有效。而當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)時(shí)，PC機(jī)采用的是中斷方式接收外設(shè)的數(shù)據(jù)。

3.2 CPLD邏輯編程

　　在PSDsoft EXPRESS工具中，將PA端口（D0～D7）配置成帶有時(shí)鐘上升沿觸發(fā)的寄存器類(lèi)型（PT clocked register）的輸入宏，PB4（nWrite）、PB6(nDstrb)、PB7(nAstrb)配置成CPLD邏輯輸入（logic input）口。nDstrb信號(hào)和nAstrb信號(hào)各自取反再相與后的值作為輸入宏單元的時(shí)鐘。上述對(duì)PA、PB端口的配置用方程式表示如下：

EPP_D0.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D1.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D2.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D3.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D4.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D5.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D6.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D7.LD = !nDstrb & !nAstrb;

nAstrb.LE = 1;

nDstrb.LE = 1;

　　數(shù)據(jù)正向傳輸過(guò)程：即計(jì)算機(jī)向外設(shè)單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)（即EPP數(shù)據(jù)寫(xiě)周期）為例，計(jì)算機(jī)首先把nWrite信號(hào)置為低，表明是寫(xiě)周期，同時(shí)將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，然后檢測(cè)nWait信號(hào)，如果nWait為低則置低nDstrb信號(hào)。此時(shí)，!nDstrb & !nAstrb信號(hào)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)上升沿，此上升沿會(huì)將PA端口的數(shù)據(jù)鎖存到輸入宏；當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到nDstrb為低時(shí)將nWait信號(hào)變高表示外設(shè)正忙接收數(shù)據(jù)并處理，同時(shí)讀取數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到nWait信號(hào)為高后就會(huì)將數(shù)據(jù)握手信號(hào)nDstrb變高，EPP數(shù)據(jù)寫(xiě)周期結(jié)束。上述EPP數(shù)據(jù)的鎖存和nDstrb握手信號(hào)的產(chǎn)生都由硬件產(chǎn)生，因此數(shù)據(jù)傳輸速度快。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程可以在一個(gè)I/O周期內(nèi)完成。

　　數(shù)據(jù)反向傳輸過(guò)程：?jiǎn)纹瑱C(jī)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)需要上傳到計(jì)算機(jī)時(shí)，uPSD3254A將數(shù)據(jù)放到PA端口，同時(shí)置低Intr信號(hào)線(xiàn)，向計(jì)算機(jī)申請(qǐng)一個(gè)中斷，而計(jì)算機(jī)則由一個(gè)硬件驅(qū)動(dòng)程序來(lái)處理并口的硬件中斷。計(jì)算機(jī)首先把nWrite信號(hào)置高，表示當(dāng)前為讀周期，當(dāng)計(jì)算機(jī)讀取EPP數(shù)據(jù)口時(shí)同樣會(huì)檢測(cè)nWait信號(hào)。如果nWait為低，然后置低nDstrb并讀取數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)。單片機(jī)在檢測(cè)到nDstrb為低時(shí)馬上將nWait信號(hào)置高，PC機(jī)在nWait為高后自動(dòng)將nDstrb信號(hào)置高，完成一個(gè)數(shù)據(jù)周期的讀（相對(duì)PC機(jī)而言）過(guò)程。

3.3單片機(jī)數(shù)據(jù)接收程序

sbit nwait = P1^0;

sbit ERROR = P1^1;

sbit nDstrb ＝ PB & 0x40;

void parallel_rcv(unsigned long rcv_count)     //并口接收，rcv_count為接收字節(jié)數(shù)

{

       unsigned long i;

    rcv_data = (unsigned char * )&rcv_buffer;

       reread_sign = 1;                                        //非錯(cuò)誤態(tài)

       while(reread_sign ==1)

       {

              for(i=0;i<rcv_count;i++)                            //接收數(shù)據(jù)

              {

                   nwait = 1;                                   //PC端反向后為低，表示外設(shè)準(zhǔn)備好接收

                     while(nDstrb)                             //等待nDstrb為低時(shí)完成數(shù)據(jù)傳輸并鎖存

                     nwait = 0;                                   //完成寫(xiě)周期，

                     rcv_data[i] = UPSD_xreg.IMC_A;  //從鎖存的輸入宏中讀取數(shù)據(jù)

              }                                                                    //接收完成

              ERROR = error_check(rcv_data);                //檢測(cè)錯(cuò)誤，1為正確，0為錯(cuò)誤

              if(ERROR)

              {

                     reread_sign = 0;                                        //無(wú)錯(cuò)則退出while循環(huán)

              }

              else

              {

                     ERROR = 1;                                             //校驗(yàn)有錯(cuò)則while循環(huán)繼續(xù)

              }

       }

　　該程序?yàn)閱纹瑱C(jī)數(shù)據(jù)接收（即PC寫(xiě)數(shù)據(jù)）子程序，其中rcv_buffer為接收緩存區(qū)，error_check為對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn).如果出錯(cuò)，則將用戶(hù)自定義引腳12置低，PC機(jī)讀取狀態(tài)寄存器時(shí)讀取到該用戶(hù)自定義狀態(tài)為低時(shí)，將數(shù)據(jù)重發(fā)，保證了通信的可靠性。

  來(lái)源:小草

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