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利用双口RAM实现DSP与PC机并行接口的设计方案
摘 要： 提出了利用双口RAM实现DSP与PC机并行接口的设计方案，以使双方高速通信。介绍了双口RAM器件CY7C025的原理与使用规则。并针对方案，给出了接口电路和软件流程。针对二者交换数据的仲裁方式，提出了三种解决冲突争端的方法。
关键词：双口RAM；DSP；CY7C025
引言
随着信息技术的发展，消费电子产品、工业仪表等器材对信息处理速度要求的增高，DSP（数字信号处理器）的应用越来越广泛。在很多场合，经常需要DSP系统与PC机进行高速通信。而常用的串口和USB口往往不能满足通信速度的需要。这种情况在一定程度上限制了DSP技术的应用。
1 总体方案介绍
由于计算机的串口和USB口通信速度较慢，所以考虑采用并口通信。然而，计算机的并口与DSP系统是不能直接相接的。所以，我们设计了一个PCI转接卡，将此卡插入计算机的PCI卡槽，卡的另一端设法与DSP通信。
为了使DSP与PCI转接卡成功交换数据，在DSP外围加入了双口RAM器件CY7C025。例如在DSP向PC机发送数据时，DSP先将数据存入双口RAM，双口RAM作为DSP与PC机共用的存储器，PC机再将数据取出。
2 双口RAM端口设计
2．1 接口电路设计
CY7C025高性能的CMOS工艺生产的高速4K×16bit双端口静态RAM，典型功耗550mW；最大存取时间有15ns； 工作环境：0～70度；工作电压：5V±10％。它可以作为16位双口RAM单独使用，也可以进行位扩展，将数据线扩展到32位，甚至更宽。这样组成的双口RAM系统可以全速运行，而且无须任何额外的附加逻辑。IDT7024提供了地址线，控制线以及I/O线是完全独立的两个接口，支持对器件的任何存储空间进行完全异步的读写操作。
双口RAM与DSP芯片之间，我们采取16位数据线的接口宽度，地址线12位，可寻址空间应为4K×16bit。即采用一片CY7C025，未进行任何总线扩展。理论上数据传输可以达到133M byte/s。
信息处理系统与PCI转接卡之间，PCI转接卡通过一条数据线与信息处理系统上的扩展接插板相连。二者之间的接口信号定义如下：
二者之间的电路框图如下：
如图2所示，双口RAM的左端与DSP相连，作为DSP系统的扩展存储器。共同构成了信息处理系统。双口RAM的右端，与PCI转接卡相连，也可以认为是PCI转接卡的一个外存储器。为了保护干涉仪的处理器，我们在双口RAM和PCI转接卡之间加了总线收发器SN74LVTH16245，对信号进行隔离与调理电平。 2．2 仲裁方式
对于我们的系统来说，两个子系统之间合适的仲裁方式是极为重要的。处理不好数据交换的仲裁，就会使两个系统之间发生冲突。比如当DSP系统对双口RAM的一个存储单元进行写操作时，PC也对这个单元写入数据，就必然导致写操作的错误。抑或是当PCI转接卡对双口RAM的某一存储单元进行读取时，DSP也对这个单元读操作，就会造成读数据的错误。我们采取了三种有效的仲裁方式，用于解决两个系统之间的通信争端：
（1） 中断方式：双口RAM提供了一种特殊的中断方式，有别于其他芯片的中断。
CY7C025左右两端各提供一个中断信号。存储阵列中的FFEH和FFFH单元被用做通信的信令字和中断源，左端口向FFFH写入访问的同时，右端口的中断标志被设置，直到右端口进行读取FFFH时清除，右端给左端的中断方式与此类似。这样就可以有效地协调通信双方的读写操作。下图为双方接口的中断逻辑：
（2） 忙逻辑：当双口RAM的两个端口同时对某一个存储单元进行操作时，IDT7024的忙逻辑（BUSY）将会有一个硬件的指示，允许对其中的一个端口进行操作，将另一个端口置于等待状态。如果在接到BUSY信号时，已经进行写操作 ，那么IDT7024的内部机制可以阻止写操作的继续进行。
在我们的系统中，为了提高系统的稳定性，保证通信数据的正确，我们对IDT7024原有的忙逻辑进行了修改。硬件方面将双口RAM原有的两个BUSY信号求逻辑或，这个结果再与中断信号INT求逻辑或。这样，只要通信双方同时读写同一个存储单元，系统就认为读写非法，同时中断双方的读写操作。这样可以提高双方交换数据的正确性。
下图即为通信双方接口的BUSY逻辑时序：
（3） 软件协调：对于任何一个双机系统来讲，双方的软件设计都是避免争端冲突的重要环节。
3 结论
基于双口RAM芯片CY7C025实现DSP系统与PC机并行接口的设计方案，实现了PC机和信息处理系统的高速通信，保证了整体系统的实时性。设计中提到的中断，忙逻辑，软件协调三种模式，有效地解决两个系统之间的通信争端。整体系统已经通过调试，信息处理系统与PC机可以良好协调工作。整个系统运行稳定，构成合理，对相关系统设计有一定的参考价值。
本文创新点：
本文首次提出了一种基于双口RAM的PC机与DSP处理器的通信方式。此种方式弥补了串口、USB口等标准接口不能快速传输大量数据的问题。在很多场合具有极高的应用价值。也可以此方法为依据，开发ARM，MIPS等处理器间的高速数据通信。
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