基于uPSD323X的EPP增强并口的接口技术

　　引言

　　在IBM公司推出PC机时，并行端口已经是PC机的一部分。并口设计之初，是为能代替速度较慢的串行端口驱动当时的高性能点阵式打印机。并口可以同时传输8位数据，而串口只能一位一位地传输，传输速度慢。随着技术的进步和对传输速度要求的提高，最初的标准并行端口即SPP模式的并行端口的速度已不能满足要求。1994年3月，IEEE 1284委员会颁布了IEEE 1284标准.IEEE 1284标准提供的在主机和外设之间的并口传输速度，相对于最初的并行端口快了50～100倍。IEEE 1284标准定义了5种数据传输模式，分别是兼容模式、半字节模式、字节模式、EPP模式和ECP模式。其中EPP模式、ECP模式为双向传输模式。EPP模式比ECP模式更简洁、灵活、可靠，在工业界得到了更多的实际应用。本文介绍的一种基于uPSD323X的EPP增强并口的设计核心是，使用uPSD323X内部的CPLD实现EPP接口。

　　1 EPP接口协议介绍

　　EPP(Enhanced Parallel Port,增强并行端口)协议最初是由Intel、Xirocm、Zenith三家公司联合提出的，于1994年在IEEE1284标准中发布。EPP协议有两个标准：EPP1.7和EPP1.9。EPP接口控制信号由硬件自动产品，整个数据传输可以在一个ISA I/O周期完成，通信速率能达到500KB/s～2MB/s。

　　EPP引脚定义如表1所列。

　　表1 EPP接口引脚定义

　　1.1 EPP接口时序

　　EPP协议定义了4种并口周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期用于计算机与外设间传送数据；地址周期用于传送地址、通道、命令、控制和状态等辅助信息。图1是EPP数据写的时序图。图1中，nIOW信号实际上在进行EPP数据写时并不会产生，只不过是表示所有的操作都发生在一个I/O周期内。在t1时刻，计算机检测nWait信号，如果nWait为低，表明外设已经准备好，可以启动一个EPP周期了。在t2时刻，计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时驱动数据线。在t3时刻，计算机把nDataStrobe信号置为低电平，表明是数据周期。当外设在检测到nDataStrobe为低后读取数据并做相应的数据处理，且在t4时刻把nWait置为高，表明已经读取数据，计算机可以结束该EPP周期。在t5和t6时刻，计算机把nDataStrobe和nWrite置为高。这样，一个完整的EPP数据写周期就完成了。如果就图1中的nDataStrobe信号换为nAddStrobe信号，就是EPP地址写周期。

　　图2是EPP地址读周期。与EPP写周期类似，不同的是nWtrite信号置为高，表明是读周期，并且数据线由外设驱动。

　　从EPP读、写周期可以看出，EPP模式的数据传输过程是一个信号互锁的过程。以EPP写周期为例子，当检测到nWait为低后，nDataStrobe控制信号就会变低，nWait状态信号会由于nDataStrobe控制信号的变低为而高。当计算机检测到

　　nWait状态信号变高后，nDataStrobe控制信号就会变高，一个完整的EPP写周期结束。因此，EPP数据的传输以接口最慢的设备来进行，可以是主机，也可以是外设。

　　1.2 EPP增强并口的定义

　　EPP增强并口模式使用与标准并口（SPP，Standard Paralled Port）模式相同的基地址，定义了8个I/O地址。基地址+0是SPP数据口，基地址+1是SPP状态口，基地址+2是SPP控制口。这3个口实际上就是SPP模式下的数据、状态和控制口，保证了EPP模式和SPP模式的软硬件兼容性。[page]

　　基地址+3是EPP地址口。这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP地址写周期，从这个I/O口中读数据将产生一个连锁的EPP地址读周期。在不同的EPP应用系统中，EPP地址口可以根据实际需要设计为设备选择、通道选择、控制寄存器、状态信息等。给EPP应用系统提供了极大的灵活性。

　　基地址+4是EPP数据口。向这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP数据写周期，从这个I/O口读数据将产生一个连锁的EPP数据写周期。基地址+5～+7与基地址+4一起提供对EPP数据口的双字操作能力。EPP允许主机在此个时钟周期内写1个32位双字，EPP电路再把32位双字拆为个字节依次从EPP数据口中送出去。也可以用其所长6位字方式进行数据传送。

　　由于EPP通过硬件自动握手，对EPP地址口和EPP数据口的读写操作都自动产生控制信号而无需软件生成。

　　2 uPSD323X及其开发环境PSDsoft EXPRESS

　　ST公司的uPSD323X是带8032内核的Flash可编程系统器件，将于8032 MCU、地址锁存器、Flash、SRAM、PLD等集成在一个芯片内。其主要特点如下：具有在线编程能力和超强的保密功能；2片Flash保存器，1片是128K或者256K的主Flash存储器，另一片是32K的从Flash存储器；片内8K的SDRAM；可编程的地址解码电路（DPLD），使存储器地址可以映射到8032寻址范围内的任何空间；带有16位宏单元的3000门可编程逻辑电路（CPLD），可以实现EPP接口等及一些不太复杂的接口和控制功能；2个异步串口、I2C接口、USB接口、5通道脉冲宽度调节器、50个I/O引脚等。由于uPSD323X采用的是8032内核，因此可以完全得到Keil C51编程器的PSDsoft EXPRESS是ST公司针对PSD系列产品（包括uPSD）开发的基于Windows平台的一套软件开发环境。经过不断升级，目前最新版是PSDsoft EXPRESS 7.9。它提供非常容易的点击设计窗口环境用户不需要自己编程，也不需要了解HDL语言，只有点击鼠标即可完成对地址锁存器、Flash、可编程逻辑电路等外设的所有配置和写入。它支持所有PSD器件的开发，使用PSDsoft EXPRESS工具对uPSD323X系列器件的可编程逻辑电路的操作简单、直观。PSDsoft EXPRESS工具可以在ST网站（www.st.com/psd）免费下载。

　　3 用uPSD323X实现EPP接口设计

　　3.1 硬件接口

　　EPP增强并口的速度最高可达到500KB/s～2MB/s,这对外设的接口设计提供了一个很高的要求，如果外设响应太慢，系统的整体性能将大大下降。用户可编程逻辑器件，系统的整体性能将大大降低。用户可编程逻辑器件，如FPGA（Field Programmable Gates Array,现场可编程门阵列）和CPLD（Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件），可以实现EPP增强并口的接口设计，这种实现方案可以达到并口中的速度极限，并且保密性好。ST公司的uPSD323X内部集成了可编程逻辑电路（CPLD），因此使用uPSD323X可以很好地实现EPP增强并口的接口设计。

　　EPP接口（EPP1.7）外设硬件接口原理如图3所示。在本设计中，uPSD323X通过中断的方式接收PC机并口的数据，并且当外设准备好数据上传到PC机时，PC机采用的也是中断方式接收外设的数据。

　　在上述硬件电路的基于上实现EPP并口通信还需做两部分的工作：一部分工作是在PSDsoft EXPRESS工具中完成对CPLD 的数据的锁存；另一部分工作是在KEIL C51环境下编写中断服务程序，实现EPP数据的读取和发送。

　　图3

　　3．2 对CPLD的编程及其实现数据锁存的过程

　　在PSDsoft EXPRESS工具中，将PA端口（EPPD0～EPPD7）配置成带有时钟上升沿触发的寄存器类型（PT clocked register）的输入宏，PB0（nWait）配置成上升沿触发的D类型寄存器（D-type register）的输出宏，PB3（nWrite）、PB4(nDstrb)、PB2(nAstrb)配置成CPLD逻辑输入（logic input）口。NDstrb信号和nAstrb信号各自取反再相与后的值作为输入宏单元和输出宏单元的时钟。上述对PA、PB端口的配置用方程式表示如下：

PORTA EQUATIONS：
=======================
！EPPD7_LD_0=nAstrb & nDstrb;
EPPD0.LD=EPPD3_LD_0.FB;
!EPPD3_LD_0=nAstrb & nDstrb;
EPPD1.LD=EPPD3_LD_0.FB;
!nWait_C_0=nAstrb & nDstrb;
EPPD2.LD=EPPD3_LD_0.FB;
EPPD3.LD=EPPD3_LD_0.FB;
EPPD4.LD=FPPD7_LD_0.FB;
EPPD5.LD=EPPD7_LD_0.FB;
EPPD6.LD=EPPD7_LD_0.FB;
EPPD7.LD=EPPD7_LD_0.FB;
PORTB EQUATIONS:
=======================
nWait.D:=1;
nWait.PR=0;
nWait.C=nWait_C_0.FB;
nWait.OE=1;
nDstrb.LE=1;
nAstrb.LE=1;

　　EPP数据的锁存过程如下：以计算机向外设传输数据（即EPP数据写周期）为例子，计算机首先检测nWait信号，如果nWait为低计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb信号。此时，nDstrb信号会出现一个上升沿，此上升沿会将PA端口的数据锁存到输入宏；同时，此上升沿使nWait信号变高，表示外设正忙阻计算机发数年。当计算机检测到nWait信号为高后就会将数据握手信号nDstrb变高，EPP数据写周期结束。上述EPP数据的锁存和nWait握手信号的产生都由硬件产生，因此数据传输速度快。整个数据传输过程可以在一个I/O周期内完成，锁存到输入宏的数据的读取和nWait信号的清除则在外部中断0服务程序软件完成。

　　3．3 中断服务程序的功能描述及流程

　　由硬件原理图可以看出，EPP并口的nDstrb和nAstrb信号线分别连到uPSD323X的外部中断定和外部中断1引脚。当发生EPP数据读写时，nDstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断定中断。当发生EPP地址读写时，nAstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断1中断。外部中断0和外部中断1的中断服务程序的功能是相同的，只不过前者接收或发送的是数据而后者是地址、命令等。以外部中断0的中断服务程序为例，详细介绍数据正向传输（计算机向外设发送数据）和反向传输（外设向计算机传送数据）时中断服务程序的功能。外部中断0中断服务程序流程如图4所示。

　　（1）数据正向传输

　　当发生EPP数据写周期时，即数据正向传输时，计算机首先检测nWait信号。如果nWait为低，表示外设已准备好接收数据。计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb。NDstrb信号就会产生一个下降沿，此下降沿一方面将PA端口的数据锁存到输入宏并使nWait信号变高，表示外设正忙另一方面引起外部中断0中断，在外部中断0的中断服务程序中读取输入宏锁存的数据，然后将nWait信号清零通知计算机现在外设已经准备好可以再次接收数据了。

　　（2）数据反向传输

　　外设准备好数据需要上传到计算机时，uPSD323X就会将数据放到PA端口，同时置低Intr信号线，向计算机申请一个中断，计算机中由一个硬件驱动程序来处理并口的硬件中断。驱动程序在并口中断服务程序中，通过读取EPP数据口获得外设上传的数据。由于EPP接口的握手信号由硬件产生，当计算机读取EPP数据口时同样会检测nWait信号。如果nWait为低，计算机把nWrite信号置高，表明是读周期，然后置低nDstrb,nDstrb信号就会产生一个下降沿。此下降沿使nWait信号变高，同时引起uPSD323X外部中断定中断。在外部中断0的中断服务程序中，为确保计算机将PA端口的数据取走，需不断检测nDstrb是否为高。当nDstrb为高时，表示计算机已将PA端口听数据读走，然后中断服务程序将nWait置低，EPP数据读周期结束。

　　结语

　　本文系统地介绍了EPP增强并口协议，并给出使用ST公司的uPSD323X系列器件实现EPP增强并口的接口方法。此方案不需要外接门电路，保密性好，成本低。