双口RAM在DSP与ICCD通信系统中的应用

    引言

    增强型电荷耦合器件(Intensified Charge Coupled Device，简称ICCD)作为一种数据采集部件，因其采集光谱数据量大，快门时间达ns级，采集速率高的特点，在高时间分辨率光谱系统中应用较广。在高分辨率光谱测量分析系统中，为了与ICCD子系统实时通信，及时处理IC-CD子系统采集到的信息，作为实时信息处理器件的DSP子系统必须与ICCD子系统采取一种高速的并行接口方案，常用的串口通信不可能满足这样的要求，而USB口通信模式则显得比较复杂，DSP系统中常用的FIFO存储器不能满足双向读取的需求。因此在实际的双机通信系统中，一般通过双口RAM实现并口通信。双口RAM具有以下优越的性能特点：

    (1)两套完全独立的数据线、地址线、读/写控制线，允许两个CPU对双端口存储器的同一单元进行同时存取；

    (2)有两套完全独立的中断逻辑来实现两个CPU之间的握手控制信号；

    (3)具有两套独立的“忙”逻辑，保证两个CPU同时对同一单元进行读/写操作的正确性；

    (4)兼容性强，读/写时序与普通单端口存储器完全一样，存取速度几乎可以满足各种CPU的要求。

    因此。我们采用了双口RAM来实现DSP子系统与ICCD子系统之间的高速通信。

    1 双口RAM器件IDT7007介绍

    1．1 器件简介

    IDT7007是美国IDT公司采用高性能的CMOS工艺生产的高速32 k×8 bit双端口静态RAM，典型功耗850 mW；最大存取时间：15 ns；工作环境：-45℃～+85℃；工作电压：5 V±10%。它可以作为8位双口RAM单独使用，也可以进行位扩展，将数据线扩展到16 Bit，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。IDT7007提供的地址线，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。

    1．2 器件使用

    单片使用、不进行位扩展时，IDT7007的真值表如表1：

                        X：无关；H：逻辑高；L：逻辑低。

    2 接口电路设计

    系统中，ICCD子系统负责数据采集，DSP子系统负责信息处理。ICCD采集光谱数据，将数据写入到双口RAM的指定存储单元。DSP再将双口RAM中的数据转移入内存储器，进行分析处理，以及其他运算。

    双口RAM与DSP芯片之间，我们采取8位数据线的接口宽度，地址线12位，可寻址空间应为32 k×8 bit。

    ICCD通过一条数据线与信息处理系统上的扩展接插板相连。二者间接口信号定义如表2：

                        二者之间的电路框图如图1。

    如图1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ICCD子系统相连，也可以认为是ICCD子系统的一个外存储器。为了保护ICCD子系统的处理器，我们在双口RAM和ICCD之间加了总线收发器SN74LVCC3245，对信号进行隔离与调理电平。

    3 信息处理系统与ICCD交换数据的仲裁方式

    对于整个系统来说，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，ICCD系统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ICCD系统对双口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。

    IDT7007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。图2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，IDT7007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IDT7007的内部机制可以阻止写操作的继续进行。

    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IDT7007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。

图3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。软件方案将在下一节详细介绍。

    4 软件设计方案

    系统中，ICCD(右方)主要负责发送数据，信息处理系统(左方)主要负责接受数据。信息处理系统的软件基于TI的TMS320C6713，用C语言与线性汇编语言进行编程。通信部分的软件主要包括了两方面的内容：(1)系统自检，即右方向信令字单元0xFFFH写入“5AH”，左方接到中断后，到0xFFFH中读取数据，如果是“5AH”，说明通信正常，反之亦然。(2)传输数据，右方向信令字单元FFFH写入‘A5H’，在左方产生中断后，左方读信令字单元FFFH，如果是‘A5H’，说明在传输数据，读完数据后，向信令字单元FFEH写入‘AAH’，表示读完。右方接到中断后，读信令字单元FFEH，如果是‘AAH’，表示传数据成功。

图4为基于DSP的通信程序流程。

    5 结论

    基于双口RAM芯片IDT7007实现DSP系统与ICCD并行接口的设计方案，实现了ICCD和信息处理系统的高速通信，保证了整体系统的实时性。文中所涉及的中断，忙逻辑，软件协调三种模式，可有效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ICCD可良好协调工作，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。