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ECP協(xié)議及在SX52BD與PC機(jī)間通信的實(shí)現(xiàn)
摘要：介紹一種快速的并行協(xié)議——ECP協(xié)議在高速單片機(jī)與PC機(jī)間通信的應(yīng)用。高速單片機(jī)采用SX52BD，并用虛擬外設(shè)實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：ECP協(xié)議 互鎖握手 虛擬外設(shè)
引言
擴(kuò)展能力端口模式ECP（Extented Capability Port）是一種IEEE 1284標(biāo)準(zhǔn)的工作模式之一。它能實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，具有DMA傳輸、數(shù)據(jù)RLE壓縮、雙向?qū)ぶ返裙δ�。它要求主機(jī)外設(shè)雙方的硬件都必須實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的功能，即自動(dòng)產(chǎn)生各種控制信號(hào)。ECP模式是唯一定義了寄存器實(shí)現(xiàn)的IEEE 1284傳輸協(xié)議。在計(jì)算機(jī)端操作ECP并行協(xié)議，僅需對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行讀寫就會(huì)觸發(fā)硬件完成各種時(shí)序。ECP模式的數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到2～4MB/s。
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SX52BD是SX系列產(chǎn)品，是采用CMOS工藝制造的、可配置的通信控制器。它是一種高速單片機(jī)，指令大都是單周期的，其工作頻率可達(dá)到50MHz。由于其特有速度，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)虛擬外設(shè)（軟件代替硬件的功能）。本文講述的通信就是基于此完成的。
1 ECP協(xié)議
ECP傳輸通過標(biāo)準(zhǔn)并行端口實(shí)現(xiàn)。其DB25接口的引腳定義如下：
1—HostClk; 2～9—雙向D1～D8；
10—PeriphClk； 11—PeriphAck；
12—nAckReverse; 13—Xflag；
14—HostAck; 15—nPeriphRequest；
16—nReverseRequest; 17—IEEE1284Active；
18～25—各信號(hào)地。
ECP模式分以下8個(gè)操作階段。
①模式商議階段。主機(jī)把ECP的能力請(qǐng)求值放到數(shù)據(jù)總線上，然后置IEEE 1284 Active為高，HostAck為低。外設(shè)應(yīng)該置PeriphClk為低，nPeriphRequest為高，Xflag為高，nAckReverse為高。主機(jī)置HostClk為低，然后置HostClk和HostAck為高，表示已經(jīng)確認(rèn)了一個(gè)兼容于ECP模式的外設(shè)。接著，外設(shè)置nAckReverse為低，PeriphAck為低，Xflag為高，PeriphClk為高。接口進(jìn)入設(shè)置階段。
②ECP設(shè)置階段。主機(jī)置HostAck為低，外設(shè)置nAckReverse為高，響應(yīng)主機(jī)。接口進(jìn)入正向空閑階段，可以開始傳輸數(shù)據(jù)。
③正向空閑階段。外設(shè)置PeriphAck為低，主機(jī)檢測(cè)到此信號(hào)可開始傳輸數(shù)據(jù)。
④ECP正向傳輸階段。主機(jī)將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上，置HostClk為低。外設(shè)置PeriphAck為高，應(yīng)答。主機(jī)置HostClk為高，外設(shè)接收數(shù)據(jù)并置PeriphAck為低，完成這次傳輸。
這種握手方式即互鎖握手（interlocked handshake）。互鎖握手是指每一個(gè)控制信號(hào)的跳變都由接口對(duì)方相互應(yīng)答。使用這種方式，外設(shè)可以控制傳輸?shù)臅r(shí)間以滿足它進(jìn)行操作的需要。
⑤ECP正向到反向轉(zhuǎn)換階段。在正向空閑階段，主機(jī)置8位數(shù)據(jù)總線為高阻狀態(tài)，并設(shè)置HostAck為低。為等待最小建立時(shí)間后，置nReverseRequest為低。外設(shè)置nAckReverse為低應(yīng)答，進(jìn)入反應(yīng)空閑階段。
看上去相當(dāng)復(fù)雜，但PC端操作卻很簡單，僅需對(duì)后面介紹的寄存器讀寫即可。單片機(jī)端略微復(fù)雜，但也只需對(duì)I/O口置位、復(fù)位、讀取，編程并不難。
2 SX52BD單片機(jī)簡介
SX52BD片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量為4096字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量為262×8位。SX52BD具有5個(gè)8位I/O端口A、B、C、D、E，2個(gè)帶8位預(yù)定標(biāo)器的16位定時(shí)器，1個(gè)帶預(yù)定標(biāo)器通用8位定時(shí)器，1個(gè)模擬比較器，1個(gè)brownout檢測(cè)器及看門狗定時(shí)器，1個(gè)內(nèi)部RC振蕩器。端口A、B、C為雙向I/O口；端口B可作為喚配置、比較器、定時(shí)器1的輸入；端口C可作為定時(shí)器2的輸入；端口D、E僅做輸入用。
SX52BD有3種不同的尋址方式：間接尋址、直接尋址、半直接尋址。對(duì)寄存器尋址模式的選取依賴于指令中5位“fr”的值。
*間接模式：fr=00h
*直接模式：（fr bit 4=0）fr=01h～0Fh
*半直接模式：（fr bit 4=1）fr=10h～1Fh
由于SX52BD運(yùn)行速度可達(dá)50MHz，由指令運(yùn)行產(chǎn)生時(shí)序完全可達(dá)到ECP協(xié)議的時(shí)序時(shí)間要求，并且它的I/O口驅(qū)動(dòng)能力滿足PC機(jī)要求。因此，不用使用任何額外的硬件電路產(chǎn)生時(shí)序，這就是虛擬外設(shè)的概念。
3 ECP通信在SX52BD與PC機(jī)間的實(shí)現(xiàn)
由于采用了虛擬外設(shè)，因此硬件電路結(jié)構(gòu)極其簡單：將SX52BD單片機(jī)的25個(gè)雙向I/O口接入PC機(jī)即可。
ECP通信的實(shí)現(xiàn)由軟件完成。主機(jī)設(shè)置好BIOS后，可通過操作寄存器直接產(chǎn)生硬件所需時(shí)序。寄存器定義如表1。
表1 寄存器定義（基址0x378）
其中狀態(tài)寄存器dsr位定義如圖1，控制寄存器dcr的位定義如圖2。擴(kuò)展控制寄存器ecr中定義了ECP對(duì)FIFO、DMA的使用，在速度要求較高時(shí)才對(duì)其操作。
下面列出了實(shí)現(xiàn)簡單的ECP協(xié)議。圖3為SX52BD端的程序流程圖，圖4為PC機(jī)端的程序流程圖。
結(jié)語
總體來說，由于ECP協(xié)議功能完善而且實(shí)現(xiàn)簡單，對(duì)時(shí)間要求也不是很嚴(yán)格，在許多傳輸速率要求不是特別高的場(chǎng)合中應(yīng)用價(jià)值很高。另外，SX系列單片機(jī)的虛擬外設(shè)具有很廣泛的應(yīng)用。
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