精簡ISA擴(kuò)展總線接口讀寫操作

英創(chuàng)公司的嵌入式主板系列產(chǎn)品為了支持客戶的各種應(yīng)用擴(kuò)展，所有的ARM9系列和X86系列的嵌入式主板均帶有精簡ISA擴(kuò)展總線。ISA總線是PC機(jī)最經(jīng)典的擴(kuò)展總線（在嵌入式領(lǐng)域，通常以PC104總線的形式出現(xiàn)），在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，以及深厚的應(yīng)用基礎(chǔ)。所謂精簡ISA總線就是在保持通用ISA總線時(shí)序不變的前提下，僅保留常用的總線信號，以最大限度的減少總線總的信號數(shù)量，以適應(yīng)模塊的小型化。英創(chuàng)公司的精簡ISA總線包括8位數(shù)據(jù)總線、5位地址總線（可擴(kuò)展到13位）、片選控制線、讀寫控制線以及中斷請求線。英創(chuàng)公司所提供的評估開發(fā)底板將這些信號線制定了一個接口標(biāo)準(zhǔn)，采用雙排20芯 IDC插針，用戶可利用精簡ISA總線進(jìn)行系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

在英創(chuàng)的精簡ISA總線中，設(shè)置了2條獨(dú)特的片選控制信號CS0#和CS1#，這樣就省去了大量的高位地址總線。CS0#和CS1#為低電平有效的脈沖信號。在x86 系列的嵌入式產(chǎn)品中，CS0#片選信號的地址區(qū)域?yàn)?x200–0x21F，CS1#片選信號的地址區(qū)域?yàn)?x300 – 0x31F。在ARM9系列的嵌入式產(chǎn)品中，客戶就不用關(guān)心精簡ISA總線的絕對地址，只要選定一個片選信號及基于這個片選的地址偏移量即可。如在X86系統(tǒng)下選用了CS1作片選信號，對0x301進(jìn)行操作，則相對于ARM系統(tǒng)，可使用CS1#、地址偏移量為1的端口。ARM9系列板卡的CS0#、CS1#所對應(yīng)的地址區(qū)域范圍有所不同。EM9000有13條地址線，每位片選可訪問8K的地址空間。EM9160、EM9161的每位片選可訪問32 個地址空間。EM9260、EM9360的CS0#可訪問到8K的地址空間,CS1#可訪問到1K的地址空間。

以下是英創(chuàng)公司所提供的精簡ISA擴(kuò)展總線接口的信號定義：

為了便于用戶理解精簡ISA總線接口如何進(jìn)行編程，本節(jié)以x86指令和ARM系統(tǒng)為例，簡單介紹基于英創(chuàng)嵌入式主板的精簡ISA的應(yīng)用。由于x86、EM9000、EM9x6x三種系統(tǒng)的ISA總線讀寫操作函數(shù)不一樣，所以在具體使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)參考相應(yīng)的'*.h'文件。以下是基于英創(chuàng)的嵌入式主板的精簡ISA總線操作指令表，以便查詢：

X86系統(tǒng)使用DOS操作系統(tǒng)，其指令也是標(biāo)準(zhǔn)的C函數(shù)，所以操作ISA時(shí)使用的時(shí)絕對地址。ARM嵌入式主板使用的WINCE操作系統(tǒng)，存在地址映射問題，同時(shí)使用戶更加方便對ISA的使用，所以對ISA操作的過程被封裝成一個操作函數(shù)后再提供給用戶，在對ISA操作時(shí)不需要給出絕對地址，但是需要指明所使用的片選信號及基于當(dāng)前片選信號的偏移地址。下面的讀操作也是相同的。

ISA總線的寫操作：

C語言ISA總線寫操作函數(shù)：

outportb ( 0x301, ub1 ); // 將ub1的數(shù)據(jù)寫入0x301地址或寄存器

EM9000 ISA總線寫操作函數(shù)：

#define CS1# 1 // ARM系統(tǒng)的CS1片選信號的定義，以下不再說明
EM9000_WRITE ( CS1# , 0x1 , ub1 ); // 將ub1的數(shù)據(jù)寫入CS1片選信號使能的1偏移地址

EM9x6x ISA總線寫操作函數(shù)：

ISA_WriteUchar ( CS1#, 0x1 , ub1); // 將ub1的數(shù)據(jù)寫入CS1片選信號使能的1偏移地址

對應(yīng)的總線寫時(shí)序圖為（本文中的總線周期示意圖以ARM系列模塊為例）：

ISA總線的讀操作：

C語言ISA總線讀操作函數(shù)：

UCHAR ub1 = inportb ( 0x301 ); // 將0x301地址或寄存器的數(shù)據(jù)讀入ub1

EM9000 ISA總線讀操作函數(shù)：

UCHAR ub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 ); // 將CS1片選信號使能的1偏移地址的數(shù)據(jù)讀入ub1

EM9x6x ISA總線讀操作函數(shù)：

ISA_ReadUchar ( CS1#, 0x1 , &ub1);// 將CS1片選信號使能的1偏移地址的數(shù)據(jù)讀入ub1

對應(yīng)的總線時(shí)序關(guān)系為：

如果應(yīng)用程序要讀寫一個16-bit的數(shù)據(jù)，即一個字時(shí)，在x86系統(tǒng)中，可以使用：

unsigned int ui1 = inport（0x301）；// 讀16位數(shù)據(jù)

outport（0x301, ui1）；// 寫16位數(shù)據(jù)

利用C函數(shù)一次性完成操作，在ISA總線上會自動生成兩個8位數(shù)據(jù)的讀寫周期，分別訪問低位字節(jié)和高位字節(jié)。在AD、DA的訪問中經(jīng)常會碰到這樣的情形。

對ARM9系統(tǒng)，應(yīng)用只能通過兩次調(diào)用總線讀寫函數(shù)分別處理16位數(shù)據(jù)的低位字節(jié)和高位字節(jié)，如用EM9000 ISA讀寫操作為例：

UCHAR ub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 );// 獲得低位字節(jié)。
UCHAR ub2 = EM9000_READ ( CS1# , 0x2 );// 獲得高位字節(jié)。
ui1 =（ ub2 << 8）| ub1；?????????????? // 高低位字節(jié)合成16位數(shù)據(jù)

如果是寫操作，則使用同樣的方式：

EM9000_WRITE ( CS1# , 0x1 , (ub1&0xff) ); // 寫低字節(jié)數(shù)據(jù)
EM9000_WRITE ( CS1# , 0x2 , (ub1>>8) );// 寫高字節(jié)數(shù)據(jù)

在使用精簡ISA總線進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，為了使總線的信號傳輸更加可靠，應(yīng)在總線上的所有信號線加上RC網(wǎng)絡(luò)以達(dá)到最佳的信號傳輸，同時(shí)，在高速的數(shù)據(jù)總線上，可以使用HCT245作一次驅(qū)動。如下圖所示：

擴(kuò)展應(yīng)用

1、用精簡ISA進(jìn)行數(shù)據(jù)I/O擴(kuò)展

用戶如果使用的I/O較多，英創(chuàng)提供的嵌入式主板上的數(shù)據(jù)I/O又不夠使用要求，則用戶可以使用精簡ISA總線來進(jìn)行擴(kuò)展。僅使用3片簡單的74邏輯器件，就可方便擴(kuò)展出8路輸入8路輸出。英創(chuàng)公司的ETA716擴(kuò)展模塊就是按照這種方式來實(shí)現(xiàn)的。

接口譯碼電路用一片74HCT139做完成。

在X86系統(tǒng)下，應(yīng)用程序執(zhí)行讀操作時(shí)：

unsigned char ub1 = inportb ( 0x300 )； // 把外部狀態(tài)讀取并存放到ub1中

在EM9000系統(tǒng)下，應(yīng)用程序執(zhí)行讀操作：

UCHAR ub1 = EM9000_READ (CS1# , 0x0);

74HCT245被譯碼信號RD300H#選通，外部的輸入狀態(tài)INPUT0 – INPUT7將呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線SD0 – SD7上，CPU將在RD300H#的上升沿時(shí)刻把總線上的數(shù)據(jù)鎖存到ub1。

類似的，當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行寫操作時(shí)：

X86系統(tǒng)下寫：

outportb ( 0x300 , ub1 );// 把ub1數(shù)據(jù)輸出送到0x300端口

在EM9000系統(tǒng)下：

EM9000_WRITE (CS1# , 0x0 , ub1);

把ub1的數(shù)據(jù)送到ISA數(shù)據(jù)總線上，譯碼信號WE300H#變低有效，并在其上升沿時(shí)刻把總線上的數(shù)據(jù)鎖存到74HCT273的8個寄存器中，74HCT273的8個寄存器的輸出OUTPUT0 – OUTPUT7將保持不變，直至有新數(shù)據(jù)寫入。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位或上電啟動時(shí)，低有效的復(fù)位信號RESET#將保證把74HCT273的輸出清零。

2、用精簡ISA總線進(jìn)行A/D采集擴(kuò)展（應(yīng)用模塊：ETA197）

用戶還可以通過精簡ISA總線來擴(kuò)展具有通用并行接口的A/D轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)采集。以下是通過ISA總線連接MAX197的信號接法，由于MAX197只有12位數(shù)據(jù)寬度，這里使用SA0地址線來作為高、低字節(jié)數(shù)據(jù)的選擇，正好形成了兩個連續(xù)的地址，方便函數(shù)的操作。

對MAX197進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的基本步驟為：

X86系統(tǒng)下：

1、寫控制字節(jié)，啟動AD轉(zhuǎn)換：outportb(0x300, CtrlByte);
2、延時(shí)15us
讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：unsigned int ub1 = inport(0x300);
// ub1為讀入的16位數(shù)據(jù)

或EM9000系統(tǒng)下：

1、寫控制字節(jié)，啟動AD轉(zhuǎn)換：

EM9000_WRITE(CS1# , 0x0 , CtrlByte );

2、延時(shí)15us

3、讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：

ub1 = EM9000_READ(CS1# , 0x0 );

ub1 = ub1 << 8 ;

ub1 = ub1 | (EM9000_READ(CS1# , 0x0 ) & 0xff );

對于不同的系統(tǒng)，請參見相應(yīng)的ETA197測試程序。

3、用精簡ISA總線進(jìn)行串口擴(kuò)展（應(yīng)用模塊：ETA502）

同樣的，用戶也可以使用精簡ISA總線來擴(kuò)展串口，如使用16C550芯片等。一片16C550需要占用8個I/O端口地址，所以，要使用到三條地址線，且這三條地址線最好是連續(xù)的地址線，以方便應(yīng)用程序的開發(fā)與控制。 要注意的是，16C550的復(fù)位是高電平復(fù)位，而精簡ISA總線上的復(fù)位信號是低信號復(fù)位有效，所以在使用時(shí)，要將ISA總線上的復(fù)位信號進(jìn)行反向，再連接到16C550的復(fù)位上。如果要控制MODEM，則需要將16C550輸出的信號經(jīng)過RS232電平信號轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換，再接一個DB9的接頭，則構(gòu)成了一個標(biāo)準(zhǔn)的RS232通訊接口。

除了以上的應(yīng)用以外，用戶還可以利用英創(chuàng)的精簡ISA總線，方便地完成其它多種功能模塊的擴(kuò)展，如10M/100M以太網(wǎng)口、CAN總線接口、USB主控模塊、24位通用數(shù)字IO等等，英創(chuàng)公司也相應(yīng)地提供了應(yīng)用模塊ETA719、ETA718、ETA701、ETA608、 ETA724等供客戶參考。