精简ISA总线扩展应用实例

1、精简ISA总线扩展应用实例  ARM的嵌入式主板系列产品为了支持客户的各种应用扩展，所有的ARM9系列和X86系列的嵌入式主板均带有精简ISA扩展总线。ISA总线是PC机最经典的扩展总线（在嵌入式领域，通常以PC104总线的形式出现），在工业控制领域有着广泛的应用，以及深厚的应用基础。所谓精简ISA总线就是在保持通用ISA总线时序不变的前提下，仅保留常用的总线信号，以最大限度的减少总线总的信号数量，以适应模块的小型化。ARM的精简ISA总线包括8位数据总线、5位地址总线（可扩展到13位）、片选控制线、读写控制线以及中断请求线。ARM所提供的评估开发底板将这些信号线制定了一个接口标准，

2、采用双排20芯 IDC插针，用户可利用精简ISA总线进行系统功能的扩展。         在ARM的精简ISA总线中，设置了2条独特的片选控制信号CS0#和CS1#，这样就省去了大量的高位地址总线。CS0#和CS1#为低电平有效的脉冲信号。在x86 系列的嵌入式产品中，CS0#片选信号的地址区域为0x2000x21F，CS1#片选信号的地址区域为0x300 0x31F。在ARM9系列的嵌入式产品中，客户就不用关心精简ISA总线的绝对地址，只要选定一个片选信号及基于这个片选的地址偏移量即可。如在X86系统下选用了CS

3、1作片选信号，对0x301进行操作，则相对于ARM系统，可使用CS1#、地址偏移量为1的端口。ARM9系列板卡的CS0#、CS1#所对应的地址区域范围有所不同。EM9000有13条地址线，每位片选可访问8K的地址空间。EM9160、EM9161的每位片选可访问32 个地址空间。EM9260、EM9360的CS0#可访问到8K的地址空间,CS1#可访问到1K的地址空间。         以下是ARM所提供的精简ISA扩展总线接口的信号定义：信号名称及简要描述精简ISA信号名称及简要描述PIN#PIN#  R

4、ESET#，复位输出，低有效12  SA0，地址总线  SD0，数据总线，LSB34  SA1，地址总线  SD1，数据总线56  SA2，地址总线  SD2，数据总线78  SA3，地址总线  SD3，数据总线910  SA4，地址总线  SD4，数据总线1112  WE#，写信号控制线，低有效  SD5，数据总线1314  RD#，读信号控制线，低有效  SD6，数据总线1516  CS1#，I/O片选线，低有效  SD7，数据总线

5、，MSB1718  VCC，电源输出  IRQ，中断请求，上升沿有效1920  GND，公共地         为了便于用户理解精简ISA总线接口如何进行编程，本节以x86指令和ARM系统为例，简单介绍基于ARM嵌入式主板的精简ISA的应用。由于x86、EM9000、EM9x6x三种系统的ISA总线读写操作函数不一样，所以在具体使用时，应当参考相应的'*.h'文件。以下是基于ARM的嵌入式主板的精简ISA总线操作指令表，以便查询：系统ISA读ISA写  x86

6、系列  inport( ) 或 inportb( )  outport( ) 或 outportb( )  EM9000  EM9000_READ( )  EM9000_WRITE( )  EM9x6x系列  ISA_ReadUchar( )  ISA_WriteUchar( )         X86系统使用DOS操作系统，其指令也是标准的C函数，所以操作ISA时使用的时绝对地址。ARM嵌入式主板使用的WINCE操作系统，存在地址映射

7、问题，同时使用户更加方便对ISA的使用，所以对ISA操作的过程被封装成一个操作函数后再提供给用户，在对ISA操作时不需要给出绝对地址，但是需要指明所使用的片选信号及基于当前片选信号的偏移地址。下面的读操作也是相同的。 ISA总线的写操作：        C语言ISA总线写操作函数：        outportb ( 0x301,  ub1 ); / 将ub1的数据写入0x301地址或寄存器   

8、      EM9000 ISA总线写操作函数：        #define CS1# 1  / ARM系统的CS1片选信号的定义，以下不再说明        EM9000_WRITE ( CS1# , 0x1 , ub1 ); / 将ub1的数据写入CS1片选信号使能的1偏移地址      &#

9、160;  EM9x6x ISA总线写操作函数：        ISA_WriteUchar ( CS1#, 0x1 , ub1); / 将ub1的数据写入CS1片选信号使能的1偏移地址         对应的总线写时序图为（本文中的总线周期示意图以ARM系列模块为例）： ISA总线的读操作：         C语言ISA总线读操作函数：

10、        UCHAR ub1 = inportb ( 0x301 ); / 将0x301地址或寄存器的数据读入ub1         EM9000 ISA总线读操作函数：        UCHAR ub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 ); / 将CS1片选信号使能的1偏移地址的数据读入u

11、b1          EM9x6x ISA总线读操作函数：         ISA_ReadUchar ( CS1#, 0x1 , &ub1); / 将CS1片选信号使能的1偏移地址的数据读入ub1         对应的总线时序关系为：       

12、;  如果应用程序要读写一个16-bit的数据，即一个字时，在x86系统中，可以使用：        unsigned int ui1 = inport（0x301）；  / 读16位数据        outport（0x301, ui1）；     / 写16位数据       

13、60; 利用C函数一次性完成操作，在ISA总线上会自动生成两个8位数据的读写周期，分别访问低位字节和高位字节。在AD、DA的访问中经常会碰到这样的情形。         对ARM9系统，应用只能通过两次调用总线读写函数分别处理16位数据的低位字节和高位字节，如用EM9000 ISA读写操作为例：        UCHAR ub1 = EM9000_READ ( CS1# , 0x1 );  / 获得低位字节。

14、0;       UCHAR ub2 = EM9000_READ ( CS1# , 0x2 );  / 获得高位字节。        ui1 =（ ub2 << 8）| ub1；               / 高低位字节合成16位数据     &

15、#160;   如果是写操作，则使用同样的方式：        EM9000_WRITE ( CS1# , 0x1 , (ub1&0xff) );     / 写低字节数据        EM9000_WRITE ( CS1# , 0x2 , (ub1>>8) );  / 写高字节数据       

16、  在使用精简ISA总线进行扩展时，为了使总线的信号传输更加可靠，应在总线上的所有信号线加上RC网络以达到最佳的信号传输，同时，在高速的数据总线上，可以使用HCT245作一次驱动。如下图所示：   扩展应用 1、用精简ISA进行数据I/O扩展        用户如果使用的I/O较多，ARM提供的嵌入式主板上的数据I/O又不够使用要求，则用户可以使用精简ISA总线来进行扩展。仅使用3片简单的74逻辑器件，就可方便扩展出8路输入8路输出。ARM的ETA716扩展模块就是按照这种方

17、式来实现的。         接口译码电路用一片74HCT139做完成。         在X86系统下，应用程序执行读操作时：        unsigned char ub1 = inportb ( 0x300 )；  / 把外部状态读取并存放到ub1中       

18、0; 在EM9000系统下，应用程序执行读操作：        UCHAR ub1 = EM9000_READ (CS1# , 0x0);         74HCT245被译码信号RD300H#选通，外部的输入状态INPUT0 INPUT7将呈现在数据总线SD0 SD7上，CPU将在RD300H#的上升沿时刻把总线上的数据锁存到ub1。         类似的，当应

19、用程序执行写操作时：         X86系统下写：        outportb ( 0x300 , ub1 );  / 把ub1数据输出送到0x300端口         在EM9000系统下：        EM9000_WRITE (CS1# , 0x0 , ub1);

20、0;        把ub1的数据送到ISA数据总线上，译码信号WE300H#变低有效，并在其上升沿时刻把总线上的数据锁存到74HCT273的8个寄存器中，74HCT273的8个寄存器的输出OUTPUT0 OUTPUT7将保持不变，直至有新数据写入。当系统复位或上电启动时，低有效的复位信号RESET#将保证把74HCT273的输出清零。 2、用精简ISA总线进行A/D采集扩展（应用模块：ETA197）        用户还可以通过精简ISA总线来

21、扩展具有通用并行接口的A/D转换器，以实现简单的数据采集。以下是通过ISA总线连接MAX197的信号接法，由于MAX197只有12位数据宽度，这里使用SA0地址线来作为高、低字节数据的选择，正好形成了两个连续的地址，方便函数的操作。         对MAX197进行AD转换的基本步骤为：         X86系统下：        1、写控制字节，启动AD转换：outpor

22、tb(0x300, CtrlByte);         2、延时15us        读取转换数据：unsigned int ub1 = inport(0x300);        / ub1为读入的16位数据         或EM9000系统下：        1、写控制字节，启动AD转换：        EM9000_WRITE(CS1# , 0x0 , CtrlByte );        2、延时15us        3、读取转换数据：        ub1 = EM9000_READ(CS1# , 0x0 );