AM186EM處理器的地址空間優(yōu)化及應(yīng)用

摘要：本文介紹了一種基于AM186EM處理器的地址空間優(yōu)化應(yīng)用，當(dāng)系統(tǒng)需要處理器支持的最大容量內(nèi)存時，F(xiàn)LASH和外圍存儲器(例如雙口RAM等)可以共用處理器的選通信號，從而實現(xiàn)FLASH和外圍存儲器共用盡可能大的地址空間。同樣，當(dāng)系統(tǒng)需要最大容量的FLASH時，內(nèi)存RAM和外圍存儲器可以共用處理器的選通信號，從而實現(xiàn)RAM和外圍存儲器共用盡可能大的地址空間。
引言
隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新業(yè)務(wù)層出不窮，電信運營商對通信設(shè)備的功能需求日益增多，因此，通信設(shè)備經(jīng)常需要升級軟件版本，而隨著功能的日趨完善，軟 件版本所需的存儲空間越來越大。電信級的通信設(shè)備對實時性的要求很高，往往需要較大的內(nèi)存來存儲實時數(shù)據(jù)，因此，通信設(shè)備中往往配置盡可能多的內(nèi)存。另一 方面，激烈的競爭促使各通信設(shè)備制造商盡可能采用物美價廉的器件以降低設(shè)備成本。一些廉價而高性能的處理器獲得了廣泛的應(yīng)用，然而這一類處理器的尋址空間 往往是有限的。AM186EM處理器由于其低成本、高性能，在基于x86架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)及通信設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。
1 AM186EM處理器及通用設(shè)計
AM186EM處理器只有20位地址的尋址空間，即存儲器的尋址范圍只有1M空間，包括內(nèi)存RAM、程序存儲器FLASH以及外圍存儲器(如雙口RAM等)映射到存儲器的尋址范圍。
圖1是AM186EM處理器的寄存器設(shè)置圖，可以分別設(shè)置高端存儲器片選(Upper Memory Chip Select，UMCS)寄存器、低端存儲器片選(Lower Memory ChipSelect，LMCS)寄存器、中端存儲器片選(Midrange Memory Chip Select，MMCS)寄存器以及輔助(PCS and MCSAuxiliary，MPCS)寄存器這4個寄存器的地址范圍，而且UMCS、LMCS和MMCS寄存器可以針對不同設(shè)備的讀寫速率分別設(shè)置不同的等待狀態(tài)。

UMCS寄存器中LB2～LB0指定了選通的高端存儲器的容量，容量大小可以為64K、128K、256K或512K；LMCS寄存器中UB2～UB0指定了選通的低端存儲器的容量，容量大小可以為64K、128K、256K或512K；MMCS寄存器中的BA19～BA13指定了選通的中端存儲器的起始地址；MPCS寄存器中的M6～M0指定了選通的中端存儲器的容量。
另外，UMCS、LMCS和MMCS寄存器中的R2分別指定了、和選通的存儲器是否引入外部Ready信號延時；UMCS、LMCS和MMCS寄存器中的R1和R0分別指定了、和選通的存儲器引入的等待狀態(tài)。
AM186EM處理器提供了3個片選信號：高端存儲器選通信號用于FLASH片選；低端存儲器選通信號用于RAM片選；中端存儲器選通信號用于外圍存儲器的片選。
圖2是采用AM186EM處理器的通信設(shè)備的設(shè)計框圖。硬件上分別將AM186EM處理器的、和分別作為FLASH、RAM和外圍存儲器的片選信號。軟件上分別設(shè)置UMCS寄存器確定訪問的FLASH的容量和等待狀態(tài)，無須外部Ready信號；設(shè)置LMCS寄存器確定訪問的RAM容量和等待狀態(tài)，元需外部Ready信號；設(shè)置MMCS和MPCS寄存器確定訪問的外圍存儲器的起始地址、容量和等待狀態(tài)，無須外部Ready信號。

這種設(shè)計的缺點是：假設(shè)通信設(shè)備對RAM的需求很大，需要設(shè)置LMCS寄存器的選通范圍為處理器允許設(shè)置的最大RAM容量，即512K內(nèi)存。因 此，F(xiàn)LASH和外圍存儲器共用另外的512K的地址范圍。但是設(shè)置UMCS寄存器時只能選擇64K、128K、256K或512K的地址范圍，而外圍存 儲器的地址范圍一般用不到256K的地址范圍(例如只使用了64K)。這樣，系統(tǒng)的FLASH容量往往受限于256K的空間，因此系統(tǒng)若要增加新的業(yè)務(wù)處 理程序，卻則會受到很大限制，而另一方面，AM186EM處理器的1M尋址空間中有些地址空間未使用。
同樣，對于另一類通信設(shè)備，如果系統(tǒng)最初的地址空間分配已經(jīng)設(shè)置UMCS寄存器的選通范圍為處理器允許設(shè)置的最大FLASH容量(即512K FLASH)，則內(nèi)存和外圍存儲器共用另外的512K的地址范圍。但是設(shè)置LMCS寄存器時只能選擇64K、128K、256K或512K的地址范圍，而 外圍存儲器的地址范圍一般用不到256K的地址范圍(例如只使用了64K)。這樣，系統(tǒng)的RAM容量往往受限于256K的空間，因此系統(tǒng)若因新的業(yè)務(wù)處理 程序需要更大的內(nèi)存，則會受到很大限制，而另一方面AM186EM處理器的1M尋址空間中有些地址空間也未使用。

2 基于AM186EM的地址空間優(yōu)化應(yīng)用
針對AM186EM處理器，提供了一種地址空間優(yōu)化的應(yīng)用，可以擴(kuò)展FLASH或者內(nèi)存的可用空間，最大化利用處理器提供的地址空間范圍。以采用了最大 RAM容量(512K)的通信設(shè)備為例，對擴(kuò)展該設(shè)備FLASH容量的情況進(jìn)行詳細(xì)說明。對于采用了最大FLASH容量(512K)的通信設(shè)備，如何擴(kuò)展 該設(shè)備的RAM容量，其實現(xiàn)原理是類似的。
圖3是基于AM186EM處理器的采用地址空間優(yōu)化的通信設(shè)備的設(shè)計框圖。對于采用最大RAM容量的通信設(shè)備，設(shè)置對應(yīng)選通RAM地址范圍的低端寄存器， 使處理器能夠選通允許設(shè)置的最大RAM容量(512K)。接下來，使FLASH和外圍存儲器(如雙口RAM等)共享處理器高端寄存器允許設(shè)置的最大容量 (512K)，這樣，除去外圍存儲器所需的容量外，剩余的空間可以全部作為FLASH的尋址空間。

硬件上，除了利用高端地址選擇信號對FLASH和外圍存儲器進(jìn)行選通外，還要利用地址譯碼器來區(qū)分FLASH和外圍存儲器的片選：用地址譯碼器產(chǎn)生外圍存儲器的地址選通范圍，然后將AM186EM處理器的和外圍存儲器的地址范圍，經(jīng)過與門相與后作為外圍存儲器的片選信號；將和除去外圍存儲器的地址范圍，經(jīng)過與門相與后作為FLASH的片選信號；將作為RAM的片選信號。這樣，F(xiàn)LASH和外圍存儲器實現(xiàn)了共用選通的地址范圍。
FLASH和外圍存儲器的訪問速率不同，為了避免處理器訪問FLASH或內(nèi)存時與訪問外圍存儲器時采用同樣的等待周期(以訪問速率低的為標(biāo)準(zhǔn))從而影響到 系統(tǒng)的性能，不能通過設(shè)置UMCS寄存器引入統(tǒng)一的等待狀態(tài)。可以采用在可編程器件CPLD中產(chǎn)生兩個不同的Ready信號，針對FLASH和外圍存儲器 的訪問引入不同的延時，兩個Ready信號通過一個二選一的算法(根據(jù)是FLASH的地址范圍，還是外圍存儲器的地址范圍)輸入到AM186EM處理器的 異步Ready信號輸入端(ARDY)。
軟件上設(shè)置UMCS寄存器確定訪問的容量(可達(dá)512K)，不需要等待狀態(tài)，引入外部Ready信號。由于外部輸入的Ready信號不同，因而訪問FLASH或內(nèi)存的速度和訪問外圍存儲器的速度也不同。
圖4是輸入到AM186EM處理器的ARDY輸入端的Ready信號的產(chǎn)生時序圖。對于AM186EM處理器而言，一般情況下，一個指令周期等于4個時鐘 周期。引入外部Readyr信號后，處理器會從指令的第三個時鐘周期開始采樣Ready信號的狀態(tài)，若Ready信號有效(高電平)，則在下一個時鐘周期 操作相應(yīng)的設(shè)備；若Ready信號無效(低電平)，則不執(zhí)行任何操作，在下一個時鐘周期再次采樣Ready信號的狀態(tài)。因此，Ready信號產(chǎn)生的原理是 針對不同的設(shè)備通過低電平產(chǎn)生合適的延時后，再通過高電平使信號有效，這樣，處理器在下一個時鐘周期就可以操作該設(shè)備了。

結(jié)語
以AM186EM處理器為例，提出一種地址空間優(yōu)化應(yīng)用方法，共用處理器的選 通信。這樣實現(xiàn)了FLASH或RAM和外圍存儲器可以共用盡可能大的地址空間，因而克服了傳統(tǒng)的FLASH或RAM與外圍存儲器使用不同的地址選擇信號所 帶來的、FLASH或RAM地址空間擴(kuò)展受限而外圍存儲器地址空間有剩余的弊端。對于其他尋址空間有限的處理器，其實現(xiàn)原理是類似的。