雙口RAM CY7C026在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　引言

　　由工業(yè)計算機通過PCI總線控制的前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，一般的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)量的情況下會造成數(shù)據(jù)堵塞現(xiàn)象。在系統(tǒng)設(shè)計的過程中經(jīng)過多方面的比較，最后采用高數(shù)雙口RAM構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)交換接口成功地解決了此問題。

　　CY7C026是CYPRESS公司生產(chǎn)的16K×16高速雙口靜態(tài)RAM，存取速度小于25ns。它具有真正的雙端口，可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)存取，兩個端口具有獨立的控制信號線、地址線和數(shù)據(jù)線，另外通過主/從選擇可以方便地擴存儲容量和數(shù)據(jù)寬度。通過芯片的信號量標(biāo)志器，左、右兩端口可以實現(xiàn)芯片資源的共享。CY7C026芯片的管腳說明參見表1，內(nèi)部功能框圖見圖1。

　　CY7C026的工作原理

　　● 存取原理

　　由CY7C026的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可以看出，該芯片的核心部分是雙端口存儲陣列，左右兩個端口可以共用該存儲陣列，并且擁有各自的控制線，在單獨存取數(shù)據(jù)時，和普通的RAM相同。同時讀取不同存儲空間的數(shù)據(jù)和同時讀取相同數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)時，左右端口可以同時進(jìn)行。若同時對相同的數(shù)據(jù)空間做寫操作，或一端口對一數(shù)據(jù)空間作讀操作的同時另一端口對該數(shù)據(jù)空間作寫操作，左右端口將發(fā)生沖突。為此，CY7C026通過BUSY管腳來處理這兩種情況。

　　當(dāng)左右端口對不同存儲空間進(jìn)行讀寫操作時，可同時存取。此時，左右端口的BUSY信號同時置高。若對同一存儲空間同時進(jìn)行存儲操作時，哪一端的存儲請求信號先出現(xiàn)，則該端的BUSY信號置高，允許存儲。哪一端的存儲信號出現(xiàn)在后，則這一端BUSY信號置低，禁止存儲。

　　值得注意的是，左右兩端存取請求信號出現(xiàn)的時間差必須大于5ns，不然仲裁邏輯無法判斷哪一邊的存取請求信號出現(xiàn)在前。如果出現(xiàn)兩端存取請求信號出現(xiàn)的時間差小于5ns的情況，仲裁邏輯將一邊的BUSY信號置高，將另一邊的BUSY信號置低，從而保證兩個端口一個執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲，另一端口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，避免了沖突。

　　● 中斷功能和主/從模式的使用

　　CY7C026芯片的中斷功能是通過“信箱”來實現(xiàn)的。所謂的“信箱”是指芯片將存儲器的高地址3FFF作為左端口的“信箱”，而3FFE作為右端口的“信箱”。下面以左端口向右端口傳送數(shù)據(jù)為例，說明中斷功能的用法。當(dāng)左端口將數(shù)據(jù)寫入右端口的“郵箱”時，右端口的INTR管腳就會產(chǎn)生中斷信號，即INTR管腳置低。右端口讀取該數(shù)據(jù)后中斷信號自動復(fù)位。右端口向左端口傳送數(shù)據(jù)的情況與上述情況相同。用戶需要清楚的是，該功能只適用于數(shù)據(jù)的低速傳送。

　　實際中，數(shù)據(jù)的寬度往往大于16位。這時就需要擴展數(shù)據(jù)位的寬度，CY7C026的M/S管腳提供了數(shù)據(jù)擴展的功能。例如，實際應(yīng)用中經(jīng)常需要32位的數(shù)據(jù)總線，可以將一片CY7C026的M/S管腳置低，另一片的M/S管腳置高，然后將兩塊芯片的管腳連接在一起即可。

　　高速數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)框圖
　　● 信號量標(biāo)志器的使用

　　信號量標(biāo)志器是該芯片所擁有的最具特色的功能，利用這種功能可以實現(xiàn)片內(nèi)資源的共享。CY7Ｃ026為實現(xiàn)該功能，提供了八個標(biāo)志鎖存器，每個鎖存器對應(yīng)一個信號量標(biāo)志器。使用信號量標(biāo)志器的過程是首先將SEM管腳置低，CE管腳置高，然后通過A0～A2三條地址線來選擇相應(yīng)的標(biāo)志鎖存器，數(shù)據(jù)的存取通過對I/O0操作來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)存取過程中，R/W和OE的使用方式與存取普通存儲器的使用方式相同。芯片上電后，左、右端口的標(biāo)志器都處于空閑狀態(tài)。這時左右兩端口都可以通過對任意標(biāo)志鎖存器寫“0”來提出使用該信號量標(biāo)志器的請求。然后讀取該信號量標(biāo)志器的值來確定是否獲得使用權(quán)，如果讀回的值為“0”則說明該端口獲得使用權(quán)，為“1”則說明另一端口已獲得了該標(biāo)志器的使用權(quán)。獲得使用權(quán)的端口只有對其所使用的標(biāo)志鎖存器寫“1”后，才能放棄該信號量標(biāo)志器的使用權(quán)。如果另一端口在它放棄使用權(quán)以前提出過使用該信號量標(biāo)志器的請求，那么當(dāng)前端口放棄使用權(quán)后，另一端口立即獲得該信號量標(biāo)志器的使用權(quán)。相反，如果另一個端口沒有提出過請求，則該信號量標(biāo)志器處于空閑狀態(tài)。
CY7C026在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　所設(shè)計的系統(tǒng)是石油測井設(shè)備的一個子系統(tǒng)，系統(tǒng)以TMS320C5402為主處理器，通過雙口RAM CY7C026作為數(shù)據(jù)共享的接口。其主要功能是接收工業(yè)計算機通過CPCI接口寫入雙口RAM的命令，DSP將該命令下發(fā)到井下儀器，相應(yīng)的井下儀器接收到命令后，采集井下數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送到DSP中，經(jīng)過DSP處理后的數(shù)據(jù)寫入雙口RAM。最后，工業(yè)計算機通過CPCI接口將雙口RAM中的數(shù)據(jù)傳送到計算機中作顯示處理。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　結(jié)束語

　　利用雙口RAM CY7C026的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和DSP TMS320VC5402的高速性能能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，同時能夠完成大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作，從而兼顧了數(shù)據(jù)傳輸處理所需要的大吞吐量和高速性。