精简ISA总线扩展应用实例 精简, 应用, 实例, 总线, ISA

emtronix20105

英创公司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。英创公司的精简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。英创公司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，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。
      在英创的精简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0x200 – 0x21F，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CS1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。

      以下是英创公司所提供的精简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#
RESET#，复位输出，低有效	1	2	SA0，地址总线
SD0，数据总线，LSB	3	4	SA1，地址总线
SD1，数据总线	5	6	SA2，地址总线
SD2，数据总线	7	8	SA3，地址总线
SD3，数据总线	9	10	SA4，地址总线
SD4，数据总线	11	12	WE#，写信号控制线，低有效
SD5，数据总线	13	14	RD#，读信号控制线，低有效
SD6，数据总线	15	16	CS1#，I/O片选线，低有效
SD7，数据总线，MSB	17	18	VCC，电源输出
IRQ，中断请求，上升沿有效	19	20	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，简单介绍基于英创嵌入式主板的精简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。以下是基于英创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 （1）	inport()或inportb()	outport()或outportb()
EM9000	EM9000_READ()	EM9000_WRITE()
EM9x6x （2）	ISA_ReadUchar()	ISA_WriteUchar()

      （1）：包括ETR232i、ETR232H、ETR100E、NETBOXII等
      （2）：包括EM9160、EM9161、EM9260、EM9360
      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
      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
      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）：


IO输出指令产生的总线时序
ISA总线的读操作：
      C语言ISA总线读操作函数：
      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ub1
      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：


IO输入指令产生的总线时序
      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
      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。
      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
      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
      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：


数据总线与HCT245的连接

控制信号线与地址线的连接，其中地址线只连接要使用的如图中则只使用了SA0与SA4
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，英创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。英创公司的ETA716扩展模块就是按照这种方式来实现的。


用74逻辑器件扩展8路输入8路输出
      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
      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);
      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。


精简ISA总线与MAX197的接口信号
      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：outportb(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 );
      ub1 = ub1 << 8 ;
      ub1 = ub1 | (EM9000_READ(CS1# , 0x0 ) & 0xff );
      对于不同的系统，请参见相应的ETA197测试程序。
      3、用精简ISA总线进行串口扩展（应用模块：ETA502）
      同样的，用户也可以使用精简ISA总线来扩展串口，如使用16C550芯片等。一片16C550需要占用8个I/O端口地址，所以，要使用到三条地址线，且这三条地址线最好是连续的地址线，以方便应用程序的开发与控制。 要注意的是，16C550的复位是高电平复位，而精简ISA总线上的复位信号是低信号复位有效，所以在使用时，要将ISA总线上的复位信号进行反向，再连接到16C550的复位上。如果要控制MODEM，则需要将16C550输出的信号经过RS232电平信号转换芯片的转换，再接一个DB9的接头，则构成了一个标准的RS232通讯接口。


精简ISA总线与16C550的信号连接

复位信号的反向处理

将16C550接口的TTL电平信号转换成RS232电平信号
      除了以上的应用以外，用户还可以利用英创的精简ISA总线，方便地完成其它多种功能模块的扩展，如10M/100M以太网口、CAN总线接口、USB主控模块、24位通用数字IO等等，英创公司也相应地提供了应用模块ETA719、ETA718、ETA701、ETA608、 ETA724等供客户参考。

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