双口RAM在自动化系统中的应用
发布时间:2008/5/26 0:00:00 访问次数:2478
摘要：对双口ram操作中共享冲突的几种方式进行了讨论和分析。给出了防止这些共享冲突的基本方法，同时结合其在自动化系统中的应用给出了双口ram和现场总线、工业以太网的接口应用方案。
关键词：双口ram；现场总线；工业以太网；can；dsp
１ 引言
在现代工业测控系统中，由于对系统的功能和性能要求越来越高，一般都采用高性能的ｃｐｕ（如ｄｓｐ）或嵌入式系统（如３８６ｅｘ等来实现测控功能，并将这些智能设备联网组成自动化系统。在早期的应用中，设备联网普遍采用ｒｓ２３２／ｒｓ４２２／ｒｓ４８５方式。随着计算机技术的发展，现场总线技术在自动化系统中的应用逐渐普遍，而采用工业以太网技术则是今后技术发展的一个趋势。
测控设备的设计可以采用单ｃｐｕ系统完成整个测控功能和系统联网功能，这样做的缺点是使整个系统的软件设计复杂，系统适应性差，ｃｐｕ负担较重，影响系统的整体性能。另外一种做法是采用双ｃｐｕ系统，即用一个ｃｐｕ完成测控功能，另一个ｃｐｕ完成系统联网和接口通信功能。由于双ｃｐｕ系统可按功能分开设计，因此可简化系统软件设计，使系统具有良好的扩展性，以便更好地应对不同的组网要求，提高系统的整体性能。
ｃｐｕ间的通信可以采用串口、并口等方式，但它们共同的缺点是操作复杂、速度慢。因此，随着价格的不断下降，采用双口ｒａｍ方式在两个ｃｐｕ系统间交换数据是一个不错的选择。但双口ｒａｍ有时会发生共享冲突问题。下面讨论防止共享冲突的几种方式。
２ 双口ｒａｍ防止共享冲突的方式
一般双口ｒａｍ都提供了两个完全独立的端口，每个端口都有自己的控制线、地址线和数据线，ｃｐｕ对双口ｒａｍ端口的操作等效于对它的外部ｒａｍ进行操作。双口ｒａｍ在使用上要注意的问题是如何避免两端ｃｐｕ对同一ｒａｍ单元的争用，一般来说，双口ｒａｍ可提供三种防冲突方式，下面结合ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ｃｙ７ｃ１４４进行说明。ｃｙ７ｃ１４４是采用低功耗ｃｍｏｓ工艺生产的８×８ｋ位容量、高速存取（２０ｎｓ）的双端口静态ｒａｍ，它还可以用多芯片级联来扩展字宽，其内部原理框图如图１所示。
２．１ 插入等待状态的防冲突方式
当左右端口同时对同一地址的ｒａｍ存储单元进行存取时，ｃｙ７ｃ１４４芯片内部的仲裁单元将会给出ｂｕｓｙ信号。具体来说，ｂｕｓｙｌ、ｂｕｓｙｒ信号的正常状态为高电平，当左端口对一存储单元进行存取时，若右端口也对该存储单元进行操作，则芯片内部的仲裁单元会使信号ｂｕｓｙｒ为低，直到左端口操作完成后再将ｂｕｓｙｒ恢复为高电平。设计中可以利用ｂｕｓｙ信号作为ｃｐｕ的等待状态输入，并利用该信号使ｃｐｕ在操作过程中插入等待状态，避免两端同时对双口ｒａｍ进行操作。
２．２ 信号灯防冲突方式
双口ｒａｍ通过申请和释放端口的信号灯（也称为令牌）来操作存储单元可以避免发生冲突。一个信号灯对应相应数量的存储单元。双口ｒａｍ的两端均可对信号灯进行存取。当左端口向信号灯写入“０”再回读信号灯时，若信号灯也为“０”表示左端口拥有对存储单元的控制权，否则表示右端口拥有对存储单元的控制权。不管是否取得对存储单元的控制权，操作完成后都应向信号灯写入“１”以释放信号，从而避免资源的死锁。
ｃｙ７ｃ１４４芯片提供８个信号灯，每个信号灯的存储单元为８×２ｋ位。对信号灯进行操作时，片选信号（ｃｅｌ、ｃｅｒ）应为高电平，信号灯使能信号（ｓｅｍｌ、ｓｅｍｒ）为低电平。ａ０～ａ２表示信号灯地址，数据线最低位ｉ／ｏ０代表信号灯的值。对存储单元存取的一般过程如图２所示。
２．３ 中断防冲突方式
双口ｒａｍ中最高地址的两个存储单元可以作为信箱使用，左右两端可以同时对它进行操作。其中最高地址为右端口的信箱，次高地址为左端口信箱。以ｃｙ７ｃ１４４芯片为例，偏移地址１ｆｆｅｈ为左端口信箱，偏移地址１ｆｆｆｈ为右端口信箱。右端口写入左端口信箱１ｆｆｅｈ时，左端口的信号ｉｎｔｌ将变为低，左端口读自己的信箱１ｆｆｅｈ时，信号ｉｎｔｌ将重新为高；
摘要：对双口ram操作中共享冲突的几种方式进行了讨论和分析。给出了防止这些共享冲突的基本方法，同时结合其在自动化系统中的应用给出了双口ram和现场总线、工业以太网的接口应用方案。
关键词：双口ram；现场总线；工业以太网；can；dsp
１ 引言
在现代工业测控系统中，由于对系统的功能和性能要求越来越高，一般都采用高性能的ｃｐｕ（如ｄｓｐ）或嵌入式系统（如３８６ｅｘ等来实现测控功能，并将这些智能设备联网组成自动化系统。在早期的应用中，设备联网普遍采用ｒｓ２３２／ｒｓ４２２／ｒｓ４８５方式。随着计算机技术的发展，现场总线技术在自动化系统中的应用逐渐普遍，而采用工业以太网技术则是今后技术发展的一个趋势。
测控设备的设计可以采用单ｃｐｕ系统完成整个测控功能和系统联网功能，这样做的缺点是使整个系统的软件设计复杂，系统适应性差，ｃｐｕ负担较重，影响系统的整体性能。另外一种做法是采用双ｃｐｕ系统，即用一个ｃｐｕ完成测控功能，另一个ｃｐｕ完成系统联网和接口通信功能。由于双ｃｐｕ系统可按功能分开设计，因此可简化系统软件设计，使系统具有良好的扩展性，以便更好地应对不同的组网要求，提高系统的整体性能。
ｃｐｕ间的通信可以采用串口、并口等方式，但它们共同的缺点是操作复杂、速度慢。因此，随着价格的不断下降，采用双口ｒａｍ方式在两个ｃｐｕ系统间交换数据是一个不错的选择。但双口ｒａｍ有时会发生共享冲突问题。下面讨论防止共享冲突的几种方式。
２ 双口ｒａｍ防止共享冲突的方式
一般双口ｒａｍ都提供了两个完全独立的端口，每个端口都有自己的控制线、地址线和数据线，ｃｐｕ对双口ｒａｍ端口的操作等效于对它的外部ｒａｍ进行操作。双口ｒａｍ在使用上要注意的问题是如何避免两端ｃｐｕ对同一ｒａｍ单元的争用，一般来说，双口ｒａｍ可提供三种防冲突方式，下面结合ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ｃｙ７ｃ１４４进行说明。ｃｙ７ｃ１４４是采用低功耗ｃｍｏｓ工艺生产的８×８ｋ位容量、高速存取（２０ｎｓ）的双端口静态ｒａｍ，它还可以用多芯片级联来扩展字宽，其内部原理框图如图１所示。
２．１ 插入等待状态的防冲突方式
当左右端口同时对同一地址的ｒａｍ存储单元进行存取时，ｃｙ７ｃ１４４芯片内部的仲裁单元将会给出ｂｕｓｙ信号。具体来说，ｂｕｓｙｌ、ｂｕｓｙｒ信号的正常状态为高电平，当左端口对一存储单元进行存取时，若右端口也对该存储单元进行操作，则芯片内部的仲裁单元会使信号ｂｕｓｙｒ为低，直到左端口操作完成后再将ｂｕｓｙｒ恢复为高电平。设计中可以利用ｂｕｓｙ信号作为ｃｐｕ的等待状态输入，并利用该信号使ｃｐｕ在操作过程中插入等待状态，避免两端同时对双口ｒａｍ进行操作。
２．２ 信号灯防冲突方式
双口ｒａｍ通过申请和释放端口的信号灯（也称为令牌）来操作存储单元可以避免发生冲突。一个信号灯对应相应数量的存储单元。双口ｒａｍ的两端均可对信号灯进行存取。当左端口向信号灯写入“０”再回读信号灯时，若信号灯也为“０”表示左端口拥有对存储单元的控制权，否则表示右端口拥有对存储单元的控制权。不管是否取得对存储单元的控制权，操作完成后都应向信号灯写入“１”以释放信号，从而避免资源的死锁。
ｃｙ７ｃ１４４芯片提供８个信号灯，每个信号灯的存储单元为８×２ｋ位。对信号灯进行操作时，片选信号（ｃｅｌ、ｃｅｒ）应为高电平，信号灯使能信号（ｓｅｍｌ、ｓｅｍｒ）为低电平。ａ０～ａ２表示信号灯地址，数据线最低位ｉ／ｏ０代表信号灯的值。对存储单元存取的一般过程如图２所示。
２．３ 中断防冲突方式
双口ｒａｍ中最高地址的两个存储单元可以作为信箱使用，左右两端可以同时对它进行操作。其中最高地址为右端口的信箱，次高地址为左端口信箱。以ｃｙ７ｃ１４４芯片为例，偏移地址１ｆｆｅｈ为左端口信箱，偏移地址１ｆｆｆｈ为右端口信箱。右端口写入左端口信箱１ｆｆｅｈ时，左端口的信号ｉｎｔｌ将变为低，左端口读自己的信箱１ｆｆｅｈ时，信号ｉｎｔｌ将重新为高；
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