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2022-02-11 14:07:21
ECP協議及在SX52BD與PC機間通信的實現
2022-02-11 14:07:21 來源: 網絡
摘要：介紹一種快速的并行協議――ECP協議在高速單片機與PC機間通信的應用。高速單片機采用SX52BD，并用虛擬外設實現。
關鍵詞：ECP協議互鎖握手 虛擬外設
引言
擴展能力端口模式ECP（Extented Capability Port）是一種IEEE 1284標準的工作模式之一。它能實現雙向數據傳輸，具有DMA傳輸、數據RLE壓縮、雙向尋址等功能。它要求主機外設雙方的硬件都必須實現狀態機的功能，即自動產生各種控制信號。ECP模式是唯一定義了寄存器實現的IEEE 1284傳輸協議。在計算機端操作ECP并行協議，僅需對相應的寄存器進行讀寫就會觸發硬件完成各種時序。ECP模式的數據傳輸率可以達到2～4MB/s。SX52BD是SX系列產品，是采用CMOS工藝制造的、可配置的通信控制器。它是一種高速單片機，指令大都是單周期的，其工作頻率可達到50MHz。由于其特有速度，設備可實現虛擬外設（軟件代替硬件的功能）。本文講述的通信就是基于此完成的。
1 ECP協議
ECP傳輸通過標準并行端口實現。其DB25接口的引腳定義如下：
1―HostClk; 2～9―雙向D1～D8；
10―PeriphClk； 11―PeriphAck；
12―nAckReverse; 13―Xflag；
14―HostAck; 15―nPeriphRequest；
16―nReverseRequest; 17―IEEE1284Active；
18～25―各信號地。
ECP模式分以下8個操作階段。①模式商議階段。主機把ECP的能力請求值放到數據總線上，然后置IEEE 1284 Active為高，HostAck為低。外設應該置PeriphClk為低，nPeriphRequest為高，Xflag為高，nAckReverse為高。主機置HostClk為低，然后置HostClk和HostAck為高，表示已經確認了一個兼容于ECP模式的外設。接著，外設置nAckReverse為低，PeriphAck為低，Xflag為高，PeriphClk為高。接口進入設置階段。
②ECP設置階段。主機置HostAck為低，外設置nAckReverse為高，響應主機。接口進入正向空閑階段，可以開始傳輸數據。
③正向空閑階段。外設置PeriphAck為低，主機檢測到此信號可開始傳輸數據。
④ECP正向傳輸階段。主機將數據放到數據總線上，置HostClk為低。外設置PeriphAck為高，應答。主機置HostClk為高，外設接收數據并置PeriphAck為低，完成這次傳輸。
這種握手方式即互鎖握手（interlocked handshake）。互鎖握手是指每一個控制信號的跳變都由接口對方相互應答。使用這種方式，外設可以控制傳輸的時間以滿足它進行操作的需要。
⑤ECP正向到反向轉換階段。在正向空閑階段，主機置8位數據總線為高阻狀態，并設置HostAck為低。為等待最小建立時間后，置nReverseRequest為低。外設置nAckReverse為低應答，進入反應空閑階段。
看上去相當復雜，但PC端操作卻很簡單，僅需對后面介紹的寄存器讀寫即可。單片機端略微復雜，但也只需對I/O口置位、復位、讀取，編程并不難。2 SX52BD單片機簡介
SX52BD片內程序存儲器容量為4096字節，數據存儲器容量為2628位。SX52BD具有5個8位I/O端口A、B、C、D、E，2個帶8位預定標器的16位定時器，1個帶預定標器通用8位定時器，1個模擬比較器，1個brownout檢測器及看門狗定時器，1個內部RC振蕩器。端口A、B、C為雙向I/O口；端口B可作為喚配置、比較器、定時器1的輸入；端口C可作為定時器2的輸入；端口D、E僅做輸入用。
SX52BD有3種不同的尋址方式：間接尋址、直接尋址、半直接尋址。對寄存器尋址模式的選取依賴于指令中5位“fr”的值。
*間接模式：fr=00h
*直接模式：（fr bit 4=0）fr=01h～0Fh
*半直接模式：（fr bit 4=1）fr=10h～1Fh
由于SX52BD運行速度可達50MHz，由指令運行產生時序完全可達到ECP協議的時序時間要求，并且它的I/O口驅動能力滿足PC機要求。因此，不用使用任何額外的硬件電路產生時序，這就是虛擬外設的概念。
3 ECP通信在SX52BD與PC機間的實現
由于采用了虛擬外設，因此硬件電路結構極其簡單：將SX52BD單片機的25個雙向I/O口接入PC機即可。
ECP通信的實現由軟件完成。主機設置好BIOS后，可通過操作寄存器直接產生硬件所需時序。寄存器定義如表1。表1 寄存器定義（基址0x378）
| 名 稱 | 地址偏移 | 讀 寫 | 大 小 | 功 能 |
| ecpAFifo | 0x000 | W-R/W | 大小 | 地址寄存器 |
| dsr | 0x001 | R | 字節 | 狀態寄存器 |
| dcr | 0x002 | R/W | 字節 | 控制寄存器 |
| ecpDFifo | 0x400 | R/W | 雙字節 | 數據寄存器 |
| ecr | 0x402 | R/W | 字節 | 擴展控制寄存器 |
其中狀態寄存器dsr位定義如圖1，控制寄存器dcr的位定義如圖2。擴展控制寄存器ecr中定義了ECP對FIFO、DMA的使用，在速度要求較高時才對其操作。
下面列出了實現簡單的ECP協議。圖3為SX52BD端的程序流程圖，圖4為PC機端的程序流程圖。
結語
總體來說，由于ECP協議功能完善而且實現簡單，對時間要求也不是很嚴格，在許多傳輸速率要求不是特別高的場合中應用價值很高。另外，SX系列單片機的虛擬外設具有很廣泛的應用。
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