摘? 要: 介紹應用雙端口RAM芯片設計的智能型高速并行通訊卡。針對VB語言環境下,用DLL函數鏈接方式,對采用內存直接映象技術的雙端口RAM進行讀寫,實現主、分機之間數據高速并行傳輸。本技術已經成功應用在汽車綜合檢測系統中,對在其它集散型控制系統中進行高速數據傳輸同樣有益。

　　關鍵詞: 雙端口RAM? 內存直接映象? 高速并行傳輸? DLL動態鏈接

?

　　在集散型控制系統中,一般將計算機或工控機用于終端圖文顯示,數據采集處理以及人機對話接口等方面。計算機或工控機與外部設備需要建立數據傳輸的通訊聯系。但大量數據傳輸,靠通常的串行通訊方式進行,必然占用CPU大量的時間進行通訊。一些控制系統往往因為傳輸速率慢而無法實現實時控制,不能滿足系統采集和控制需要。上述問題在我們設計的汽車綜合檢測系統中,得到了較好的解決。系統中采用雙端口RAM技術設計了一塊PC總線接口的智能型高速并行通訊卡(以下簡稱通訊卡),實現外部數據同計算機高速并行通訊。由卡上的MCU負責分機的數據采樣,將需要傳輸的數據按系統協議在雙端口RAM內任意存取,讀寫速度快、可靠性高、接口簡單,滿足了系統設計需要。并且實現了在VB語言環境下對采用內存直接映象技術的雙端口RAM的讀寫操作,將多主CPU采用的總線仲裁方式簡化為僅僅對內存操作,在應用計算機總線擴展技術方面具有借鑒意義。

1 系統描述

　　在汽車綜合檢測系統中,需要對汽車的底盤、發動機以及綜合電路等方面的信號進行采樣和判斷,其中包含大量的運算處理和汽車標準資料的對比、分析、判斷等環節。整個系統信號采樣點多,信號的形式各不相同,系統采用MCU控制方式的分機對各測量點進行數據采集和模擬控制。由于MCU沒有高效的運算功能,沒有大量的指令和數據存貯空間,更不能直觀顯示各種汽車標準數據和測量結果,若進行大量的運算、判斷、顯示,其硬件、軟件處理是一個比較棘手的問題。因此本系統采用MCU負責采集各種信號,統一由計算機負責相應的運算處理、分析、判斷,并管理汽車標準數據庫、人機對話接口、顯示測量結果和標準圖形等等,用一塊管理分機的通訊卡實現分機與主機之間數據傳輸。

　　通訊卡包含了數字濾波、數據收集、傳輸等功能,對系統內的并、串行通訊實現分時操作。卡上由一片MCU負責管理各個分機,通過串行通訊方式將分機采集的各種數據,收集到通訊卡內,經過判斷、篩選,將有效數據存貯到雙端口RAM的規定區域內;計算機從雙端口RAM內將數據讀入,進行運算處理,與標準數據進行比較判斷,將結果或控制命令寫入雙端口RAM內,實現整個系統統一協調運行。本文主要針對通訊卡的軟、硬件設計和在VB環境下的軟件實現,作重點的分析。

2 硬件設計

　　通訊卡的基本硬件設計簡圖如圖1所示。

?

?

　　利用計算機總線做擴展卡的技術已經廣為應用,但很多都是利用計算機提供固定的I/O端口地址進行讀寫操作,“瓶頸效應”十分明顯。在對實時性要求很高、數據傳輸量很大的場合,數據阻塞明顯,無法滿足系統的大量數據高速傳輸的需要。本系統利用計算機內存直接映象技術,對內存物理地址直接操作,實時性和速度明顯改善,完全滿足本系統的速度要求。

2.1 MCU和雙端口RAM的選擇

　　此卡是實現計算機與數據采集的分機之間大量、快速的數據交換的中間環節。采用的MCU要求具有較強的運行速度和數據管理能力,既有雙端口RAM的接口總線,又具備同分機雙工串行通訊能力,同時考慮到系統硬件加密的必要,選擇此MCU是系統的關鍵。美國ATMEL公司出品的89C51是本系統的首選。另一方面根據本系統的需要,數據傳輸的信息量在一個令牌下,2KB的吞吐量已經滿足,因此我們采用美國IDT公司出品的雙端口RAM IDT7132,容量為2K×8bits。IDT7132帶有兩套獨立控制總線,可從兩側任意讀寫存儲器中的所有單元,片內硬件端口仲裁電路適合當兩側同時訪問同一單元時不允許處于等待狀態的89C51的操作,允許不經過外部仲裁,能經受沖突的系統進行雙機同步讀寫存儲器中的同一單元,確保了數據的準確性,簡化了通訊卡的硬件電路設計,同時為軟件設計免除了使用信號燈進行判斷操作的繁瑣過程。

2.2 雙端口RAM的地址范圍的選擇

　　計算機內部高端地址中有一段保留給I/O適配卡的128KB地址空間,這段地址空間為0C0000H～0DFFFFH。利用這128KB中的一段2KB空間即可滿足IDT7132的使用,按PC總線的協議經過地址譯碼和其它控制總線選通,實現內存直接映象方式。地址范圍為:0D0000H～0D07FFH之間。另一側,MCU與IDT7132的接法只將IDT7132其中一側總線接入MCU的總線上,其接法同普通RAM沒有區別,設置地址范圍在8000H～87FFH之間。

　　按工業控制標準實行全地址線譯碼方式,確保全地址空間的每一個存儲單元的地址在總線上唯一。

2.3 對雙端口RAM訪問的特殊情況處理

　　IDT7132兩側的BUSY線分別接到MCU的INT0中斷上和PC總線的A10腳(IO-CH-RDY)上,作為MCU和計算機同時讀寫IDT7132的同一個地址單元時的“忙閑”狀態線。當兩側訪問不同的地址單元時,BUSY線無效,兩側操作互不影響。當兩側“幾乎同時”訪問同一個單元時,按IDT7132的總線仲裁邏輯,對兩側的片選信號和地址信號之一到達時間間隔只要大于5ns,就能對先到達的一側提供讀寫通道,保證數據讀寫的真實性。同時將另一側的BUSY線置低,為MCU或計算機提供中斷或等待信號。眾所周知,89C51不具備插入等待周期延時操作的能力。當MCU一側先行操作時,計算機一側的BUSY線有效,PC總線上的IO-CH-RDY狀態線被拉低,命令計算機CPU插入等待周期,延時等待MCU一側完成讀寫操作后,再進行讀寫操作。當計算機一側占據IDT7132的一個地址單元時,MCU一側再操作該單元,MCU 讀寫的數據無效。我們采用了判斷標志位的方式解決此問題。當對應的BUSY線變低INT0中斷有效時,MCU完成該條讀寫指令后立即進入中斷,置標志位,中斷返回后,即執行查詢標志位的指令,判斷此次操作是否有效。未成功,重復操作,直致讀寫成功。

3 軟件設計

　　整個系統的全部軟件共三部分,每一部分的設計側重點不同。計算機方面軟件實現的功能包括:用戶人機對話接口、汽車技術資料庫的管理和擴充、底層全部數據傳輸、運算處理、零點校正設定、實時監控操作、各分機的模擬信號線性化處理、大量圖片資料的處理與調用等等。通訊卡的軟件設計包括:對各個分機的管理、數據收集分類整理、篩選判斷、與計算機進行有效數據傳輸等等。分機的軟件包括數據采集和模擬控制等部分。要求數據采集準確、一致。實際應用中采用數據濾波、指令冗余、自診斷以及現場斷點返回等抗干擾技術。

　　全部軟件涉及的編程語言共三種。分機和通訊卡的軟件設計采用匯編語言,計算機方面采用Visual? Basic 6.0、Visual C++ 6.0兩種語言,把Visual Basic 6.0作為系統設計的主要語言。分機方面的軟件這里不作介紹,本文主要針對在通訊卡上以及在Visual Basic 6.0環境下對雙端口RAM的操作軟件設計作詳細介紹。

????Visual Basic 6.0不具備對計算機底層地址操作的功能,不如Visual C++? 6.0、Delphi等。特別在本系統中采用的高速并行通信方式,對內存物理地址讀寫操作的頻率很高,按常規應改用其它語言。但系統其它方面的工作,不是其它語言所能替代的,所以必須將VB語言環境下不能對底層地址讀寫操作的問題加以解決。經過實驗,通過如下方法實現。

　　筆者采用的方法是調用動態鏈接庫DLL。用Visual C++ 6.0編寫對內存物理地址進行讀寫操作的DLL動態鏈接庫函數,進行數據采集和發送;用Visual? Basic 6.0調用DLL實現數據通信,從而彌補VB對底層數據操作的缺陷,使VB環境下開發數據通信系統軟件更為方便。

　　(1)首先使用Visual C++ 6.0創建一個MFC? Appwizard dll項目,這樣就可以在DLL中編寫程序。因為我們要對直接映象在高端內存范圍內的地址進行操作,所以在編寫程序時,要使用如下方法:

????—asm{ mov A? B

?????????? mov ......

?????????? ..........

?????????? mov i A}

????　???? return? i；

????—asm{ }是嵌入式匯編函數,在Visual ?C++ 6.0中只有使用此方法才可以訪問高端內存地址。還要在DLL中編寫兩個函數:

一個從內存地址讀數函數

　　一個對內存地址寫數函數。

　　這樣才能完成對高端內存地址讀寫的操作,實現底層的數據傳輸。

　　(2) 使用Visual? Basic 6.0調用DLL動態鏈接庫函數。

　　第一步:運行VB6.0時,新建一個工程項目,在項目中添加模塊,在模塊中聲明兩個API函數:

　　Declare Function write% lib“C：***.dll”

?????????????? (ByVal? localport%， ByVal value%)

　　Declare Function read% lib “C：***.dll”

?????????????? (ByVal localport%)

　　其中:write(?? )函數是向高端內存地址寫數據

???????? read(? )函數是從高端內存地址讀數據

　　第二步:在窗體中放入三個文本框(Text1，Text2，Text3)，一個命令按扭(Command1)，就可以在代碼窗口中編寫代碼:

Option Explicit

　　Dim Port1??????? ????? ‘內存地址 如: 0D0000H

　　Dim Port2???????? ???? ‘16進制數 如:12H

　　Private Sub Command1__click()

????????? Dim Gg As Integer??????? ‘聲明一個返回整數

????????? Dim Salp As Integer????? ‘聲明一個返回整數

????????? Port1=Val(Text1.Text)??? ‘把Text1賦給port1

????????? Port2=Val(Text2.Text)　? ‘把Text2賦給port2

????????? Gg=write(port1，port2)?? ‘往Port1地址中寫port2

????????? Salp=read(port1)???????? ‘從Port1地址中讀數

????????? Text3.Text=Salp????????? ‘在Text3中顯示

salp

????End Sub

　　兩個函數的調用過程如上所述,可根據編程的意圖放在任何位置。特別注意,函數地址不能與其它硬件的地址或系統內存地址沖突,否則會造成計算機死機。

　　本文采用雙端口RAM器件設計的智能型高速并行通訊卡,在監控軟件、硬件,以及在VB環境下對直接映象方式的高端內存進行讀寫操作的實現,具有通用性。尤其在自動控制領域設計A/D、D/A轉換、實現閉環控制,以及設計虛擬儀器、視頻信號數字化處理、語音處理、各種系統動態仿真等需要高速數據傳輸的場合,都具有借鑒意義。總之,智能化板卡在PC總線工業控制的應用,是今后發展的主流。

?

參考文獻

1 鄧 力.同步多通道數據輸出和輸入智能接口電路.電子技術應用,1999;25(6)

2 尤一鳴.單片機總線擴展技術.北京:北京航空航天大學出版社,1993

3 劉京祖.實用接口技術.北京:北京工業大學出版社,1999

4 凌澄主編.PC總線工業控制系統精粹.北京:清華大學出版社(美)Peter Norton，Haroid，Phyllis Davis.Visual Basic