雙端口RAM的并口設計應用

摘要：IDT7132/IDT7142是一種高速2k×8雙端口靜態RAM,它擁有兩套完全獨立的數據、地址和讀寫控制線。文中分析了雙端口RAM（DPRAM）的設計方案。并以IDT7132/7142為例介紹了雙端口RAM的時序、競爭和并行通訊接口設計以及雷達仿真平臺中的應用。

關鍵詞：微處理器 雙端口RAM IDT7132/7142

數據獲取及交換是多CPU系統的重要組成部分。在這類系統中,數據交換要求的通訊速率往往很高,平均速率一般在10k左右,有時甚至達100k以上。傳統的并行接口和串行接口設計無論在通信速率,還是在可靠性方面都不易滿足要求。而雙端口RAM則是一個較好的實現方案。它具有通訊速率高、接口設計簡單等特點,因而在設計中得到廣泛的應用。

1 常用雙端口RAM的結構特點

1.1 通用集成電路組成的雙端口

采用通用集成電路組成的雙端口RAM如圖1所示。一般的RAM只有一套地址總線、數據總線和讀寫控制線,因此,兩端CPU芯片的三總線必須經過緩沖隔離才能共享靜態RAM。具體工作過程是兩個CPU的地址信號和讀寫控制信號全中接入仲裁電路,由仲裁電路判斷訪問雙端口RAM的CPU,并使能相應的總線緩沖器。若兩個CPU在同一段時間內訪問共享的RAM的發生競爭,則由仲裁電路迫使后訪問的CPU處于等待狀態,一旦前一個CPU訪問結束,再由仲裁電路打開緩沖器,以使后一個CPU接通RAM并進行訪問。

該電路的特點是成本低、簡單且存儲量大,其容量在64k～128k之間。缺點是在兩個CPU發生競爭時,有一方CPU必須等待,因而降低了訪問效率。

1.2 專用雙端口RAM芯片

目前市場上有多種專用雙端口RAM芯片,如IDT7132/7142、DS1609等。這些芯片有兩套完全獨立的數據線、地址線和讀寫控制線,因而可使兩個CPU分時獨立訪問其內部RAM資源。由于雙CPU同時訪問時的仲裁邏輯電路全部集成在雙端口RAM內部,因而需要用戶設計的電路比較簡單。雙端口RAM內一般都有一個總線搶占優先級比較器,只要雙CPU不同時訪問同一存儲單元,那么較先送出地址的CPU將擁有該單元的本次訪問優先權,而另一個CPU的地址與讀寫信號將被屏蔽掉,同時通過“busy”引腳告知該CPU以使之根據需要對該單元重新訪問或撤消訪問。

專用雙端口RAM的優點是通訊速度快,實時性強,接口比較簡單,兩邊CPU都可主動進行數據傳輸;缺點是成本高,需要克服競爭現象。

以上兩種技術方案各有優點,在要求存儲量較大時,一般采用通用集成電路組成的雙端口RAM;在通信實時性要求較高的而通信數據量不大時,一般采用專用雙端口RAM芯片。

在實際應用中,雙端口RAM與并行接口與串行接口相比,它不僅能利用其兩端口異步操作來讀寫數據,而且可用作多CPU微處理系統CPU的數據交換接口,從而簡化了對各CPU之間數據通信規約的要求,提高了系統數據通信處理的可靠性,同時提高了CPU之間數據交換的實響應速度。

2 IDT7132/7142簡介

2.1 IDT7132/7142結構與連接方式

IDT7132/7142是高速2k×8雙端口靜態RAM,可提供兩個擁有獨立的控制總線、地址總線和I/O總線端口,允許CPU獨立訪問內部的任何存儲單元。當CE引腳出現下降沿時,選中DPRAM即可通過控制OE或R/W來訪問內部存儲單元。IDT32一般被用作8位雙端口RAM,也可以作為主片與DIT7142從片構成主從式16位雙端口RAM。連接方式如圖2所示：

2.2 IDT7132/7142時序圖

IDT7132/7142的時序如圖3所示,它與RAM的讀寫時序非常類似。當CPU選中DPRAM時,CE引腳出現下降沿,當控制紆OE為高且R/W為低時,CPU對內部存儲單元進行寫操作;而當控制線OE為低且R/W為高時,CPU對內部存儲單元進行讀操作。

2.3 競爭現象的處理

當外部CPU通過兩個端口對雙端口RAM內部的同一個存儲單元進行操作時,系統將出現競爭。這種競爭一般有如一兩種模式：

（1）如果兩個端口的總線訪問地址相同,并先于片選信號CE有鏟,則片內控制邏輯將在CEL與CER之間發生競爭。

（2）如果兩個端口的片選信號CE在地址信號有效之前變低,則片內控制邏輯將在地址信號到達時發生競爭。