摘 要:介绍了USB接口单片机SL11R进行外部存储器扩展的方法和实例,并测试了外部SRAM及EDO DRAM的工作速度。

关键词:单片机 SL11R 存储器 USB

SL11R是Scanlogic公司生产的一种带有USB接口的16位RISC单片机,内核处理速度达到48MIPS,有丰富的硬件资源及32位可编程I/O" title="I/O">I/O口,可以灵活扩展外围芯片。本文主要讨论其外部存储器的扩展。

1 SL11R存储器空间

SL11R内部有3K字节的SRAM,可以用作指令存储器和数据存储器" title="数据存储器">数据存储器,但有些应用场合需要扩展存储器。SL11R可扩展I2C串行E2PROM、通用并行EPROM及RAM,还能够直接扩展大容量的EDO DRAM。

SL11R采用统一地址编码方式对外寻址,程序代码、数据区、I/O地址均安排在64K字节空间中,各自有独立的寻址空间并有相应的选通信号输出。硬件设计时不需另加解码电路,只要把扩展芯片的片选引脚与对应的控制信号相连就可以。SL11R对EDO DRAM的寻址采用页寻址方式,可寻址高达2M字节的空间,以满足图像采集等需要大量数据存储器的场合。SL11R存储器空间具体安排见表1。

外部RAM的0x0000～0x0BFF地址空间被内部RAM占用,故不能使用。

外部ROM的默认地址空间为0xC100～0xE7FF,通过软件设定,也可以占用0x8000～0xBFFF地址空间。

2 SL11R存储器扩展

SL11R的外部存储器包括串行E²PROM存储器、外部SRAM数据存储器、外部EPROM程序存储器" title="程序存储器">程序存储器及动态存储器" title="动态存储器">动态存储器。

2.1 串行I²C E2PROM的扩展

串行E²PROM的扩展比较简单,只要根据I²C E²PROM的容量选择相应的电路即可。图1为扩展2K字节E²PROM电路图,图2为扩展16K字节E²PROM电路图。值得注意的是,如果用串行E2PROM作程序存储器,最好选用图1所示的接线。由于SL11R内部RAM只有3K字节,启动时BIOS首先从2K字节的串行E²PROM中加载指令代码。

读写I²C E²PROM可以直接调用BIOS中断实现,不需要另编程序,比较方便。

2.2 外部数据存储器及EPROM的扩展

SL11R的数据总线是16位,提供了两种存储器扩展模式供用户选择,可以通过软件设定外部存储器工作在8位模式或16位模式。图3是SL11R扩展32K×16位SRAM的实例。图3所示状态下外部SRAM工作在16位模式;当开关SW接地,则SRAM工作在8位模式,IC2不使用。SL11R的引脚XRAMSEL和XROMSEL可以分别作为外部数据存储器和程序存储器的片选信号CS。

2.3 动态存储器的扩展

SL11R扩展动态存储器非常简单。因为它已经内置了动态存储器控制电路,与EDO DRAM直接连接就可以,不需要另加电路,而且自动刷新,用户使用动态存储器象使用SRAM一样方便。SL11R扩展DRAM的电路见图4。

扩展DRAM时要选择3.3V的EDO DRAM,尽量使用1M×16位的内存芯片如GM71V18163CJ、IS41LV16100、HY51V18164等,这样电路设计较简单。笔者在使用过程中发现,某些DRAM与SL11R存在兼容性问题,有时工作不稳定,但换另一批次的芯片后又正常工作,所以设计者在使用时应注意筛选。

SL11R对DRAM的寻址空间为0x8000～0x9FFF和0xA000～0xBFFFF。这个地址值控制寻址的低位地址(A0～A12),另外有2个对应的页面寄存器控制寻址的高位地址,每个页面都能完成对1M×16位空间的寻址。这两个16位的页面寄存器是0xC018和0xC01A,以页面1寄存器0xC018具体说明如下:

如果A21=1,则对0x8000～0x9FFF空间的读写操作是针对DRAM,由DRAMOE和DRAMWT引脚选通DRAM,参见图4。

如果A21=0,则对0x8000～0x9FFF空间的读写操作是针对其它外设,由nXMEMSEL引脚选通。这种方式使SL11R另外增加了1M×16位的寻址空间,但这个空间DMA方式不能直接寻址。

A13～A20则是页面1的高位地址,加上0x8000～0x9FFF的低位(A0～A12)实现页面1的寻址。

页面2的寻址与页面1的寻址完全一样,只是由0xC01A和对0xA000～0xBFFF的寻址实现。

页面1和页面2的寻址空间是重叠的,一般可以使用一个页面对DRAM寻址,另一个页面对其它外设寻址。

3 存储器速度的影响

SL11R的工作频率较高,必须要考虑存储器的速度,否则可能工作不正常。

3.1静态存储器" title="静态存储器">静态存储器速度

读取外部静态存储器的时序见图5,具体参数见表2。表2中的参数是在SL11R的内部工作时钟PCLK工作在36MHz,等待周期设定为0时的数据。

SL11R扩展外部SRAM或EPROM时,可以设定等待周期,最长可设定7个等待周期,每个等待周期时间为31ns(PCLK=32MHz时),这样SL11R就可以扩展价格低廉的低速EPROM和SRAM存储器。

选择SRAM的速度主要应该由CS的低电平脉冲宽度决定:

t_AC=t_CR+t_RPW+t_RDH-t_CDH+等待周期时间

笔者经实验得到常见的SRAM需要设定的等待周期数,见表3。从表3的数据可知,一般SRAM的速度可以达到标称值,如PCLK为32MHz,100ns SRAM的等待周期为2,这时t_AC=1+28+5-3+2×31=93ns。

3.2 动态存储器的速度

EDO DRAM的读写速度有两种情况:一种是随机读写;另一种是快速页面读写。SL11R随机读写DRAM的时序见图6,参数见表4。

影响DRAM速度的参数较多,但选择DRAM主要是根据t_RAS。一般选择50ns或60ns的DRAM就可以满足要求。

SL11R随机读写DRAM的周期时间t_RC在PCLK为32MHz时为150ns;PCLK为48MHz时为100ns。经测试,DMA方式下,DRAM的读写速度可以达到6MHz,满足常用的数据采集要求。

DRAM的快速页面读写是指在DRAM的同一个页面下,即行地址相同时,DRAM保持行地址不变,只寻址列地址,这样可以减少发送行地址的时间。使用快速页面读写必须十分小心,因为在数据采集等场合,写数据时页面发生变化会影响DRAM的读写时间,很可能会丢失数据。

SL11R扩展外部存储器的能力较强,可以方便地扩展I²C接口的串行存储器、各种速度的静态存储器以及大容量的DRAM。配合SL11R的USB接口和快速的处理能力,可以满足各种应用的需要。

参考文献

1 SL11R技术资料.http://www.scanlogic.com

2 窦振中.单片机外围器件实用手册存储器分册.北京:北京航空航天大学出版社

3 SRAM、DRAM资料.http://www.issi.com/index.html