引 言
本文介紹一種新穎的方法來實現(xiàn)51系列單片機雙CPU系統(tǒng),。該方法靈活地運用了51單片機的ID工作方式,,使沒有HOLD功能的51單片機能夠直接通過片外RAM進行數(shù)據(jù)通信。不但硬件和軟件的實現(xiàn)都比較簡單,,數(shù)據(jù)傳輸速度快,,而且不涉及高成本特殊器件。對一般51單片機系統(tǒng)的設計有一定的參考意義,。
1 實現(xiàn)雙處理器的一般方法
① 使用雙口RAM,。這種方法方便地實現(xiàn)了CPU之間的通信,在選擇CPU接口時具有較大的靈活性,;但這種方法會增加電路設計的難度和成本,。
② 利用I/O口進行并行通信。這種方法既要用I/O口傳送數(shù)據(jù),,又要用I/O口來進行傳送的控制,,因此占用較多的I/O口;而且控制過程涉及進行通信的兩個CPU,,軟件設計比較復雜,。
③ 利用串口進行通信。使用UART或I2C總線來聯(lián)系CPU也是常用的方法,。這種方法實現(xiàn)簡單,,只是傳輸速度較慢。
④共享內(nèi)存,。共享內(nèi)存實際上又有兩種不同實現(xiàn),。第一種如LON網(wǎng)絡的Neuron節(jié)點芯片,利用不同時序?qū)崿F(xiàn)共享內(nèi)存,。這種方法必須制成專用芯片,,把CPU和RAM封裝在一起,,一般情況下實現(xiàn)困難。第二種如96系列單片機,,使用HOLD線先掛起其中一單片機的總線,,以使用其內(nèi)存。這種方法簡單而且傳輸速度快,,在具有HOLD功能的CPU系統(tǒng)中經(jīng)常使用這種方法實現(xiàn)雙CPU,。
2 使用共享內(nèi)存法實現(xiàn)雙CPU通信
由于51單片機沒有HOLD功能,一般不能使用共享內(nèi)存法實現(xiàn)雙CPU通信,。這里介紹一種方法,,使一般51單片機能夠用共享內(nèi)存實現(xiàn)雙CPU通信。該方法電路簡單,,軟硬件實現(xiàn)容易,;數(shù)據(jù)傳輸速度快,而且占用系統(tǒng)資源少(不使用I/O口傳遞數(shù)據(jù),,而用一部分地址空間作為數(shù)據(jù)傳送的媒體),,能充分發(fā)揮雙CPU的作用。下面具體介紹這種方法,。
2.1 基本設計方案
首先,,甲機劃出一部分片外RAM的地址空間作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶iT通道(一般可用高端地址空間);同時,,把這個地址空間映射到接收數(shù)據(jù)的乙機端的相同大小片外RAM地址空間(乙機端可以直接訪問到),。兩邊需要傳遞數(shù)據(jù)時,甲機就直接向這個地址讀寫數(shù)據(jù),。讀寫數(shù)據(jù)之前,,兩邊要先聯(lián)絡,做好數(shù)據(jù)傳輸前的準備,。
兩邊數(shù)據(jù)線要用開關門電路隔開,,可以用三態(tài)門。地址線也按照設計者的安排,,甲機端經(jīng)過開關門電路直接映射到乙機端特定片外RAM地址,。因為甲機要在乙機這邊讀寫數(shù)據(jù),所以甲機對片外RAM的讀寫選通信號也要經(jīng)過開關接到乙機讀寫端,。發(fā)送數(shù)據(jù)前,,要打開這些開關門電路。這樣,,甲機就可以在乙機的片外RAM中讀寫數(shù)據(jù)了,。
最后,還有一個重要工作。兩邊的CPU有自己獨立的工作,,彼此獨立地在自己的數(shù)據(jù)線和地址線運行程序,,要共用乙機的RAM來實現(xiàn)通信就必須在傳送通信數(shù)據(jù)期間讓乙機交出總線控制權,而51單片機又不具備96單片機的HOLD功能,,怎樣才能讓乙機交出總線控制權,?這里要用其它方法。51系列單片機本身有ID工作方式(空閑狀態(tài)),,ID方式可以用中斷喚醒,。我們可以利用ID工作方式讓乙機暫停工作,從而讓甲機CPU在乙機這邊存取數(shù)據(jù),。
2.2 具體實現(xiàn)方法
圖1是兩個51單片機組成的雙機系統(tǒng),。我們把左邊甲機的普通片外RAM地址尋址空間分為0000H~7FFFH和8000H~0FFFFH兩個不同的區(qū)域。其中,,0000H~7FFFH可作為普通片外RAM空間,,8000H~0FFFFH可作為數(shù)據(jù)傳輸通道。在這里,,我們把8000H~803FH的片外RAM尋址空間映射到右端乙機的0000H~003FH的地址空間,。(其實甲機8000H以上的任意地址都會映射到相應的乙機0000H ~003FH空間,。這里為簡單起見,,只用甲機的最高位地址線直接線選,并約定甲機的通信數(shù)據(jù)都往8000H~803FH中寫,。)因此,,甲機端的低六位地址線通過74ALS373接到乙機端的低六位地址線。同時,,讀寫控制線也接過來,。兩邊的數(shù)據(jù)線通過74ALS245接起來以進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。不傳數(shù)據(jù)時,,乙機的P1.7為高電平,,74ALS373處于高阻態(tài),74ALS245也因為沒有被甲機的地址線選通而呈高阻態(tài),,兩邊的CPU可以在自己的空間運行程序,,保持相對獨立。甲單片機P1.0接到乙機的INT0腳,,可通知乙單片機做傳輸數(shù)據(jù)的相應處理,,同時可以通過中斷來喚醒處于ID狀態(tài)的乙機。傳數(shù)據(jù)時,,乙機的P1.7為低電平,,打開74ALS373,同時乙機的P1.7還接到甲機的INT0口,以通知甲機可以開始送數(shù)或取數(shù),。甲機最高位地址線A15作為數(shù)據(jù)選通信號,,使甲機端可以讀寫乙機端0000H~003FH地址空間RAM中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送方向由乙機的P1.6腳進行控制,。
甲機要把數(shù)據(jù)傳到乙機時,,先通過P1.0輸出一個下降沿脈沖到乙機的INT0口通知乙單片機,乙機中斷服務程序判斷是甲機要送數(shù)據(jù)過來,,用指令
MOV DPTR, #003FH
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR 0FFH
把地址線置為003FH,,P0口置為FFH。為什么要做這個工作呢,?因為乙機把地址線置為003FH后,,進入ID狀態(tài),地址線會保持這種狀態(tài),,甲機就可以控制乙機的低六位地址線,;同時乙機的高十位地址線保持為"0",這樣就確保了甲機的數(shù)據(jù)映射到乙機的0000H~003FH的地址空間,。乙機向數(shù)據(jù)線上寫FFH,,是保證把P0口都置?quot;1",進入ID工作方式后,,P0口(即數(shù)據(jù)線)也會保持這種狀態(tài),,以保證甲機端數(shù)據(jù)順利寫入。然后,,乙機P1.6腳輸出高電平,,置數(shù)據(jù)傳送方向為甲機到乙機。最后,,乙機在P1.7腳發(fā)一個下降沿脈沖,,以中斷通知甲機可以送數(shù)據(jù),同時保持低電平,打開74ALS373,,再執(zhí)行 ORL PCON.0,#00000001B 進入ID狀態(tài),。甲機的INT0中斷服務程序把數(shù)據(jù)從8000H~803FH送過來。送完后,,通過甲機P1.0再給乙單片機的INT0端發(fā)一個下降沿脈沖喚醒乙機,,乙機INT0中斷服務程序判斷數(shù)據(jù)已經(jīng)傳送完,進行接收數(shù)據(jù)處理,。
同理,,乙機要送數(shù)據(jù)到甲機時,先把數(shù)據(jù)寫到0000H~003FH,,最后是向003FH寫FFH,,以完成正確置位地址線和數(shù)據(jù)線,。還要把P1.6腳置為低電平,控制數(shù)據(jù)從乙機傳向甲機,。再在乙機P1.7發(fā)下降沿脈沖觸發(fā)甲機INT0中斷,,同時P1.7保持低電平,打開三態(tài)門,,然后進入ID狀態(tài),。甲機INT0中斷服務程序判斷乙機要送數(shù)據(jù)過來,并且已經(jīng)做好準備,就把數(shù)據(jù)從8000H~803FH取過來(當然,,803FH中數(shù)據(jù)無效),。取完后,甲機再通過P1.0給乙單片機的INT0端發(fā)一個"1"下降沿脈沖喚醒乙機,,讓乙機繼續(xù)運行程序,。
乙機的INT0中斷服務程序要處理幾個不同事務,有幾個分支,。如果是乙機向甲機傳數(shù)據(jù),,乙機INT0不用做實質(zhì)工作,退出中斷繼續(xù)運行主程序即可,;如果是甲機向乙機傳數(shù)據(jù),,在傳數(shù)據(jù)之前,乙機INT0要為傳數(shù)據(jù)做好準備,,并置乙機為ID狀態(tài),。傳數(shù)據(jù)之后,乙機INT0處理數(shù)據(jù),。這里要設置數(shù)據(jù)傳送方向和數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)兩個標志,,用以引導程序正確運行,。甲機的INT0根據(jù)傳數(shù)據(jù)方向標志傳數(shù)據(jù)或讀數(shù)據(jù)即可,。這里不再寫具體程序。