双口RAM在嵌入式系统调试中的应用

PLC

为较合理地解决目前可编程逻辑控制器(PLC)自身的软硬件分配及其与上位机通信协调工作中存在的问题，笔者基于ISA总线自行设计了一种插卡式可编程控制器。该嵌入式PLC实质是一个智能化I/O接口卡，CPU采用AT89C52，实验用上位机为Pentium100。主从CPU协同工作中，要注意双方信息交换实时性高；其次传输信息容量大，数据传送要求准确无误；第三硬件设计受机箱空间限制，不能过于复杂庞大。

目前已有的主从CPU间的通信方式，或因结构复杂，或因传递效率低，都不能很好地满足本系统的要求，而近年来新型的双口RAM芯片却独具特点：①具有两套完全独立的数据线、地址线、读/写控制线，允许两个CPU对双端口存储器的同一单元进行同时存取；②具有两套完全独立的中断逻辑来实现两个CPU之间的握手控制信号；③具有两套独立的“忙”逻辑，保证两个CPU同时对同一单元进行读/写操作的正确性；④兼容性强，读/写时序与普通单端口存储器完全一样，存取速度完全满足各种CPU的要求。

IDT7130是美国IDT公司采用高性能的CMOS工艺生产的高速1K×8双端口静态RAM，典型功耗550mW，最大存取时间有25/35/55/100ns，可采用中断、硬件、令牌、和软件四种方式来协调信息交换双方。该芯片运用有别于同类的中断标志进行总线仲裁：存储阵列中的×3FEH和×3FFH单元被用做通信“邮箱”，左端口向×3FFH写入访问的同时,右端口的中断标志被设置，直到右端口进行读取×3FFH时清除，与此类似。中断时序关系示意如图1，其中tINS和tINR分别为ns级的中断设置时间和中断清除时间，其提供的中断信号的有效时间可以满足各种CPU的要求。

嵌入式PLC系统采用IDT7130作为与上位机共享的通信数据区，如图2所示，该器件的高集成度大大简化了信息交换窗口的接口硬件逻辑设计，有效缩小系统规模和减小印制电路板面积。配合ISA总线采用中断方式传送信息，不仅可满足上位机多任务控制系统的需要，还可提高本系统实时数据的处理时效。IDT7130(U6) 在上位机地址分配空间，可通过GAL16V8(U7)和J2灵活选择为0D000：0000~03FF、0D800：0000~03FF、0E000：0000~03FF、0E800：0000~03FF；在嵌入式PLC中占用地址为2000H~23FFH。在使用中断方式中，笔者将左端信号线接上拉电阻拉至高电平，才能保证中断信号的产生，同样将两信号也接上拉电阻，保证中断申请能被及时清除。

双口RAM在系统调试中的应用

单片机系统的调试通常是在开发仿真系统上完成，后者把它的硬件(CPU和存储器)和软件资源(被调试程序和参数)暂时出借给前者，并模拟其工作环境，对其软、硬件进行调试和修改。

嵌入式PLC属于单片机系统，在调试过程中没有购买价格昂贵的仿真装置，而是充分利用双端口RAM IDT7130的中介作用，以及上位机操作方便、运行结果直观的特点，通过编写一特殊程序，将其固化在89C52的EPROM中，根据该程序中设置的标志条件，把硬件电路和软件模块按照分块、联调的顺序进行调试，具体做法结合图3所示流程描述如下：

1)在上位机中以子程序的形式编写好将要调试的嵌入式PLC系统的程序功能模块，借助于工具软件ASM51将其汇编为二进制(.BIN)文件。

2)在上位机执行DEBUG命令把该二进制文件送到双端口RAM对应下位机地址#2100H开始的存储单元中。

3)在下位机源程序中对#2000H和#2001H两个存储单元清零操作，当程序执行到RESET处，在这两个存储单元中定义了两个程序开始运行的标志：99H和88H，从上位机可以利用DEBUG命令对这两个标志进行改变，以控制嵌入式PLC中固化的程序是否继续往下执行；为了确认两个标志被正确设置和程序往下运行的情况，在存储单元#2002H和#2003H中同样定义了两个确认标志：99H和88H。

4)运行标志设置正确后，执行调用语句LCALL 2100H，使得程序指针PC指向所要调试的程序功能块首地址处，开始调用执行该程序功能模块；子程序是否运行正常，并且是否返回可通过存储单元#2002H和#2003H标志由99H和88H变为02H来确认。

5)另外在硬件方面可借助辅助调试手段，使用示波器来测试P1口高四位的波形变化状况，来判断程序的运行情况。

6)最后返回RESET继续判断运行标志调试程序。

7)结合中断产生原理，在IDT7130的下位机地址2100H处装入中断服务程序，上位机向存储单元＃23FEH中写1产生中断，下位机转而执行中断功能调试。

利用这种调试方法，可以通过上位机在双口RAM中设置每一程序模块的启动和确认标志位，即可方便地控制单个模块的调试或多个模块的联调，最终实现系统的功能。

结语

实验证明，本系统采用双口RAM作为主从CPU的中介，是一种实用、高效的系统设计方法。该方法使得信息交换方便快速可靠。利用双口RAM的共享特点，可将上下位机自身构成一种开发装置，简捷有效地实现工程环境下的在线调试。■