双口RAM在大屏幕LED显示系统中的应用开发

谢　敏

(广西大学计算机与电子信息学院,广西壮族自治区南宁市530004)

【摘　要】　双口RAM 与常规RAM 的最大区别是双口RAM 具有两套的地址、数据和控制线,允许两个的CP U 或控制器同时异步地访问存储单元,双口RAM 由片内的仲裁逻辑来确定哪一侧的CP U 可以访问内部RAM 单元。I D T7132是2kB 的标准双口RAM 。文中重点介绍采用以自顶向下方法设计的基于CP LD (复杂可编程逻辑器件)的大屏幕LE D (发光二极管)显示系统中双口RAM 的应用,并给出了系统设计方法及相关硬件电路。本设计中I D T7132双口RAM 用来连接单片机信号处理模块和CP LD 扫描模块。

关键词:LED 显示系统,CP LD ,双口RAM 中图分类号:T N873

收稿日期:2005202202。

1　双口RAM 的特点

双口RAM 是常见的共享式多端口存储器,其最大的特点是存储数据共享,一个存储器配备两套的地址、数据和控制线,允许两个的CP U 或控制器同时异步地访问存储单元。既然数据共享,就必须存在访问仲裁控制。内部仲裁逻辑控制提供以下功能:对同一地址单元访问的时序控制;存储单元数据块的访问权限分配;信令交换逻辑(例如中断信号)等。一般RAM (如6116)只有一套地址总线、数据总线和控制总线,在同一时间只能执行同一总线操作。而标准双口RAM 有左侧和右侧两套地址、数据和控制总线,可供两套总线对其进行访问。

现代电子系统中,一些场合需要采用双CP U 结构,特别是近年来发展起来的基于DSP (数字信号处理)技术的电子系统。实时运算采用DSP 器件进行运算,而系统控制和通信则采用通用MCU 。DSP 器件,一般工作频率都超过100MHz,而通用MCU 工作频率都不高,只有几十MHz,而且它们之间的数据都是大量交换,用普通并行通信和串行通信速度达不到要求。采用双口RAM 后,MCU 采集数据后存入双口RAM ,高速运算的DSP 器件从双口RAM 中取出数据进行实时运算,处理好后将数据存入双口RAM 中,MCU 则从双口RAM 中取出数据对控制对象进行控制或与上位机通信。这是双口RAM 的一个典型运用。

I D T7132是2kB 标准双口RAM ,其引脚如图1所

示。A0L ～A10L 是左侧地址总线,D0L ～D7L 是左侧

数据总线,CE L 是左侧片选,R /WL 是左读写信号,

BUSY L 是左忙信号,OEL 是左输出使能信号。其右侧

具有与左侧相同功能的总线。左右两侧的CP U 均可

地分时访问该存储器中的任一单元

。

图1　I D T7132引脚　

非竞争状态下的读写控制逻辑如表1所示。

表1　读写控制逻辑

R /W CE OE D0～D7功能

X H X Z 端口无效

L L X DAT A in

端口数据写入存储器

H L L DAT Aout 存储器单元中的数据在端口中输出

H

L H

Z 离阻状态

I D T7132内部具有仲裁电路。当左侧CP U 和右

侧CP U 同时访问双口RAM 的同一个存储单元产生竞

争时,将由片内的仲裁逻辑来确定哪一侧的CP U 可以访问该单元,同时通过BUSY 引脚变低来延缓另一侧CP U 对该单元的访问。当准许访问的一侧CP U 完成了对该单元存储器的访问之后,被延缓侧的BUSY 线

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34・第31卷第6期2005年6月　　　　　　　　　　　　　　电子工程师　E LECTRON I C E NGI N EER 　　　　　　　　　　　　　　　　Vol

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变高,该侧的CP U 退出保持状态,可进行对该存储单元的访问。

本文重点介绍基于CP LD (复杂可编程逻辑器件)设计的大屏幕LED (发光二极管)显示系统中双口RAM 的典型应用。

2　系统硬件设计

利用CP LD 和双口RAM 设计的系统原理如图2所示

。

图2　系统原理

　　系统实际电路框图如图3所示。

　　本设计中,I D T7132双口RAM 用来连接单片机信号处理模块和CP LD 扫描模块,因为CP LD 扫描模块可以达到很高的扫描速率,而单片机的运行速度相对较低,且两个模块间有大量的数据交换,我们使用的I D T7132S A35JS,速度等级是35ns,完全可以达到两个模块的通信要求。设计中,双口RAM 是共享的,是两个数据模块间的数据通道。扫描模块的功能是通过双口RAM 为中介,将单片机送来的数据在LED

点

图3　电路框图

阵显示屏上显示。采用双口RAM 是本设计的一个主

要特色。本系统中,单片机通过共享的I D T7132与

CP LD 通信,单片机将数据写入I D T7132中,而CP LD

则从I D T7132中读取数据并通过扫描逻辑电路输出。单片机信号处理模块和CP LD 扫描模块通过I D T7132实现相互连接。系统硬件设计原理见图4。　　图中,PC 机将欲显示的字或图形的点阵数据通过串口送到单片机,单片机将其存储在U2EEPROM 中,单片机再根据显示要求对这些数据进行特定的处理,处理完后存储在U5双口RAM 的特定地址处,供扫描模块取数去扫描显示

。

图4　系统硬件设计原理

・44・・信号处理与显示技术・电子工程师2005年6月

3　系统软件设计

3.1　主控电路CPLD 芯片设计与调试

主控电路的功能是读取双口RAM 中的数据,并通过译码逻辑电路将数据显示在LE D 点阵显示屏的特定位置上。在本模块中,实际上是使用CP LD 芯片将MCU 中的总线读控制器及其外围译码逻辑电路集成在一起,只用到单片机的这一部分功能和外围接口电路,如若采用传统方案,就必须采用多片芯片,而使用CP LD 后只用1片芯片就可以实现所需要的功能。总线读控制器是产生时序的电路,须根据存储器的读时序进行设计,只有保证正确的时序才能读出数据。双口RAM 的读写时序与普通RAM 基本相同,见图5。CE (芯片使能)是片选信号,在片选信号从高变低之前必须输出地址信号给双口RAM ,此时再用读信号去控制OE (输出使能)端,在OE 由高变低后,数据总线上的数据有效,即可控制读出数据并译码输出

。

图5　双口RA M 的读时序

　　针对图5所示的读时序,可列出其状态见图6

。

图6　读时序状态转换

用Veril og HDL 语言描述时可用带有al w ays 语句

的case 语句建模,状态信息存储在寄存器中,case 语句的多个分支包含每个状态的行为。在这里将读时序分为S0、S1、S2、S3共4个状态,其工作方式如下:

　　S0:在RAM 的片选CE 之前输出地址;

S1:选中RAM ,输出读信号;

　　S2:行计数器输出,读出RAM 的数据并反相输出;

　　S3:片选禁止,读禁止,地址计数器加1。3.2　单片机程序设计

在本系统中,单片机的功能主要是负责通信与数据处理。通信即通过串口接收来自PC 的数据并存储在EEPROM 中,数据处理即从EEPROM 中取出数据并根据需要显示的效果进行软件处理,再存放入双口RAM 中。静态显示的算法较简单,只要将EEPROM 中的字模数据存放入双口RAM 中特定位置即可。左移显示需要将字模数据每个字节左移,然后存入双口RAM 的特定位置。

4　结束语

本系统不仅为大屏幕LED 点阵显示提供了优良

的控制电路,而且为CP LD 和E DA (电子设计自动化)技术提供了应用实例,推广了双口RAM 的应用,为高速总线与低速总线的通信提供了一个新的解决方案。

参　考　文　献

[1]Labrisse J J.μC /OS 2Ⅱ———源码公开的的实时嵌入式操作

系统.邵贝贝,译.北京:中国电力出版社,2001

[2]林明权.VHDL 控制系统设计范例.北京:电子工业出版

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[3]袁俊泉,等.Veril og HDL 数字系统设计及其应用.西安:西

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[5]马忠梅,等.单片机的C 语言应用程序设计.北京:北京航

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[7]Labr osse J J.嵌入式系统构件.袁勤勇,黄绍金,唐菁,译.

北京:机械工业出版社,2002

Appli cati on of Double RA M i n Bi g Screen LE D D ispl ay Syste m

X i e M i n

(Guangxi University,Nanning 530004,China )

【Abstract 】　The difference bet w een RAM with double ports and common RAM is the RAM with double

ports has t w o addresses,data and contr ol line,s o it all ows t w o CP U s or contr ols t o access the me mory,arbitra 2ti on l ogic decideswhich CP U can access the RAM with double ports .RAM with double ports haswide app lica 2ti on in modern electr onic syste m s .I D T7132is a standard double port RAM with 2kB capability .I n this pa 2per,the app licati on of double port RAM t o the technol ogy of big screen LED dis p lay syste m is intr oduced briefly which is designed with the method of fr om t op t o bott om.I n this design I D T7132is used t o link the sin 2gle chi p module and CP LD scan module .

Keywords:LED dis p lay syste m ,CP LD ,RAM with double ports

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54・第31卷第6期谢　敏:双口RAM 在大屏幕LE D 显示系统中的应用开发・信号处理与显示技术・