PC104模塊在交換機中的應用

2019-11-03 10:16:30

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宋兵書　　摘要：主處理器系統是整個交換機設備的控制中心，它主要完成向交換電路提供地址、數據通道，并對來自群路端口的數據流、用戶電路信令和本地人機接口的信息及命令進行處理。本文主要介紹了PC104模塊的功能以及它在交換機主處理器系統中的應用。

　　關鍵詞　主處理器　PC104總線　看門狗定時器　固態盤　地址鎖存譯碼　棧接

　　0　引言

　　在九十年代初期，交換機的主處理器系統包括六種板子：主處理器主導（MPM）板、主處理機接口（MPI）板、主處理機轉接（PSI）板、主處理機控制（PST）板、程序存儲器（PRM）板、數據存儲器（RAM）板。MPM板上主要裝有一片Intel 8086 16位微處理器芯片。8086芯片產生了所有操作處理系統所需的控制信號。MPI板實現MPM板上數據的分配。PSI板實現用于交換系統的CMOS電平信號與用于主處理機系統的TTL電平信號之間的轉換。PST板用于測試及人機接口通信等。因為該系統占用空間較大、功耗較高、可靠性不高等缺點，所以想找一種合理的系統來代替它。經過調研，決定用于SCM/SuperDX為核心的微處理機系統代替。

　　1　功能概述

　　在某工程中，交換機主處理器系統(MPC)是整個交換機設備的控制中心，是以SCM/SuperDX為核心微處理機系統，完成向交換電路提供地址、數據通道，對來自3個端口的數據流、用戶電路信令和本地人機接口的信息及命令進行處理并將交換機的相應狀態送顯示窗顯示。

　　2　系統組成

　　由SCM/SuperDX模塊、顯示接口模塊、顯示模塊以及與交換電路的接口電路組成，如圖1所示。

　　*主要模塊：SCM/SuperDX，是一種高度集成、自棧結構、IBM-PC/AT兼容的PC/104 CPU模塊。它被設計成為可方便與其它周邊設備及模塊構成完整系統的核心部件。其在板不僅包含了一般PC/AT機的母板、一至二塊擴展板的功能，更為嵌入式控制擴展了特有功能。它具有功耗低、單+5V供電、工作溫度范圍寬、可靠性高等突出優點，最適合在嵌入式控制系統中應用。

　　PC/104模塊具有ATM母板功能，包括：（1）25MHz內部時鐘頻率；（2）系統DRAM：2M字節在板內存；（3）7個DMA通道；（4）15個中斷通道；（5）3個可編程計數/定時器（內部使用）；（6）可啟動系統的固態盤；（7）可預置的看門狗定時電路。

　　此系統模塊將通過PC/104總線棧接在一塊200*100的標準板上。

　　*顯示電路：由平板顯示器控制模塊及平板顯示器（EL）組成。平板顯示器控制模塊是一種支持平板顯示器的控制模塊，具有超小體積、超低功耗等特點，它可以直接與具有PC/104標準的CPU模塊相棧接。

　　*接口電路：完成SCM/SuperDX與交換電路的連接。包括初級地址鎖存、譯碼電路，次級地址鎖存、譯碼電路，數據通道開關電路及其一個可編程定時/計數器8253。

　　由于PC/104主CPU模塊利用I/O映象地址空間對I/O設備進行編址。用最低10位地址可尋址1024個I/O。這1024個I/O地址分為兩部分：系統板上占有000h-offh的256個I/O地址，其余的768個I/O地址在I/O通道上。這些剩余的I/O地址有些分配給可選I/O設備的接口，有些根據系統生產廠家的建議需要保留，留給計劃開發的I/O設備接口。除去這些，還有相當大的I/O地址空間供使用。如表1所示。

　　3　各組成單元詳細功能說明

　　3.1　主CPU模塊描述

　　SCM/SuperDX模塊的組成框圖如圖2所示。

　　

　　（1）CPU

　　采用高性能的嵌入式486處理器，工作頻率33MHz-133MHz（軟件控制）。

　　（2）ROM/BIOS

　　*支持SCSI設備

　　*支持固態盤。在模塊上提供了單字節寬存貯芯片插座，使您免除機械式磁盤帶來的問題。在該插座上插入EPROM或SSD芯片，即可創建一個或多個（可啟動系統的）DOS固態盤驅動器。

　　*雙向并行口

　　*看門口定時選擇。模塊支持一個基于實時時鐘的看門狗，通過改變跨接線可以用它產生一個非屏蔽的中斷（NMI），或在系統發生某些故障時產生一個硬件復位，BIOS為用戶使用看門狗提供了簡單的入口。

　　*串行加載選擇。

　　*OEM BIOS修正。在BIOS中增加了OEM-hook功能使系統很方便地變成用戶的專用系統，允許（嵌入式）代碼在字節寬插座中的ROM中運行。

　　*擴展功能：支持特有的串行控制臺。串行控制臺方式可以使用一個RS232端口與其它串行設備相聯，取代通常的鍵盤和顯示器。

　?。?）配置存儲器

　　*SCM/SuperDX具有獨特的EEPROM配置存貯器，用它來保存系統的參數，代替了標準系統中的開關和跳線。它比一般系統中的CMOS RAM容量更大（2kbit串行EPROM，512bits留給OEM用戶），能保存更豐富多樣的設置參數。與標準PC/AT不同，SCM/SuperDX不需要用電池來保存SETUP數據。

　　（4）DMA控制器

　　*7個DMA通道（與8237兼容）。

　　*其中4個通道為8位，3個通道為16位。

　　以上通道的DMA請求、應答信號均引到PC/104總線。

　?。?）中斷控制器

　　CPU模塊板上的中斷控制器為與8259兼容的15通道中斷控制器，相當于兩個8259級聯，其各通道的中斷請求、應答信號均引到PC/104總線上。

　?。?）串行口、并行口

　　*SCM/SuperDX系統板上配置有兩個RS232串行口，波特率可由軟件控制。

　　*一個雙向并行打印機接口。

　?。?）PC/AT總線接口

　　*總線速率：8MHz

　　*輸出驅動：6mA電流，TTL兼容。

　?。?）板上動態存儲器

　　系統板上裝有2兆字節動態存儲器。

　　（9）字節插座

　　系統板上有一32管腳的字節插座，供使用固態盤時安裝存儲器件。

　?。?0）看門狗定時器

　　　　系統板上時鐘電路的一個特色電路是看門狗定時器。這個定時器可以通過編程設置成為：如果在定時器重新初始化之前，定時時間到，它就產生一種中斷或復位信號。定時時間可以通過程度設定。這個看門狗定時器使用實時的標準告警方法。在標準AT上，告警輸出與中斷8相連。在系統板上，通過跳線架W6可以把告警輸出與I/O通道檢查（-IOCHCK）或復位信號相連。-IOCHCK是可觸發一個非屏蔽中斷的總線信號。RESET是一個硬復位信號，就像按復位鍵一樣。為了使看門狗定時器產生-IOCHCK信號，把W6的2、3短接。為了產生RESET信號，把W6的1、2短接。如使定時器無效，則讓W6開路。

　　3.2　接口電路描述

　　初級地址鎖存、譯碼電路將SCM/SuperDX所產生的地址信號鎖存、譯碼，為次數地址的發送作準備。初級地址譯碼主要尋址I/O：次級低8位地址寄存器（360H），次級高8位地址寄存器（362H），數據通道選通開關（364H），8254各定時器/計數器地址范圍（340H,342H,344H,346H）。

　　接口電路組成框圖如圖3所示。

　　次級地址鎖存電路將SCM/SuperDX發送來的16位次級地址鎖存，以供尋址交換電路的各個I/O端口時譯碼使用。

　　次級地址譯碼電路將次級地址譯成I/O選擇信號，供主機尋址交換電路的各個I/O端口時使用。

　　定時信號產生器8253產生系統所需的4ms、10ms定時信號，分別接到pc/104總線上的IRQ9及IRO10以產生4ms、10k中斷信號供系統使用。

　　定時信號產生電路8253讀/寫操作控制信號如表2所示。

　　4　信號流向、流程

　　如圖4所示，地址信號由SCM/SuperDX的PC/104總線經鎖存譯碼電路產生尋址各個I/O的譯碼信號。

　　如圖5所示，數據總線信號流程：數據總線信號由SCM/SuperDX的PC/104總線插座下來經數據總線及開關電路至交換電路的各個I/O?！?br>

　　如圖6所示，控制總線信號流程：控制總線信號（包括IOR-,IOW-,BALE,AEN等）由SCM/SuperDX的PC/104總線插座下來至各個需要它們的電路。

　　5調試及測試方法

　?。?）檢查電源連接是否正確；

　?。?）驗證FPGA是否加載；

　?。?）向鎖存器送數，驗證寫的功能，具體步驟如下：

　　*向360H送00H;

　　*向362H送20H；

　　*向364H依次送00-0FH，并驗證之。

　?。?）從狀態口讀取狀態字，驗證讀的功能，具體步驟如下：

　　*向360H送01H;

　　*向362H送20H；

　　*從364H讀取狀態字，并驗證之。

　?。?）驗證4ms、10ms定時中斷信號。

　　*先分別向8253的控制寄存器送控制字如下：

　　OUT 346 34

　　OUT 346 74

　　*再分別向8253的初值寄存器送計數初值如下：

　　OUT 340 00

　　OUT 340 0A

　　OUT 342 00

　　OUT 342 04

　　然后驗證4ms、10ms定時中斷是否產生。

　　6　結束語

　　通過實際應用與測試，該系統滿足預期的設計要求，并且工作性能穩定，通過了例行實驗。如果工作需要，還可以再棧接一些擴展卡，例如RS232/422串口卡，或者連接硬盤和軟驅的多功能卡。

摘自《無線電通信技術》2001第27卷第2期

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