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SL11R單片機外部存儲器擴展
摘要：介紹了USB接口單片機SL11R進行外部存儲器擴展的方法和實例，并測試了外部SRAM及EDO DRAM的工作速度。關鍵詞：單片機 SL11R 存儲器 USB
SL11R是Scanlogic公司生產的一種帶有USB接口的16位RISC單片機，內核處理速度達到48MIPS，有豐富的硬件資源及32位可編程I/O口，可以靈活擴展外圍芯片。本文主要討論其外部存儲器的擴展。
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1 SL11R存儲器空間
SL11R內部有3K字節的SRAM，可以用作指令存儲器和數據存儲器，但有些應用場合需要擴展存儲器。SL11R可擴展I2C串行E2PROM、通用并行EPROM及RAM，還能夠直接擴展大容量的EDO DRAM。
SL11R采用統一地址編碼方式對外尋址，程序代碼、數據區、I/O地址均安排在64K字節空間中，各自有獨立的尋址空間并有相應的選通信號輸出。硬件設計時不需另加解碼電路，只要把擴展芯片的片選引腳與對應的控制信號相連就可以。SL11R對EDO DRAM的尋址采用頁尋址方式，可尋址高達2M字節的空間，以滿足圖像采集等需要大量數據存儲器的場合。SL11R存儲器空間具體安排見表1。
表1 SL11R存儲器空間
外部RAM
外部DRAM
外部DRAM
內部寄存器
外部ROM
內部ROM 0x0000～0x0BFF
0x0C00～0x7FFF
0x8000～0x9FFF
0xA000～0xBFFF
0xC000～0xC0FF
0xC100～0xE7FF
0xE800～0xFFFF
外部RAM的0x0000～0x0BFF地址空間被內部RAM占用，故不能使用。
外部ROM的默認地址空間為0xC100～0xE7FF，通過軟件設定，也可以占用0x8000～0xBFFF地址空間。
2 SL11R存儲器擴展
SL11R的外部存儲器包括串行E2PROM存儲器、外部SRAM數據存儲器、外部EPROM程序存儲器及動態存儲器。
2.1 串行I2C E2PROM的擴展
串行E2PROM的擴展比較簡單，只要根據I2C E2PROM的容量選擇相應的電路即可。圖1為擴展2K字節E2PROM電路圖，圖2為擴展16K字節E2PROM電路圖。值得注意的是，如果用串行E2PROM作程序存儲器，最好選用圖1所示的接線。由于SL11R內部RAM只有3K字節，啟動時BIOS首先從2K字節的串行E2PROM中加載指令代碼。
讀寫I2C E2PROM可以直接調用BIOS中斷實現，不需要另編程序，比較方便。
2.2 外部數據存儲器及EPROM的擴展
SL11R的數據總線是16位，提供了兩種存儲器擴展模式供用戶選擇，可以通過軟件設定外部存儲器工作在8位模式或16位模式。圖3是SL11R擴展32K×16位SRAM的實例。圖3所示狀態下外部SRAM工作在16位模式；當開關SW接地，則SRAM工作在8位模式，IC2不使用。SL11R的引腳XRAMSEL和XROMSEL可以分別作為外部數據存儲器和程序存儲器片選信號CS。
2.3 動態存儲器的擴展
SL11R擴展動態存儲器非常簡單。因為它已經內置了動態存儲器控制電路，與EDO DRAM直接連接就可以，不需要另加電路，而且自動刷新，用戶使用動態存儲器負使用SRAM一樣方便。SL11R擴展DRAM的電路見圖4。
擴展DRAM時要選擇3.3V的EDO DRAM，盡量使用1M×16位的內存芯片如GM71V18163CJ、IS41LV16100、HY51V18164等，這樣電路設計較簡單。筆者在使用過程中發現，某些DRAM與SL11R存在兼容性問題，有時工作不穩定，但換另一批次的芯片后又正常工作，所以設計者在使用時應注意篩選。
SL11R對DRAM的尋址空間為0x8000～0x9FFF和0xA000～0xBFFFF。這個地址值控制尋址的低位地址（A0～A12），另外有2個對應的頁面寄存器控制尋址的高位地址，每個頁面都能完成對1M×16位空間的尋址。這兩個16位的頁面寄存器是0xC018和0xC01A，以頁面1寄存器0xC018具體說明如下：
D15～D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 A21 A20 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13如果A21=1，則對0x8000～0x9FFF空間的讀寫操作是針對DRAM，由DRAMOE和DRAMWT引腳選通DRAM，參見圖4。
如果A21=0，則對0x8000～0x9FFF空間的讀寫操作是針其它外設，由nXMEMSEL引腳選通。這種方式使SL11R另外增加了1M×16位的尋址空間，但這個空間DMA方式不能直接尋址。
A13～A20則是頁面1的高位地址，加上08000～0x9FFF的低位（A0～A12）實現頁面1的尋址。
頁面2的尋址與頁面1的尋址完全一樣，只是由0xC01A和對0xA000～0xBFFF的尋址實現。
頁面1和頁面2的尋址空間是重疊的，一般可以使用一個頁面對DRAM尋址，另一個頁面對其它外設尋址。
3 存儲器速度的影響
SL11R的工作頻率較高，必須要考慮存儲器的速度，否則可能工作不正常。
3.1 靜態存儲器速度
讀取外部靜態存儲器的時序見圖5，具體參數見表2。表2中的參數是SL11R的內部工作時鐘PCLK工作36MHz，等待周期設定為0時的數據。
表2 SL11R讀周期參數
符 號 參 數 最小值 最大值 tCRtRDH
tCDH
tPRW
tAR
tAC CS下降沿到RD下降沿
RD上升沿到數據保持
CS上升沿到數據保持
RD低電平時間
RD下降沿到地址有效
RAM訪問時間 1ns
5ns
3ns
28ns
1ns
31ns
3ns
12ns
SL11R擴展外部SRAM或EPROM時，可以設定等待周期，最長可設定7個等待周期，每個等待周期時間為31ns（PCLK=32MHz時），這樣SL11R就可以擴展價格低廉的低速EPROM和SRAM存儲器。
選擇SRAM的速度主要應該由CS的低電平脈沖寬度決定：
tAC=tCR+tRDH-tCDH+等待周期時間
筆者經實驗得到常見的SRAM需要設定的等待周期數，見表3。從表3的數據可知，一般SRAM的速度可以達到標稱值，如PCLK為32MHz，100ns SRAM的等待周期為2，這時tAC=1+28+5-3+2×31=93ns。
表3 常見SRAM等待周期設定
100ns SRAM 70ns SRAM 15ns SRAM 12ns SRAM PCLK=32MHzPCLK=48MHz 2
3 1
2 0
0 0
0
3.2 動態存儲器的速度
EDO DRAM的讀寫速度有兩種情況：一種是隨機讀寫；另一種是快速頁面讀寫。SL11R隨機讀取DRAM的時序見圖6，參數見表4。
表4 SL11R讀DRAM參數
PCLK tRC 1RAS tCAS tRAC tOAC 32MHz 150ns 80ns 20ns 80ns 20ns 48MHz 100ns 53ns 13ns 53ns 13ns影響DRAM速度的參數較多，但選擇DRAM主要是根據tRAS。一般選擇50ns或60ns的DRAM就可以滿足要求。
SL11R隨機讀寫DRAM的周期時間tRC在PCLK為32MHz時為150ns；PCLK為48MHz時為100ns。經測試，DMA方式下，DRAM的讀寫速度可以達到6MHz，滿足常用的數據采集要求。
DRAM的快速頁面讀寫是指在DRAM的同一個頁面下，即行地址相同時，DRAM保持行地址不變，只尋址列地址，這樣可以減少發送行地址的時間。使用快速頁面讀寫必須十分小心，因為在數據采集等場合，寫數據時頁面發生變化會影響DRAM的讀寫時間，很可能會丟失數據。
SL11R擴展外部存儲器的能力較強，可以方便地擴展I2C接口的串行存儲器、各種速度的靜態存儲器以及大容量的DRAM。配合SL11R的USB接口和快速的處理能力，可以滿足各種應用的需要。
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