基于FPGA的ISA总线／MMи总线数据转换电路设计

摘要：某型导弹测试设备控制总线为通用的ISA总线，而通信接口总线为非标准的MMи总线。在此以FPGA为核心设计了一种ISA总线／MMи总线转换电路，该电路可以完成2种制式的数据和控制指令转换。给出了转换电路原理框图、FPGA配置电路和地址比较电路原理图。实验结果表明该电路具有转换数据准确，工作可靠等优点。实际应用表明，该电路完全能达到测试设备的要求。
关键词：FPGA；ISA总线；MMи总线；数据转换

总线广泛应用于计算机、工业生产及各种测试设备。ISA总线为IBM公司推出的基于80286CPU的PC／AT微型计算机用扩展总线标准，MMи总线是俄罗斯国内自行设计的专用测试总线，主要用于程控单元模块与MMи总线之间数据及控制信息的交换。在某型导弹测试设备中，工控计算机采用了ISA总线，而俄制测试设备采用了MMи总线，2种总线数据模式和传输制式不同。本文以FPGA为核心，设计了ISA总线／MMи总线2种总线之间的数据和控制指令转换电路，实际应用证明了该电路的可靠性。

1 ISA总线和MMи总线简介
1．1 ISA总线
ISA(Industrial Standard Architecture)总线是IBM公司于1984年进一步扩充XT总线标准而形成的。ISA总线标准支持24位的地址线、16位的数据线；支持11级中断IRQ3～IRQ7，IRQ9～IRQ12，IRQ14～IRQ15；支持7个DMA传输通道DRQ0～DRQ3，DRQ5～DRQ7；支持主从控制、I／O等待和I／O校验等功能。为了与XT总线保持向下兼容，ISA总线在信号功能的定义和物理接口上均作了特殊的安排，即保持原有的XT总线不变，重新增加一个36线的连接插槽，分成C，D两面，扩充的功能设计在C，D两面的信号线上。其引脚定义如下：
(1)数据总线SD0～SD7。SD0～SD7为8位双向三态数据总线，在芯片和主接口间传输命令、数据和状态。SD7为最高位。
寄存器选择引脚为SA4～SA9，SW DIP-6(板基址011001)和。这些引脚决定转换是否响应I／O周期，当为逻辑低电平且SA4～SA9与6位拨动开关值完全匹配时，内部产生一个片选信号，使转换响应I／O周期。
(2)地址信号SA0～SA3。I／O读写操作时作为转换电路上FPGA芯片内的寄存器选择信号。
(3)读写信号，。写操作中，转换在上升沿锁存数据。读操作中，当有效时，转换模块直接驱动8位数据线。
(4)中断信号INTR。中断状态寄存器某使能中断为真时，INTR有效。对INTR的有效声明没有最小脉宽要求。
(5)I／O通道准备好信号IO CHRDY。IOCHRDY变低，表明当前I／O周期需要被延长。写周期中，当数据从ISA总线上被锁存时IO CHRDY变高。读周期中，数据有效时IO CHRDY变高。进行寄存器读写时IO CHRDY被拉低。IO CHRDY引脚用集电极开路逻辑门驱动，因此此信号会由一个内部上拉电阻上拉至逻辑高电平。
(6)复位信号RESET。RESET信号有效时，触发转换模块，使FPGA硬重肩。
1．2 MMи总线
MMи总线是俄罗斯国内自行设计的专用测试总线，主要用于程控单元模块与MMи总线之间数字及控制信息的交换，其基本技术性能如下：
(1)MMи总线采用异步、字节串行、位并行、双向信息传输方式。
(2)MMи总线采用负逻辑，模块服务请求信号(зOм)和转换结束信号(KПp)除外。低电平电压为0～0．6 V，表示逻辑1(对于服务请求信号зOМ和转换结束信号KПp，逻辑1的电平为2．4～4．5 V)；高电平电压为2．4～4．5 V，表示逻辑0(对于服务请求信号зOМ和转换结束信号KПp，逻辑0的电平为0～0．6 V)。
(3)总线上挂接的程控单元模块最多为16个(包括控制器)。
(4)MMи总线中最多包含92根信号线路。一个程控单元模块内所使用的线路最多不超过50根，最少不少于15根。每一个具体的程控单元模块所用的线路数量，可根据此模块的具体技术要求确定。
(5)程控单元模块与MMи控制器间总线电缆的最大长度不应超过1 m。
(6)总线内的信息传输最大速度由程控单元模块与MMи总线的信息处理能力决定，最大不超过100 Kb／s。
(7)总线控制器与程控单元模块间的连接方式有2种：链型连接及星型连接。链型连接总线上的所有装置，包括控制器，都是并行连接的；其中的信号可以单向或双向传输；星型连接总线将MMи控制器与单个程控单元模块一对一地连接到一起，其中的信号单向传输。
(8)MMи总线线路可分以下6类：
数据线：“1 pиM，…．8 pиM”线路(数据总线)；第1电平地址线——“Aдp．эм”线路(程控模块单元地址)；第2电平地址线——“A0…A15”线路(信息寄存器地址)；同步线——“ΓT”(准备好)，“Пpиeм”(接收)，“Bыд”(发送)，“Kнп”(传输结束)线路；控制线——“иAэм”(初始化)，“эaпycK эм”(触发)，“ПOзм”(串行询问)，“KOм．1……KOм．16”(控制指令)线路；中断线——“зOм”(请求服务)，“Kпp”(转换结束)线路。
程控单元模块从MMи控制器接收的所有指令都是寻址指令。在中断线内，模块服务请求信号“зOм”具有高优先级，转换结束信号“Kпp”具有低优先级。