宋兵书
摘要：主处理器系统是整个交换机设备的控制中心，它主要完成向交换电路提供地址、数据通道，并对来自群路端口的数据流、用户电路信令和本地人机接口的信息及命令进行处理。本文主要介绍了PC104模块的功能以及它在交换机主处理器系统中的应用。
关键词 主处理器 PC104总线 看门狗定时器 固态盘 地址锁存译码 栈接
0 引言
在九十年代初期，交换机的主处理器系统包括六种板子：主处理器主导（MPM）板、主处理机接口（MPI）板、主处理机转接（PSI）板、主处理机控制（PST）板、程序存储器（PRM）板、数据存储器（RAM）板。MPM板上主要装有一片Intel 8086 16位微处理器芯片。8086芯片产生了所有操作处理系统所需的控制信号。MPI板实现MPM板上数据的分配。PSI板实现用于交换系统的CMOS电平信号与用于主处理机系统的TTL电平信号之间的转换。PST板用于测试及人机接口通信等。因为该系统占用空间较大、功耗较高、可靠性不高等缺点，所以想找一种合理的系统来代替它。经过调研，决定用于SCM/SuperDX为核心的微处理机系统代替。
1 功能概述
在某工程中，交换机主处理器系统(MPC)是整个交换机设备的控制中心，是以SCM/SuperDX为核心微处理机系统，完成向交换电路提供地址、数据通道，对来自3个端口的数据流、用户电路信令和本地人机接口的信息及命令进行处理并将交换机的相应状态送显示窗显示。
2 系统组成
由SCM/SuperDX模块、显示接口模块、显示模块以及与交换电路的接口电路组成，如图1所示。
*主要模块：SCM/SuperDX，是一种高度集成、自栈结构、IBM-PC/AT兼容的PC/104 CPU模块。它被设计成为可方便与其它周边设备及模块构成完整系统的核心部件。其在板不仅包含了一般PC/AT机的母板、一至二块扩展板的功能，更为嵌入式控制扩展了特有功能。它具有功耗低、单+5V供电、工作温度范围宽、可靠性高等突出优点，最适合在嵌入式控制系统中应用。
PC/104模块具有ATM母板功能，包括：（1）25MHz内部时钟频率；（2）系统DRAM：2M字节在板内存；（3）7个DMA通道；（4）15个中断通道；（5）3个可编程计数/定时器（内部使用）；（6）可启动系统的固态盘；（7）可预置的看门狗定时电路。
此系统模块将通过PC/104总线栈接在一块200*100的标准板上。
*显示电路：由平板显示器控制模块及平板显示器（EL）组成。平板显示器控制模块是一种支持平板显示器的控制模块，具有超小体积、超低功耗等特点，它可以直接与具有PC/104标准的CPU模块相栈接。
*接口电路：完成SCM/SuperDX与交换电路的连接。包括初级地址锁存、译码电路，次级地址锁存、译码电路，数据通道开关电路及其一个可编程定时/计数器8253。
由于PC/104主CPU模块利用I/O映象地址空间对I/O设备进行编址。用最低10位地址可寻址1024个I/O。这1024个I/O地址分为两部分：系统板上占有000h-offh的256个I/O地址，其余的768个I/O地址在I/O通道上。这些剩余的I/O地址有些分配给可选I/O设备的接口，有些根据系统生产厂家的建议需要保留，留给计划开发的I/O设备接口。除去这些，还有相当大的I/O地址空间供使用。如表1所示。
3 各组成单元详细功能说明
3.1 主CPU模块描述
SCM/SuperDX模块的组成框图如图2所示。
（1）CPU
采用高性能的嵌入式486处理器，工作频率33MHz-133MHz（软件控制）。
（2）ROM/BIOS
*支持SCSI设备
*支持固态盘。在模块上提供了单字节宽存贮芯片插座，使您免除机械式磁盘带来的问题。在该插座上插入EPROM或SSD芯片，即可创建一个或多个（可启动系统的）DOS固态盘驱动器。
*双向并行口
*看门口定时选择。模块支持一个基于实时时钟的看门狗，通过改变跨接线可以用它产生一个非屏蔽的中断（NMI），或在系统发生某些故障时产生一个硬件复位，BIOS为用户使用看门狗提供了简单的入口。
*串行加载选择。
*OEM BIOS修正。在BIOS中增加了OEM-hook功能使系统很方便地变成用户的专用系统，允许（嵌入式）代码在字节宽插座中的ROM中运行。
*扩展功能：支持特有的串行控制台。串行控制台方式可以使用一个RS232端口与其它串行设备相联，取代通常的键盘和显示器。
（3）配置存储器
*SCM/SuperDX具有独特的EEPROM配置存贮器，用它来保存系统的参数，代替了标准系统中的开关和跳线。它比一般系统中的CMOS RAM容量更大（2kbit串行EPROM，512bits留给OEM用户），能保存更丰富多样的设置参数。与标准PC/AT不同，SCM/SuperDX不需要用电池来保存SETUP数据。
（4）DMA控制器
*7个DMA通道（与8237兼容）。
*其中4个通道为8位，3个通道为16位。
以上通道的DMA请求、应答信号均引到PC/104总线。
（5）中断控制器
CPU模块板上的中断控制器为与8259兼容的15通道中断控制器，相当于两个8259级联，其各通道的中断请求、应答信号均引到PC/104总线上。
（6）串行口、并行口
*SCM/SuperDX系统板上配置有两个RS232串行口，波特率可由软件控制。
*一个双向并行打印机接口。
（7）PC/AT总线接口
*总线速率：8MHz
*输出驱动：6mA电流，TTL兼容。
（8）板上动态存储器
系统板上装有2兆字节动态存储器。
（9）字节插座
系统板上有一32管脚的字节插座，供使用固态盘时安装存储器件。
（10）看门狗定时器
系统板上时钟电路的一个特色电路是看门狗定时器。这个定时器可以通过编程设置成为：如果在定时器重新初始化之前，定时时间到，它就产生一种中断或复位信号。定时时间可以通过程度设定。这个看门狗定时器使用实时的标准告警方法。在标准AT上，告警输出与中断8相连。在系统板上，通过跳线架W6可以把告警输出与I/O通道检查（-IOCHCK）或复位信号相连。-IOCHCK是可触发一个非屏蔽中断的总线信号。RESET是一个硬复位信号，就像按复位键一样。为了使看门狗定时器产生-IOCHCK信号，把W6的2、3短接。为了产生RESET信号，把W6的1、2短接。如使定时器无效，则让W6开路。
3.2 接口电路描述
初级地址锁存、译码电路将SCM/SuperDX所产生的地址信号锁存、译码，为次数地址的发送作准备。初级地址译码主要寻址I/O：次级低8位地址寄存器（360H），次级高8位地址寄存器（362H），数据通道选通开关（364H），8254各定时器/计数器地址范围（340H,342H,344H,346H）。
接口电路组成框图如图3所示。
次级地址锁存电路将SCM/SuperDX发送来的16位次级地址锁存，以供寻址交换电路的各个I/O端口时译码使用。
次级地址译码电路将次级地址译成I/O选择信号，供主机寻址交换电路的各个I/O端口时使用。
定时信号产生器8253产生系统所需的4ms、10ms定时信号，分别接到pc/104总线上的IRQ9及IRO10以产生4ms、10k中断信号供系统使用。
定时信号产生电路8253读/写操作控制信号如表2所示。
4 信号流向、流程
如图4所示，地址信号由SCM/SuperDX的PC/104总线经锁存译码电路产生寻址各个I/O的译码信号。
如图5所示，数据总线信号流程：数据总线信号由SCM/SuperDX的PC/104总线插座下来经数据总线及开关电路至交换电路的各个I/O。
如图6所示，控制总线信号流程：控制总线信号（包括IOR-,IOW-,BALE,AEN等）由SCM/SuperDX的PC/104总线插座下来至各个需要它们的电路。
5调试及测试方法
（1）检查电源连接是否正确；
（2）验证FPGA是否加载；
（3）向锁存器送数，验证写的功能，具体步骤如下：
*向360H送00H;
*向362H送20H；
*向364H依次送00-0FH，并验证之。
（4）从状态口读取状态字，验证读的功能，具体步骤如下：
*向360H送01H;
*向362H送20H；
*从364H读取状态字，并验证之。
（5）验证4ms、10ms定时中断信号。
*先分别向8253的控制寄存器送控制字如下：
OUT 346 34
OUT 346 74
*再分别向8253的初值寄存器送计数初值如下：
OUT 340 00
OUT 340 0A
OUT 342 00
OUT 342 04
然后验证4ms、10ms定时中断是否产生。
6 结束语
通过实际应用与测试，该系统满足预期的设计要求，并且工作性能稳定，通过了例行实验。如果工作需要，还可以再栈接一些扩展卡，例如RS232/422串口卡，或者连接硬盘和软驱的多功能卡。
摘自《无线电通信技术》2001第27卷第2期
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