雙口RAM在組合導航系統(tǒng)中的應用

導航系統(tǒng)是負責將載體從起始點引導到目的地的系統(tǒng)裝置。近年來，隨著計算機技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展和實際應用，使得導航系統(tǒng)的精確性和可靠性達到了更高的要求，促使導航系統(tǒng)向綜合化和容錯化方向發(fā)展，進而發(fā)展了以慣性導航為主體的各種組合導航系統(tǒng)。在眾多組合導航系統(tǒng)中，INS/GPS組合導航系統(tǒng)更是發(fā)展迅速，在軍用和民用領(lǐng)域均已獲得廣泛應用，而且愈來愈受到重視。就INS/GPS組合導航系統(tǒng)而言，除了要完成大量的導航解算工作外，還要完成控制、人機接口、與外部系統(tǒng)的通信等功能。由于導航系統(tǒng)對實時性要求較高，采用單個CPU來實現(xiàn)上述功能是不現(xiàn)實的。在研制某彈載INS/GPS組合導航系統(tǒng)時，針對彈載導航系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗小的特點，設計了一種嵌入式高速處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TI公司的TMS320VC33和TMS320F240組成雙DSP系統(tǒng)，即由兩個DSP構(gòu)成一個主從式系統(tǒng)完成相應功能。主從式系統(tǒng)設計的關(guān)鍵是主機與從機之間的數(shù)據(jù)通信。主從機之間的數(shù)據(jù)通信主要有串行、并行、DMA及雙口RAM四種方式。綜合各種通信方式的優(yōu)缺點，考慮到導航系統(tǒng)實時性高、數(shù)據(jù)量大的特點，筆者以雙口RAM器件 CY7C028作為共享存儲器，通過獨特的軟件分區(qū)處理設計有效地實現(xiàn)了導航系統(tǒng)中的主計算機與從計算機之間的通信。
1 雙口RAM芯片CY7C028的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
　　CY7C028是CYPRESS公司研制的64K×16低功耗CMOS型靜態(tài)雙口RAM，最大訪問時間為12/15/20ns，可與大多數(shù)高速處理器配合使用，無需插入等待狀態(tài)。采用主從模式時可以方便地將數(shù)據(jù)總線擴展成32位或更寬。其內(nèi)部功能框圖如圖1所示。

雙口RAM芯片CY7C028作為一種性能優(yōu)越的快速通信器件，在多CPU的高速數(shù)字系統(tǒng)中非常適用。其特點是：提供兩套完全獨立的數(shù)據(jù)線、地址線、讀寫控制線，允許兩個CPU對雙端口存儲器同時進行操作；具有兩套完全的中斷邏輯，用于實現(xiàn)兩個CPU之間的握手信號；具有完全獨立的忙邏輯，可保證兩個CPU對同一地址單元進行正確的讀寫操作。當兩個CPU對雙口RAM存取時，存在以下四種情況：
　　(1) 兩個CPU不同時對同一地址單元存取數(shù)據(jù)。
　　(2) 兩個CPU同時對同一地址單元讀出數(shù)據(jù)。
　　(3) 兩個CPU同時對同一地址單元寫入數(shù)據(jù)。
　　(4) 兩個CPU同時對同一地址單元操作，一個寫入數(shù)據(jù)，另一個讀出數(shù)據(jù)。
　　不難看出，在第一和第二種情況下，兩個端口的存取不會出現(xiàn)錯誤，而第三種情況會出現(xiàn)寫入錯誤，第四種情況會出現(xiàn)讀出錯誤。為了避免兩個CPU對同一地址單元進行訪問時由于地址數(shù)據(jù)爭用而造成的數(shù)據(jù)讀寫錯誤，CY7C028主要提供了以下幾種工作方式[1]，下面逐一介紹。
1.1 硬件判優(yōu)方式
　　雙口RAM CY7C028具有解決兩個處理器同時訪問同一地址單元的硬件仲裁邏輯。在雙口RAM的兩套控制線中，各有一個BUSY引腳。當兩端的CPU不對雙口RAM的同一地址單元存取時，BUSYL=H、BUSYR=H，可正常存儲；當兩端的CPU對雙口RAM同一地址單元存取時，哪個端口的存取請求信號出現(xiàn)在后，則其對應的BUSY=L，禁止其存取數(shù)據(jù)；在無法判定兩個端口存取請求信號出現(xiàn)的先后順序時，控制線BUSYL、BUSYR只有一個為低電平。這樣，就能保證對應于BUSY=H的端口能進行正常存取，對應于BUSY=L的端口不能存取，從而避免了兩個CPU同時競爭地址資源而引發(fā)錯誤的可能。
1.2 中斷判優(yōu)方式
　　中斷判優(yōu)方式又稱郵箱判優(yōu)方式。CY7C028具有兩套中斷邏輯，通過兩個INT引腳分別接到兩個CPU的中斷引腳上，以實現(xiàn)CPU的握手。在雙口RAM的數(shù)據(jù)傳送中，兩端的CPU都把雙口RAM作為自己存儲器的一部分。當兩個CPU需要數(shù)據(jù)傳送時，假設左端CPUL向右端CPUR傳送，首先CPUL將需要傳送的數(shù)據(jù)存放到雙口RAM某段約定的地址單元中，然后向雙口RAM的最高奇地址單元0xFFFF即右端口的郵箱進行寫操作，用以向CPUR發(fā)出一個中斷，這樣CPUR就進入其相應的中斷服務子程序，將約定地址單元的數(shù)據(jù)讀出，然后對雙口RAM右端口的郵箱進行寫操作，用以清除該中斷。