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SL11R单片机外部存储器扩展
摘要：介绍了USB接口单片机SL11R进行外部存储器扩展的方法和实例，并测试了外部SRAM及EDO DRAM的工作速度。关键词：单片机 SL11R 存储器 USB
SL11R是Scanlogic公司生产的一种带有USB接口的16位RISC单片机，内核处理速度达到48MIPS，有丰富的硬件资源及32位可编程I/O口，可以灵活扩展外围芯片。本文主要讨论其外部存储器的扩展。
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1 SL11R存储器空间
SL11R内部有3K字节的SRAM，可以用作指令存储器和数据存储器，但有些应用场合需要扩展存储器。SL11R可扩展I2C串行E2PROM、通用并行EPROM及RAM，还能够直接扩展大容量的EDO DRAM。
SL11R采用统一地址编码方式对外寻址，程序代码、数据区、I/O地址均安排在64K字节空间中，各自有独立的寻址空间并有相应的选通信号输出。硬件设计时不需另加解码电路，只要把扩展芯片的片选引脚与对应的控制信号相连就可以。SL11R对EDO DRAM的寻址采用页寻址方式，可寻址高达2M字节的空间，以满足图像采集等需要大量数据存储器的场合。SL11R存储器空间具体安排见表1。
表1 SL11R存储器空间
外部RAM
外部DRAM
外部DRAM
内部寄存器
外部ROM
内部ROM 0x0000～0x0BFF
0x0C00～0x7FFF
0x8000～0x9FFF
0xA000～0xBFFF
0xC000～0xC0FF
0xC100～0xE7FF
0xE800～0xFFFF
外部RAM的0x0000～0x0BFF地址空间被内部RAM占用，故不能使用。
外部ROM的默认地址空间为0xC100～0xE7FF，通过软件设定，也可以占用0x8000～0xBFFF地址空间。
2 SL11R存储器扩展
SL11R的外部存储器包括串行E2PROM存储器、外部SRAM数据存储器、外部EPROM程序存储器及动态存储器。
2.1 串行I2C E2PROM的扩展
串行E2PROM的扩展比较简单，只要根据I2C E2PROM的容量选择相应的电路即可。图1为扩展2K字节E2PROM电路图，图2为扩展16K字节E2PROM电路图。值得注意的是，如果用串行E2PROM作程序存储器，最好选用图1所示的接线。由于SL11R内部RAM只有3K字节，启动时BIOS首先从2K字节的串行E2PROM中加载指令代码。
读写I2C E2PROM可以直接调用BIOS中断实现，不需要另编程序，比较方便。
2.2 外部数据存储器及EPROM的扩展
SL11R的数据总线是16位，提供了两种存储器扩展模式供用户选择，可以通过软件设定外部存储器工作在8位模式或16位模式。图3是SL11R扩展32K×16位SRAM的实例。图3所示状态下外部SRAM工作在16位模式；当开关SW接地，则SRAM工作在8位模式，IC2不使用。SL11R的引脚XRAMSEL和XROMSEL可以分别作为外部数据存储器和程序存储器片选信号CS。
2.3 动态存储器的扩展
SL11R扩展动态存储器非常简单。因为它已经内置了动态存储器控制电路，与EDO DRAM直接连接就可以，不需要另加电路，而且自动刷新，用户使用动态存储器负使用SRAM一样方便。SL11R扩展DRAM的电路见图4。
扩展DRAM时要选择3.3V的EDO DRAM，尽量使用1M×16位的内存芯片如GM71V18163CJ、IS41LV16100、HY51V18164等，这样电路设计较简单。笔者在使用过程中发现，某些DRAM与SL11R存在兼容性问题，有时工作不稳定，但换另一批次的芯片后又正常工作，所以设计者在使用时应注意筛选。
SL11R对DRAM的寻址空间为0x8000～0x9FFF和0xA000～0xBFFFF。这个地址值控制寻址的低位地址（A0～A12），另外有2个对应的页面寄存器控制寻址的高位地址，每个页面都能完成对1M×16位空间的寻址。这两个16位的页面寄存器是0xC018和0xC01A，以页面1寄存器0xC018具体说明如下：
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，则对0x8000～0x9FFF空间的读写操作是针对DRAM，由DRAMOE和DRAMWT引脚选通DRAM，参见图4。
如果A21=0，则对0x8000～0x9FFF空间的读写操作是针其它外设，由nXMEMSEL引脚选通。这种方式使SL11R另外增加了1M×16位的寻址空间，但这个空间DMA方式不能直接寻址。
A13～A20则是页面1的高位地址，加上08000～0x9FFF的低位（A0～A12）实现页面1的寻址。
页面2的寻址与页面1的寻址完全一样，只是由0xC01A和对0xA000～0xBFFF的寻址实现。
页面1和页面2的寻址空间是重叠的，一般可以使用一个页面对DRAM寻址，另一个页面对其它外设寻址。
3 存储器速度的影响
SL11R的工作频率较高，必须要考虑存储器的速度，否则可能工作不正常。
3.1 静态存储器速度
读取外部静态存储器的时序见图5，具体参数见表2。表2中的参数是SL11R的内部工作时钟PCLK工作36MHz，等待周期设定为0时的数据。
表2 SL11R读周期参数
符 号 参 数 最小值 最大值 tCRtRDH
tCDH
tPRW
tAR
tAC CS下降沿到RD下降沿
RD上升沿到数据保持
CS上升沿到数据保持
RD低电平时间
RD下降沿到地址有效
RAM访问时间 1ns
5ns
3ns
28ns
1ns
31ns
3ns
12ns
SL11R扩展外部SRAM或EPROM时，可以设定等待周期，最长可设定7个等待周期，每个等待周期时间为31ns（PCLK=32MHz时），这样SL11R就可以扩展价格低廉的低速EPROM和SRAM存储器。
选择SRAM的速度主要应该由CS的低电平脉冲宽度决定：
tAC=tCR+tRDH-tCDH+等待周期时间
笔者经实验得到常见的SRAM需要设定的等待周期数，见表3。从表3的数据可知，一般SRAM的速度可以达到标称值，如PCLK为32MHz，100ns SRAM的等待周期为2，这时tAC=1+28+5-3+2×31=93ns。
表3 常见SRAM等待周期设定
100ns SRAM 70ns SRAM 15ns SRAM 12ns SRAM PCLK=32MHzPCLK=48MHz 2
3 1
2 0
0 0
0
3.2 动态存储器的速度
EDO DRAM的读写速度有两种情况：一种是随机读写；另一种是快速页面读写。SL11R随机读取DRAM的时序见图6，参数见表4。
表4 SL11R读DRAM参数
PCLK tRC 1RAS tCAS tRAC tOAC 32MHz 150ns 80ns 20ns 80ns 20ns 48MHz 100ns 53ns 13ns 53ns 13ns影响DRAM速度的参数较多，但选择DRAM主要是根据tRAS。一般选择50ns或60ns的DRAM就可以满足要求。
SL11R随机读写DRAM的周期时间tRC在PCLK为32MHz时为150ns；PCLK为48MHz时为100ns。经测试，DMA方式下，DRAM的读写速度可以达到6MHz，满足常用的数据采集要求。
DRAM的快速页面读写是指在DRAM的同一个页面下，即行地址相同时，DRAM保持行地址不变，只寻址列地址，这样可以减少发送行地址的时间。使用快速页面读写必须十分小心，因为在数据采集等场合，写数据时页面发生变化会影响DRAM的读写时间，很可能会丢失数据。
SL11R扩展外部存储器的能力较强，可以方便地扩展I2C接口的串行存储器、各种速度的静态存储器以及大容量的DRAM。配合SL11R的USB接口和快速的处理能力，可以满足各种应用的需要。
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