5. Разработка микропроцессорного модуля

Микропроцессорный модуль (МПМ) является основной частью МПС и управляет всеми остальными ее блоками. Обобщенная структура МПМ приведена на рисунке 4. МПМ содержит:

5. микропроцессор;

6. системный контроллер;

7. генератор синхроимпульсов;

8. шинные формирователь шин адреса и данных.

Рисунок 4 - Обобщенная структура микропроцессорного модуля МПС

1. Описание элементной базы мпм

   1. Микропроцессор i82386sx

Основой МПС является микропроцессор I82386SX. УГО МП приведена на рисунке 5, а в таблице 3 приведено назначение сигналов МП.

Рисунок 5 - УГО микропроцессора I82386SX

Таблица 3 - Назначение сигналов микропроцессора 386

Сигнал	I/O	Назначение
CLK2	I	Clock – внешний сигнал синхронизации процессора
D[15:0]	I/O	Data – сигналы шины данных
А[23:1]	О	Address – сигналы шины адреса
BLE#, BHE#	О	Byte Low Enable, Byte High Enable
W/R#	О	Write/Read – сигнал, определяющий тип шинного цикла (запись/чтение)
M/IO#	О	Memory/ IO# Select – высокий уровень указывает на обращение к памяти (или останов), низкий – на обращение к портам ввода-вывода или под­тверждение прерывания
D/C#	О	Data/Control# – сигнал, определяющий тип шинного цикла (высокий уровень при передачи данных памяти или ввода-вывода, низкий – при выборке кода, в цикле подтверждения прерывания или при останове)
ADS#	O	Address Status – сигнал идентификации адресного цикла, во время которого действительны сигналы W/R#, D/C#, M/IO#, ВЕ[0:3] и А[31:2]
NA#	I	Next Address – запрос следующего адреса при конвейерной адресации
READY	I	Bus Ready – сигнал завершения шинного цикла. Шинный цикл расширяется на неограниченное время до появления сигнала готовности (низкий уровень)
LOCK	О	Bus Lock – сигнал монополизации управления шиной, вырабатывается на время выполнения инструкции по префиксу LOCK и автоматически при выполнении инструкций XCHG с памятью, подтверждения прерывания и доступа к таблицам дескрипторов
INTR	I	Interrupt Request – сигнал запроса (высоким уровнем) маскируемого пре­рывания
Сигнал	I/O	Назначение
NMI	I	Non Mascable Interrupt – сигнал, высокий уровень которого вызывает немас­кируемое прерывание NMI
RESET	I	Сигнал аппаратного сброса (высоким уровнем)
HOLD HLDA	I О	Bus Hold Request и Hold Acknowledge – запрос управления локальной шиной от другого контроллера и подтверждение предоставления
PEREQ	I	Processor Extension Operand Request – запрос на передачу операнда со­процессором
BUSY# ERROR#	I I	Processor Extension Busy и Error – сигналы состояния сопроцессора. Ак­тивность сигнала BUSY# останавливает процессор, а сигнала ERROR вы­зывает исключения при исполнении инструкций WAIT и некоторых инструкций ESCAPE

У микропроцессора 386SX разрядность шины данных 16 бит - имеются только сигналы D[15:0], разрядность шины адреса 24 бит - А[23:1]. Синхронизация процессора осуществляется внешним сигналом CLK2, час­тота которого делится пополам внутренним делителем для получения сигнала внутренней синхронизации. Каждому периоду CLK2 соответствует одна из двух фаз внутренней синхронизации (фаза 1 или фаза 2). Максимальная пропускная способность локальной шины процессора – одно двойное слово за каждые два цикла внутренней частоты PCLK.

Шина адреса позволяет адресовать 16 Мб физической памяти (000000-FFFFFFh) в защищенном режиме и 1 Мб из области младших адресов в реальном режиме. Из этого правила для реального режима есть два исключения:

• линии А[20:23] после сигнала RESET во время выборки кода находятся в единичном состоянии до первой инструкции межсегментного перехода;

• линия А20 может принимать единичное значение, когда сочетание зна­чения сегментного регистра и эффективного адреса приводят к переходу через границу 0FFFFFh (максимально возможное значение физического адреса в реальном режиме 01FFEFh). Для обеспечения полной совмес­тимости с 8086 применяют программно управляемый вентиль (GATE A20), принудительно обнуляющий бит А20 системной шины ад­реса.

При выполнении инструкций ввода-вывода процессор адресуется к области в 64 Кб пространства ввода-вывода (000000-00FFFFh).

Линии А[23:1] идентифицируют адрес с точностью до слова, а в пределах этого слова сигналы ВHЕ#, ВLЕ# непосредственно указывают, какие байты используются в данном цикле. ВLЕ# относится к D[7:0], ВHЕ# – к D[15:8], при этом все байты могут быть только смежными.

Для связи с системной шиной, имеющей возмож­ность подключения 8-битных устройств (шины ISA и EISA) и полную шину адреса, включа­ющую сигналы АО и SBHE#, недостающие сиг­налы генерируются из сигналов ВHЕ#, ВLЕ# и необходим «косой» буфер данных между линиями D[15:8] про­цессора и Data[7:0] системной шины.

Тип цикла локальной шины определяется сигна­лами М/IO#, D/C#, W/R# и LOCK#, комбинация которых действительна во время активности сигнала ADS#.

Сигналы управления шиной ADS#, READY# и NA# задают временные границы циклов и управля­ют конвейерной адресацией. Сигнал ADS# отмечает начало каждого цикла, во время его действия произ­водится идентификация типа цикла и фиксируется соответствующий ему адрес (линии А[23:1], ВHЕ#, ВLЕ#). Сигнал READY# дол­жен вводиться внешней схемой в каждом цикле, отмечая готовность к заверше­нию текущего цикла. Сигнал NA# используется для запроса следующего адреса при конвейерной адресации, когда внешние схемы уже готовы воспринять новый адрес и сигналы идентификации. Если процессор уже имеет внутренний запрос на следующий шинный цикл, он выдаст адрес и идентификаторы следу­ющего цикла до завершения текущего.

Таблица 4-Декодирование шинных циклов МП 386

M/IO#	D/C#	W/R#	Тип цикла
0	0	0	Подтверждение прерывания (INTA#)
0	1	0	Чтение порта (IOR#)
0	1	1	Запись в порт (IOW#)
1	0	1	Если ВЕ2# = 0 - останов (Halt), если ВЕ0# = 0 - отключение (Shutdown); при этом А[23:1]=0, а остальные BEi=l.
1	0	0	Чтение кода программы(MEMR#)
1	1	0	Чтение данных из памяти (MEMRD#)
1	1	1	Запись данных в память (MEMWR#)

Сигналы арбитража локальной шины предназначены для передачи управ­ления локальной шиной другому устройству по его запросу - переходу в сос­тояние лог. «1» линииHOLD. Когда процессор сочтет возможным передачу управления (в незаблокированных циклах сразу по завершении текущего шин­ного цикла), он выставит сигнал подтвержденияHLDA.