作者：清華大學電機工程與應用電子技術系(100084) 霍曉方 來 源：《電子技術應用》

用增強并口epp協(xié)議擴展計算機的isa接口

摘 要： 提出了用epp協(xié)議和cpld擴展筆記本電腦的isa接口的方法，給出了詳細的技術解決方案。擴展的isa接口可以達到1310 kb/s的雙向通訊速度，與isa本身的速度相當。用戶可以通過擴展的isa接口直接使用市場上的基于isa的接口卡。

關鍵詞： isa 標準并口 增強并口（epp）復雜的可編程邏輯器件

利用微機開發(fā)便攜式的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)一直是微機應用系統(tǒng)開發(fā)者十分關心的課題。特別是在基于筆記本的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，這一點顯得尤為重要。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)是針對臺式機或者工控機設計的，一般都做成了標準的插卡，如a/d卡、d/a卡、rs232擴展卡等。用戶根據(jù)自己的實際需要選取合適的插卡，安裝在自己的計算機中，再編寫所需要的程序。但是在基于筆記本的應用系統(tǒng)中，由于筆記本電腦沒有擴展槽，如果用戶自己不再配一個擴展箱，就不能配置現(xiàn)成的插卡。擴展箱的主要功能是擴展筆記本的各種外圍接口，即把筆記本的功能擴展為與一個臺式機相同的功能。它需要單獨的電源供應，體積比筆記本電腦本身大，又比筆記本重的多，價格在人民幣7000～10000元左右。如果能夠找到一種便捷的方法，為筆記本電腦提供一個標準的總線接口，如isa接口，那么現(xiàn)在市場上大部分的插卡都可以用在筆記本上，不僅為用戶節(jié)約了一個擴展箱投資，而且還為用戶提供了更加廣闊的選擇余地。本文提出了解決該問題的一個完整的技術方案。

１ epp并口

最初的計算機并口只是為打印機設計的，數(shù)據(jù)只是單向傳輸。ibm公司引進了ps/2設計后，并口開始支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，但是ps/2實際上并沒有成為一個業(yè)界廣泛認可的雙向并口模式。1992年，由itel,xicom和zenith公司共同制定了epp1.7標準。以后ieee又發(fā)展了ieee1284的epp標準。實際上epp的標準共有三個，即epp1.7、epp1.9和ieee1284，這些標準并不完全兼容，特別是epp1.7和ieee1284之間，不過這些對用戶的使用并沒有太大的影響。文獻[1]即是ieee1284標準，其中規(guī)定了并口各種模式的詳細的時序圖，包括spp、ps/2、ecp和epp模式。作者根據(jù)ieee1284上規(guī)定的時序圖進行了時序設計，而計算機上提供的epp版本是epp1.7或epp1.9，實際使用中它們沒有什么不能匹配的地方。

２ 用epp擴展isa接口的總體設計

計算機主板上一般有2～3個isa插槽，可以擴充一些isa插卡。大多數(shù)基于isa標準的微機數(shù)據(jù)采集和控制只用到了isa接口的數(shù)據(jù)線、地址線、aen、ale、＃ior、＃iow等信號，有的也用到了中斷和dma的信號。只要了解這些信號之間的時序關系，我們完全可以自己用邏輯器件“制造”出isa接口，文獻[2]介紹了用單片機擴展總線的技術，包括isa、std總線等。作者曾經用并口的spp模式和80c196單片機擴展出了計算機的isa接口，但是io讀寫只能達到20kb/s左右，總體的效果不太理想。ecp和epp都能進行高速雙向數(shù)據(jù)通訊，但是ecp的實現(xiàn)遠比epp復雜的多，其性能和epp卻大致相當，所以最終的方案采用了epp模式。由于單片機是一個單任務的串行控制器，如果單片機只是用來擴展isa接口，那么可以達到比較高的速度；否則，isa總線的速度會大大降低，最后變得失去使用價值，所以最終的外設芯片不能采用單片機，只能采用dsp或者大規(guī)模可編程邏輯器件。作者選用了后一種方案。

用epp擴展isa口的硬件核心是一片可編程邏輯器件，如cpld，它一方面負責與計算機通過epp協(xié)議進行雙向數(shù)據(jù)通訊，另一方面負責產生isa接口時序，系統(tǒng)體系相當簡潔而高效，電路原理如圖１所示。epp的數(shù)據(jù)線d0～d7和信號線nwrite、ndstrb、nastrb、ninit、nwait、intr直接與cpld的雙向i/o線相連。另外，epp沒有定義標準并口的第12、13、15三個引腳，這些引腳用戶可以靈活使用。電路圖上并口的第13腳和cpld連了起來，可以提供其他的功能。cpld提供了isa接口的d0～d7７、a0～a15、ale、aen、＃ior、＃iow、irq、iordy等信號。擴展的isa接口提供了16根地址線，可以尋址64k的io空間，這比計算機所提供的io空間（1k）大了許多倍。用戶可以專門設計具有64k尋址能力的數(shù)據(jù)采集和控制板，也可以用只有1k尋址能力的數(shù)據(jù)采集和控制板，在這種情況下，地址線的高６位被忽略了，但這并不影響系統(tǒng)的正常使用。

３ 硬件操作方法

epp協(xié)議定義的并