MCF51QEl28快速GPIO的外部總線接口設計

引言
外部總線接口大都出現在功能和價格較高的高端微處理器中。例如，Freescale半導體公司生產的Coldfire和PowerPC微處理器，在低端的微控制器行列中，一般很少出現，主要原因是微控制器一般內部包含了Flash和SRAM，而不是像微處理器那樣需要外擴大容量存儲器放置代碼和運行程序。但是，微控制器也會遇到需要外擴外部總線設備的情況，筆者在某項目中需要使用McF51QEl28(以下簡稱“QEl28”)微控制器連接外部Flash存儲測試數據，存取速度要求較高，因此無法使用串行接口的存儲器，只能使用具有地址線和數據線的Flash存儲器。
QEl28是Freescale半導體公司推出的Flexis系列的首款產品，具有25 MHz的總線速度和多種外設模塊；還有一個特點是，其內部包含了與其他微控制器不同的快速GPI()模塊。

1 設計思路
使用微控制器中通用I／O模塊模擬實現外部總線接口是一個比較好的方法，但目前微控制器中GPIO模塊一般僅包含8個I／O口，而大容量的存儲芯片一般的地址總線和數據總線都是16位或者更高位數的。這種情況下需要使用2個GPIO端口組合才能模擬，速度不高。
QEl28微控制器中的快速GPIO模塊(RGPIO)是一個比較特殊的模塊。該模塊直接與處理器的32位內部總線連接，支持字節、字和雙字的訪問，支持單周期、零等待的數據傳輸。這種特性與普通的GPIO有較大區別。區別的根本原因在于普通的GPIO模塊都是與微控制器內部的從設備總線連接的。
實現的關鍵在于，如何使一個RGPIO模塊既可以作為地址總線使用，又可以作為數據總線使用。通過對總線的分析，所有的數據通信都由主設備發起，然后發送地址信號，最后發送數據或接收總線數據，這種操作是有先后順序的。基于這種分析，將RGPIO模塊分時復用便可解決此問題。
使用QEl28快速GPl0實現外部總線接口的設計示意圖如圖1所示。

RGPIO模塊的16個引腳連接外部設備的地址總線和數據總線(此處需要注意)，各信號線的含義如表1所列。其中的GPIO表示微處理器中方向可以為輸出的通用輸入／輸出引腳。需要注意的是，RGPIO模塊的16個引腳是與兩個通用I／O模塊PORTC和PORTE復用的，所以在原理圖設計時，用作控制信號的GPIO引腳應選擇PORTC和PORTE端口之外的GPIO。另外，如果RGPI0需要內部上拉，則需要設置PORTC和PORTE的內部上拉寄存器。這一點在軟件設計中的外部總線接口初始化函數Exb_Init中有體現。

2 硬件連接實例
以Atmel公司的單電壓存儲器AT49LVl024A為例。AT49LVl024A存儲容量為128 KB(64K×16位)，工作電壓為3．3 V，可以直接與QEl28連接。AT49LVl024A的地址線和數據線寬度均為16位，控制信號包括芯片使能信號、輸出使能信號和寫使能信號。