ECP协议及在SX52BD与PC机间通信的实现

引言

扩展能力端口模式ECP（Extented Capability Port）是一种IEEE 1284标准的工作模式之一。它能实现双向数据传输，具有DMA传输、数据RLE压缩、双向寻址等功能。它要求主机外设双方的硬件都必须实现状态机的功能，即自动产生各种控制信号。ECP模式是唯一定义了寄存器实现的IEEE 1284传输协议。在计算机端操作ECP并行协议，仅需对相应的寄存器进行读写就会触发硬件完成各种时序。ECP模式的数据传输率可以达到 2～4MB/s。



SX52BD是SX系列产品，是采用CMOS工艺制造的、可配置的通信控制器。它是一种高速单片机，指令大都是单周期的，其工作频率可达到50MHz。由于其特有速度，设备可实现虚拟外设（软件代替硬件的功能）。本文讲述的通信就是基于此完成的。

1 ECP协议

ECP传输通过标准并行端口实现。其DB25接口的引脚定义如下：
1—HostClk; 2～9—双向D1～D8；
10—PeriphClk； 11—PeriphAck；
12—nAckReverse; 13—Xflag；
14—HostAck; 15—nPeriphRequest；
16—nReverseRequest; 17—IEEE1284Active；
18～25—各信号地。

ECP模式分以下8个操作阶段。



① 模式商议阶段。主机把ECP的能力请求值放到数据总线上，然后置IEEE 1284 Active为高，HostAck为低。外设应该置PeriphClk为低，nPeriphRequest为高，Xflag为高，nAckReverse 为高。主机置HostClk为低，然后置HostClk和HostAck为高，表示已经确认了一个兼容于ECP模式的外设。接着，外设置 nAckReverse为低，PeriphAck为低，Xflag为高，PeriphClk为高。接口进入设置阶段。

②ECP设置阶段。主机置HostAck为低，外设置nAckReverse为高，响应主机。接口进入正向空闲阶段，可以开始传输数据。

③正向空闲阶段。外设置PeriphAck为低，主机检测到此信号可开始传输数据。

④ECP正向传输阶段。主机将数据放到数据总线上，置HostClk为低。外设置PeriphAck为高，应答。主机置HostClk为高，外设接收数据并置PeriphAck为低，完成这次传输。

这种握手方式即互锁握手（interlocked handshake）。互锁握手是指每一个控制信号的跳变都由接口对方相互应答。使用这种方式，外设可以控制传输的时间以满足它进行操作的需要。

⑤ECP正向到反向转换阶段。在正向空闲阶段，主机置8位数据总线为高阻状态，并设置HostAck为低。为等待最小建立时间后，置nReverseRequest为低。外设置nAckReverse为低应答，进入反应空闲阶段。

看上去相当复杂，但PC端操作却很简单，仅需对后面介绍的寄存器读写即可。单片机端略微复杂，但也只需对I/O口置位、复位、读取，编程并不难。



2 SX52BD单片机简介

SX52BD片内程序存储器容量为4096字节，数据存储器容量为262×8位。SX52BD具有5个8位I/O端口A、B、C、D、E，2个带8位预定标器的16位定时器，1个带预定标器通用8位定时器，1个模拟比较器，1个brownout检测器及看门狗定时器，1个内部RC振荡器。端口 A、B、C为双向I/O口；端口B可作为唤配置、比较器、定时器1的输入；端口C可作为定时器2的输入；端口D、E仅做输入用。
SX52BD有3种不同的寻址方式：间接寻址、直接寻址、半直接寻址。对寄存器寻址模式的选取依赖于指令中5位“fr”的值。

*间接模式：fr=00h
*直接模式：（fr bit 4=0）fr=01h～0Fh
*半直接模式：（fr bit 4=1）fr=10h～1Fh

由于SX52BD运行速度可达50MHz，由指令运行产生时序完全可达到ECP协议的时序时间要求，并且它的I/O口驱动能力满足PC机要求。因此，不用使用任何额外的硬件电路产生时序，这就是虚拟外设的概念。

3 ECP通信在SX52BD与PC机间的实现

由于采用了虚拟外设，因此硬件电路结构极其简单：将SX52BD单片机的25个双向I/O口接入PC机即可。
ECP通信的实现由软件完成。主机设置好BIOS后，可通过操作寄存器直接产生硬件所需时序。寄存器定义如表1。

表1 寄存器定义（基址0x378）

名  称	地址偏移	读  写	大  小	功  能
ecpAFifo	0x000	W-R/W	大小	地址寄存器
dsr	0x001	R	字节	状态寄存器
dcr	0x002	R/W	字节	控制寄存器
ecpDFifo	0x400	R/W	双字节	数据寄存器
ecr	0x402	R/W	字节	扩展控制寄存器

其中状态寄存器dsr位定义如图1，控制寄存器dcr的位定义如图2。扩展控制寄存器ecr中定义了ECP对FIFO、DMA的使用，在速度要求较高时才对其操作。

下面列出了实现简单的ECP协议。图3为SX52BD端的程序流程图，图4为PC机端的程序流程图。

结语

总体来说，由于ECP协议功能完善而且实现简单，对时间要求也不是很严格，在许多传输速率要求不是特别高的场合中应用价值很高。另外，SX系列单片机的虚拟外设具有很广泛的应用。