DS89C430/DS89C450超高速閃存微控制器存儲器接口時序

達拉斯半導(dǎo)體DS89C430超高速微控制器是一款每機器周期1時鐘的器件。DS89C430可直接替代舊的8051架構(gòu)設(shè)計。但是，必須評估內(nèi)存接口時序。本應(yīng)用筆記介紹了使用DS89C430微控制器時支持的五種總線模式。

介紹

超高速閃存微控制器系列，包括DS89C430和DS89C450，集成了獨特的每機器1時鐘周期內(nèi)核以及不同數(shù)量的閃存和內(nèi)部MOVX SRAM。雖然這使得設(shè)計一個沒有外部存儲器組件的完整系統(tǒng)成為可能，但某些應(yīng)用可能需要通過高速外部存儲器總線訪問額外的程序和/或數(shù)據(jù)存儲器。該系列中的器件支持多種內(nèi)存訪問模式，允許使用最慢（因此最便宜）的內(nèi)存器件以最快的速度運行。

任何內(nèi)存系統(tǒng)的設(shè)計都依賴于任意數(shù)量的常識規(guī)則。始終保持高速地址線短，以盡量減少傳輸線效應(yīng)。通過最小化加載次數(shù)和/或使用緩沖區(qū)，使任何內(nèi)存信號保持低負載。始終在微控制器、解復(fù)用鎖存器和存儲設(shè)備上使用足夠的去耦;在使用超高速微控制器進行設(shè)計時，這一點尤其重要。

這些規(guī)格假設(shè)指定信號的容性負載大致相等。但是，如果任何信號連接到額外的負載，則應(yīng)在關(guān)鍵路徑分析中使用額外的裕量，并選擇適當?shù)拇鎯ζ魉俣?。對于其他非常?guī)器件，在設(shè)計評估中確認其他重要的時序參數(shù)（例如寫入激活前的數(shù)據(jù)設(shè)置）可能是明智的。緩沖器可用于最大程度地減少總線負載過重的影響。

本應(yīng)用筆記有助于系統(tǒng)架構(gòu)師選擇正確的存儲器類型和速度，以滿足其設(shè)計標準。本文討論了各種外部存儲器尋址模式的設(shè)計建議和時序考慮因素。本應(yīng)用筆記中的計算基于編寫時的最佳數(shù)據(jù)。請查看相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊，了解任何器件的最新信息。

總線模式

當與外部存儲器接口時，架構(gòu)師必須選擇五種支持的總線模式之一，每種模式都會對外部存儲器時序產(chǎn)生重大影響。每種總線模式使用連接到P0和P2的內(nèi)存信號的不同配置。各種新模式（頁面模式）允許外部存儲器接口以不同的速度運行，幾乎所有模式都比標準8051存儲器接口方案更快。速度改進主要是通過重新排列微控制器的外部總線結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，使得地址LSB和數(shù)據(jù)總線與存儲器器件具有直接（即，不通過鎖存器）連接。這意味著，保存在 '373 鎖存器中的地址 MSB 僅在地址跨 256 字節(jié)邊界轉(zhuǎn)換時才需要更新。一旦 MSB 被鎖定，內(nèi)存訪問將以最快的速度（頁面點擊）執(zhí)行。在邊界交叉（頁面未命中）期間更新地址鎖存器時，尋呼模式會產(chǎn)生 2 個周期的損失，但在其他方面比傳統(tǒng)的 8051 架構(gòu)運行得更快。

大多數(shù)應(yīng)用程序?qū)⑹褂梅琼撁婺Ｊ剑榱伺c傳統(tǒng) 8051 兼容）或頁面模式 1，1 周期（為了盡可能快的速度）。這些總線通常在完成的應(yīng)用程序中硬連線，不會動態(tài)變化。總線模式如下：

非頁面模式

頁面模式 1（1 周期）

頁面模式 1（2 周期）

頁面模式 1（4 周期）

頁面模式 2

請注意，頁面模式操作是通過軟件啟用的。這意味著為了利用任何頁面模式，必須首先從內(nèi)部閃存開始執(zhí)行并啟用頁面模式操作。這是因為微控制器在任何重置后默認為非頁面模式。

非頁面模式

圖 1 顯示了傳統(tǒng)的 8051 內(nèi)存接口方案，也稱為非頁面模式。微控制器的端口 2 顯示地址的 A15-A8，而端口 0 顯示 A7-0 或數(shù)據(jù) D7-D0，具體取決于正在執(zhí)行內(nèi)存周期的哪個部分。這是微控制器復(fù)位后的默認模式。在本例中，程序中和數(shù)據(jù)存儲器設(shè)備都包含在系統(tǒng)中。該系列的成員通過多路復(fù)用總線與外部存儲器接口，以減少引腳數(shù)。因此，需要具有最小傳播延遲的外部鎖存器（如74ACQ373或74ACQ573）來解復(fù)用存儲器的地址和/或數(shù)據(jù)信號。鎖存器的內(nèi)容在每個存儲器周期都會發(fā)生變化，因此必須仔細選擇類型和邏輯系列，因為其傳播延遲位于外部存儲器接口的關(guān)鍵時序路徑中。

圖1.非頁面模式內(nèi)存接口。

該模式下的外部存儲器時序幾乎與DS4C87的每機器周期520時鐘相同。在此模式下，沒有頁面遺漏或點擊。無論拉伸周期設(shè)置如何，內(nèi)部閃存或SRAM訪問都需要一個系統(tǒng)時鐘周期，外部MOVC或代碼提取需要四個系統(tǒng)時鐘周期。外部 MOVX 操作至少需要四個系統(tǒng)時鐘周期。

頁面模式 1（1 周期）

這是最快的外部尋址模式。在這種模式下，內(nèi)部代碼獲取只需一個時鐘周期。由于地址MSB被鎖存，允許數(shù)據(jù)和地址LSB直接連接到存儲設(shè)備，因此可以提高速度。在頁面未命中期間插入一個額外的周期，以便有時間使用新地址 MSB 更新閂鎖。此模式的 2 周期和 4 周期版本類似于頁面模式 1（1 周期），不同之處在于擴展了外部存儲器操作以適應(yīng)速度較慢的設(shè)備。本文檔中有關(guān)選擇程序和數(shù)據(jù)存儲器訪問速度的部分假定頁面命中周期，因為它比頁面未命中周期更快且更關(guān)鍵。頁面命中次數(shù)的計時計算也適用于頁面未命中。

圖2.頁面模式 1 內(nèi)存接口。

頁面模式 2

這種外部尋址模式將地址MSB和數(shù)據(jù)多路復(fù)用在P2上，并將地址的LSB放在P0上。此總線配置僅提高外部代碼獲取的速度，因此外部 MOVX 訪問的時間與非頁面模式相同。

圖3.頁面模式 2 內(nèi)存接口。

選擇程序存儲器訪問速度

該微控制器設(shè)計用于連接典型的程序存儲器技術(shù)，如EPROM、閃存或SRAM。在選擇存儲器件時，必須考慮下面討論的幾個關(guān)鍵的交流時序特性。特定器件的選擇通常是一個迭代過程，需要兼顧成本、可用性和存儲器的時序參數(shù)，這些參數(shù)由微控制器的工作頻率決定。下表將存儲設(shè)備時序規(guī)格與其微控制器對應(yīng)項相關(guān)聯(lián)。表中使用的系統(tǒng)時鐘頻率是外部時鐘頻率乘以任何晶體乘法因子，即啟用10倍乘法器的2MHz外部時鐘頻率將具有20MHz的系統(tǒng)時鐘頻率。所有時序都是常見頻率的示例;其他頻率的精確值可以使用數(shù)據(jù)手冊中給出的公式計算。頁面模式的計時假定頁面命中，這是時間最關(guān)鍵的序列。通常，存儲器時序參數(shù)必須小于相應(yīng)的微控制器值才合適。

1. 從有效地址訪問內(nèi)存的時間。在微控制器中，這通常是阿維夫，在存儲設(shè)備中它是行政協(xié)調(diào)會或 t機 管 局.此參數(shù)表示存儲設(shè)備解碼 16 位地址并將數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上所需的時間。根據(jù)模式的不同，關(guān)鍵時序取決于端口 0 或端口 2。對于非尋頁模式，D7-0和A7-0在端口0上的多路復(fù)用意味著必須將鎖存器的傳播延遲添加到公式中。這要求存儲器比相應(yīng)的微控制器時序規(guī)格略快。

表 1.t阿維夫計時

*減去地址鎖存器的傳播延遲以獲得準確的t行政協(xié)調(diào)會對于內(nèi)存設(shè)備。

2. 從輸出啟用內(nèi)存的訪問時間有效。在微控制器中，這通常是普利夫，在存儲設(shè)備中它是OE.此參數(shù)表示芯片從禁用狀態(tài)激活其輸出所需的時間。在大多數(shù)存儲器配置中，/PSEN信號用作外部程序存儲器器件的輸出使能信號。在芯片使能激活之前，必須存在有效地址，此參數(shù)才有效。

表 2.t普利夫計時

3. 數(shù)據(jù)浮點（總線釋放）時間。此參數(shù)表示輸出使能信號取消置位后內(nèi)存設(shè)備繼續(xù)驅(qū)動總線的時間量。此參數(shù)在非尋呼模式和尋呼模式 2 中很重要，因為在每個周期內(nèi)，總線必須在數(shù)據(jù)和地址之間切換。這可能是高系統(tǒng)時鐘速度下的關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計人員應(yīng)確保東風(fēng)始終小于微控制器參數(shù) tPXIZ.

表 3.tPXIZ計時

存儲設(shè)備的信號時序因設(shè)備類型而異。內(nèi)存器件時序的典型采樣如下所示。

表 4.對各種內(nèi)存技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)存時序參數(shù)進行采樣

將這些設(shè)備與上面顯示的時間進行比較，可以選擇合適的存儲設(shè)備。作為一般經(jīng)驗法則，來自有效地址的訪問時間通常是關(guān)鍵時序參數(shù)，但建議系統(tǒng)設(shè)計人員驗證所有存儲器時序參數(shù)。下圖顯示了存儲設(shè)備的相對訪問速度。一般來說，SRAM需要以33MHz的頻率運行外部代碼，但低于25MHz的EPROM或閃存技術(shù)就可以了。

圖4.內(nèi)存類型的訪問時間的表示。

使用總線模式提高系統(tǒng)性能

盡管尋呼模式 1， 1 周期是最快的外部尋址模式，但在某些情況下，利用其他尋呼模式之一可以提高整體系統(tǒng)速度。這些情況涉及在同一設(shè)計中使用內(nèi)部和外部程序存儲器。假設(shè)系統(tǒng)設(shè)計人員希望使用頁面模式 1、1 周期總線以最大速度運行微控制器，但使用非易失性（閃存 EPROM）存儲器。一項調(diào)查將顯示，EPROM的最快訪問時間為35ns，這將限制最大系統(tǒng)時鐘速度為25MHz。

另一種方法是對軟件進行分段，并將最需要時間的部分降級到內(nèi)部存儲器中。然后使用較慢的總線模式之一（如頁面模式 1、2 周期或 4 周期）連接到外部存儲器。然后，微控制器可以以其最大系統(tǒng)時鐘頻率運行;內(nèi)部代碼執(zhí)行將全速進行，不經(jīng)常發(fā)生的外部訪問將以稍慢的速度執(zhí)行。這允許系統(tǒng)同時以最快的速度運行內(nèi)部和外部代碼。

選擇數(shù)據(jù)存儲器訪問速度

數(shù)據(jù)存儲器接口類似于程序存儲器接口，不同之處在于使用/RD和/WR信號。下表將存儲設(shè)備時序規(guī)格與其微控制器對應(yīng)項相關(guān)聯(lián)。表中使用的系統(tǒng)時鐘頻率是外部時鐘頻率乘以任何晶體乘法器因子，例如，啟用10倍乘法器的2MHz外部時鐘頻率將具有20MHz的系統(tǒng)時鐘頻率。所有時序都是常見頻率的示例;其他頻率的精確值可以使用數(shù)據(jù)手冊中給出的公式計算。

拉伸周期功能允許微控制器自動延長或拉伸外部數(shù)據(jù)存儲器 （MOVX） 訪問，以適應(yīng)較慢的外部存儲器和外設(shè)。當微控制器用于升級速度較慢的傳統(tǒng)基于 8051 的系統(tǒng)時，這一點尤其重要。此外，還有各種存儲器映射外設(shè)，如LCD顯示器或UART，它們的速度不夠快，無法跟上微控制器的步伐。無論拉伸周期設(shè)置如何，內(nèi)部 MOVX 和 MOVC 操作始終以 1 時鐘周期執(zhí)行。

此設(shè)備系列的所有成員默認對 MOVX 指令使用一個拉伸循環(huán)。為了獲得最大速度，應(yīng)用軟件可以寫入某些特殊功能寄存器 （SFR） 位，并使 MOVX 指令以零拉伸周期運行。拉伸周期在相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊和超高速閃存微控制器用戶指南中有更詳細的介紹。下表假定拉伸值為零，允許外部數(shù)據(jù)存儲器以最快的速度運行。

1. 從有效地址訪問內(nèi)存的MOVX時間。在微控制器中，這通常是tAVDV，而在存儲設(shè)備中，它通常是行政協(xié)調(diào)會.此參數(shù)表示存儲設(shè)備解碼 16 位地址并將數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上所需的有限時間。根據(jù)模式的不同，關(guān)鍵時序取決于端口 0 或端口 2。對于非尋頁模式，D7-0和A7-0在端口0上的多路復(fù)用意味著必須將鎖存器的傳播延遲添加到公式中。這要求 tAVDV 略小于 t行政協(xié)調(diào)會.

表 6.tAVDVx計時

*減去地址鎖存器的傳播延遲以獲得準確的t行政協(xié)調(diào)會對于內(nèi)存設(shè)備。

2. 從輸出啟用內(nèi)存的訪問時間有效。在微控制器中，這通常是RLDV，在存儲設(shè)備中它是OE.此參數(shù)表示存儲設(shè)備從禁用狀態(tài)激活其輸出所需的時間。在MOVX操作中，/RD信號用作外部程序存儲器器件的輸出使能信號。在芯片使能激活之前，必須存在有效地址，此參數(shù)才有效。

表 7.tRLDV計時

3. /RD和/WR脈沖寬度。此參數(shù)表示置位/RD和/WR選通的時間量。在微控制器中，這通常是RLRH或 t哇??.此參數(shù)很重要，因為SRAM對這些參數(shù)具有最低規(guī)格，必須在高速下保證。

表 8.tRLRH/ 噸哇??計時

4.數(shù)據(jù)浮動（總線釋放）時間。此參數(shù)表示輸出使能信號取消置位后內(nèi)存設(shè)備繼續(xù)驅(qū)動總線的時間量。此參數(shù)在非尋呼模式和尋呼模式 2 中很重要，因為在每個周期內(nèi)，總線必須在數(shù)據(jù)和地址之間切換。這可能是高系統(tǒng)時鐘速度下的關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計人員應(yīng)確保東風(fēng)始終小于微控制器參數(shù) tPXIZ.

表 9.t熱療計時

由于程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器訪問具有相似的時序（未選擇拉伸周期時），因此表5提供了頁面模式（1周期）和常見微控制器頻率的非頁面模式的各種系統(tǒng)時鐘頻率所需的MOVX存儲器訪問時序的便捷摘要。這是選擇數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的良好起點。