摘要：介紹了并口的EPP(Enhanced Parallel Port)接口協議及其高速數據通信的原理，并在ST公司uPSD3254A單片機及其開發(fā)環(huán)境PSDsoft EXPRESS基礎上完成了一個應用EPP接口協議的實現方案。
關鍵詞：EPP協議  uPSD3254A  PSDsoft EXPRESS

引言：

    在IBM公司推出PC機開始，并口已經是PC機的一部分。最初并口就是為代替串口來驅動高性能點陣式打印機[1]，并口通信有SPP、EPP、ECP三種傳輸模式，SPP模式是半雙工單向傳輸的，傳輸速率僅為15KB/S；EPP增強型模式采用雙向半雙工數據傳輸，傳輸速度高達2MB/S；ECP擴充型模式采用雙向全雙工數據傳輸，傳輸速率比EPP高。在設計和實現方面，EPP模式比ECP模式更靈活、簡潔、可靠，在工業(yè)界得到了更多的實際應用[2]。本文介紹的是一種基于uPSD3254A的EPP增強并口的設計，其核心是使用uPSD323X內部的CPLD實現EPP接口與PC機上并口之間的高速硬件通信,實際測試中速度達到了900KB/S。

1 EPP協議介紹

    EPP協議是由Intel、Xircom、Zenith三家公司聯合提出的，于1994年在IEEE1284標準中發(fā)布。EPP協議有EPP1.7和EPP1.9兩個標準，可以在PC機的 BIOS/外圍設備/并行口（BIOS/Peripheral Setup/Parallel Port Mode）方式中進行設置[3]。與傳統(tǒng)并行口標準利用軟件實現握手不同，EPP接口協議通過硬件自動握手，能達到500KB/s～2MB/s的通信速率。

1.1 EPP工作模式的寄存器和引腳定義 

    PC并口采用25針的DB型陰極接口，EPP工作模式的25個引腳的定義如表1所示。

                          表1  EPP協議引腳定義 

引腳號	EPP信號	方向	是否反向	說明
1	nWrite	輸出	是	低電平表示寫，高電平表示讀
2~9	Data0~7	輸出/輸入	否	數據
10	Interrupt	輸入	否	上升沿觸發(fā)中斷
11	nWait	輸入	是	低電平傳輸數據/地址，高電平傳輸結束
12	Spare	輸入	否	EPP未定義，可用戶自定義
13	Spare	輸入	否	EPP未定義，可用戶自定義
14	nDstrb	輸出	是	低電平表示數據傳輸
15	Spare	輸入	否	EPP未定義，可用戶自定義
16	nReset	輸出	否	低電平有效
17	nAstrb	輸出	是	低電平表示地址傳輸
18~25	GND	—	—	地

    在寄存器方面，EPP定義了8個寄存器，繼承了SPP的3個寄存器，其中EPP與SPP共用狀態(tài)寄存器和控制寄存器，保證了EPP模式和SPP模式軟硬件兼容型，其寄存器定義如表2所示。將并口設置為EPP方式時，需要在PC機的BIOS中設置并口工作于EPP方式，寄存器組的基地址（BASE）通常設為0x378。

                             表2  EPP寄存器定義 

地址	端口名稱	讀/寫
BASE+0	SPP數據端口	寫
BASE+1	SPP/EPP狀態(tài)端口	讀
BASE+2	SPP/EPP控制端口	寫
BASE+3	EPP地址端口	讀/寫
BASE+4	EPP數據端口	讀/寫
BASE+5~+7	用戶自定義	—

 
 
1.2 EPP讀寫周期 

     為了能進行有效的EPP數據通信，必須遵循EPP的握手時序。與SPP的軟件握手相比，EPP采用硬件完成的握手實現了高速的數據通信速度。EPP協議共分為四種周期：數據寫周期、數據讀周期、地址寫周期和地址讀周期，數據周期用于計算機和外設間傳送數據；地址周期用于傳送地址、通道、命令、控制和狀態(tài)等輔助信息。

1.2.1 EPP數據/地址讀周期如圖1所示

  EPP數據/地址讀周期CPU讀操作步驟如下：

1）程序對EPP數據寄存器(Base+4)/地址寄存器(Base+3)執(zhí)行讀操作

2）nDstrb/nAstrb被置低如果nWaite信號為低，否則等待

3）主機等待nWaite為高表示數據發(fā)送成功

4）從并口中讀取8位數據/地址

5）nDstrb/nAstrb被置高

6）EPP數據/地址讀周期完成 


                                 
                  圖1 EPP 數據/地址讀周期

1.2.2 EPP數據/地址寫周期如圖2所示

    EPP數據/地址寫周期CPU寫操作步驟如下：

1）程序對EPP數據寄存器(Base+4)/地址寄存器(Base+3)執(zhí)行寫操作

2）將nWrite信號置低（低表示寫操作）

3）將要寫的數據/地址數據送到數據總線上

4）nDstrb/nAstrb被置低如果nWaite信號為低，否則等待

5）主機等待nWait握手信號為高表示發(fā)送成功

6）nDstrb/nAstrb被置高

7）EPP數據/地址寫周期完成 

              
                          圖2 EPP 數據/地址寫周期

    其中，使用EPP1.7 (Pre IEEE 1284) 握手標準時，則nDstrb/nAstrb信號不考慮nWait是否為低，直接被置低開始一個新的讀/寫周期；如果使用EPP1.9握手標準，則只有在nWait信號為低時，nDstrb/nAstrb信號才會被置低開始一個新的讀/寫周期。但是EPP1.7和EPP1.9都要求nWait信號為高時一個讀/寫周期才結束[3]。

    由于nWait、nWrite、nDstrb、nAstrb等信號傳輸后反向（見表1），因此圖1和圖2 中的時序是從PC端考慮的，nWait信號表示單片機發(fā)出的原始信號，在PC端實際采用的是與單片機發(fā)出的原始信號取反后的信號。

2 uPSD323X及其開發(fā)環(huán)境介紹

    ST公司的uPSD3254A是帶8032內核的Flash可編程系統(tǒng)器件，具有在線編程能力和超強的保密功能；256+32Kbytes的Flash存儲器；片內8K的SDRAM；帶有16位宏單元的3000門可編程邏輯電路（CPLD），可以實現EPP接口等一些不太復雜的接口和控制功能，50個I/O引腳等。

    由于uPSD3254A采用8032內核，因此可以完全得到Keil C51編程器的支持，PSDsoft EXPRESS是ST公司開發(fā)的基于Windows平臺的一套軟件開發(fā)環(huán)境。只要點擊鼠標即可完成對地址鎖存器、Flash、可編程邏輯電路等外設的所有配置和寫入。使用PSDsoft EXPRESS工具對uPSD3200系列器件的可編程邏輯電路的操作簡單、直觀。

3.基于uPSD3254A的EPP接口實現

3.1 硬件接口

    EPP增強并口的速度最高可達到500KB/s～2MB/s，這對外設的接口有很高的要求，如果外設響應太慢，系統(tǒng)的整體性能將大大下降。但如果采用可編程邏輯器件，使接口的響應完全由硬件來完成，系統(tǒng)的整體性能將大大提高。這種實現方案可以達到并口中的速度極限，而且保密性好，EPP接口（EPP1.9）外設硬件接口原理如圖3所示。

         
                         圖3 EPP接口外設硬件接口圖

    在本設計中，uPSD3254A采用主動連續(xù)接收PC機并口的數據，當需要數據時，連續(xù)接收PC的數據，否則PC一直等待nWait信號有效。而當外設準備好數據上傳到PC機時，PC機采用的是中斷方式接收外設的數據。

3.2 CPLD邏輯編程

       在PSDsoft EXPRESS工具中，將PA端口（D0～D7）配置成帶有時鐘上升沿觸發(fā)的寄存器類型（PT clocked register）的輸入宏，PB4（nWrite）、PB6(nDstrb)、PB7(nAstrb)配置成CPLD邏輯輸入（logic input）口。nDstrb信號和nAstrb信號各自取反再相與后的值作為輸入宏單元的時鐘。上述對PA、PB端口的配置用方程式表示如下：

EPP_D0.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D1.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D2.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D3.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D4.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D5.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D6.LD = !nDstrb & !nAstrb;

EEP_D7.LD = !nDstrb & !nAstrb;

nAstrb.LE = 1;

nDstrb.LE = 1;

    數據正向傳輸過程：即計算機向外設單片機傳輸數據（即EPP數據寫周期）為例，計算機首先把nWrite信號置為低，表明是寫周期，同時將數據放到數據總線上，然后檢測nWait信號，如果nWait為低則置低nDstrb信號。此時，!nDstrb & !nAstrb信號會出現一個上升沿，此上升沿會將PA端口的數據鎖存到輸入宏；當單片機檢測到nDstrb為低時將nWait信號變高表示外設正忙接收數據并處理，同時讀取數據總線上的數據。當計算機檢測到nWait信號為高后就會將數據握手信號nDstrb變高，EPP數據寫周期結束。上述EPP數據的鎖存和nDstrb握手信號的產生都由硬件產生，因此數據傳輸速度快。整個數據傳輸過程可以在一個I/O周期內完成。

       數據反向傳輸過程：單片機準備好數據需要上傳到計算機時，uPSD3254A將數據放到PA端口，同時置低Intr信號線，向計算機申請一個中斷，而計算機則由一個硬件驅動程序來處理并口的硬件中斷。計算機首先把nWrite信號置高，表示當前為讀周期，當計算機讀取EPP數據口時同樣會檢測nWait信號。如果nWait為低，然后置低nDstrb并讀取數據總線上的數據。單片機在檢測到nDstrb為低時馬上將nWait信號置高，PC機在nWait為高后自動將nDstrb信號置高，完成一個數據周期的讀（相對PC機而言）過程。

3.3單片機數據接收程序

sbit nwait = P1^0;

sbit ERROR = P1^1;

sbit nDstrb ＝ PB & 0x40;

void parallel_rcv(unsigned long rcv_count)     //并口接收，rcv_count為接收字節(jié)數

{

       unsigned long i;

    rcv_data = (unsigned char * )&rcv_buffer;  

       reread_sign = 1;                                        //非錯誤態(tài)

       while(reread_sign ==1)

       {

              for(i=0;i<rcv_count;i++)                            //接收數據

              {

                   nwait = 1;                                   //PC端反向后為低，表示外設準備好接收

                     while(nDstrb)                             //等待nDstrb為低時完成數據傳輸并鎖存

                     nwait = 0;                                   //完成寫周期，

                     rcv_data[i] = UPSD_xreg.IMC_A;  //從鎖存的輸入宏中讀取數據

              }                                                                    //接收完成     

              ERROR = error_check(rcv_data);                //檢測錯誤，1為正確，0為錯誤

              if(ERROR)                                                      

              {

                     reread_sign = 0;                                        //無錯則退出while循環(huán)       

              }

              else                                                   

              {

                     ERROR = 1;                                             //校驗有錯則while循環(huán)繼續(xù)

              }

       }

       該程序為單片機數據接收（即PC寫數據）子程序，其中rcv_buffer為接收緩存區(qū)，error_check為對接收的數據進行校驗.如果出錯，則將用戶自定義引腳12置低，PC機讀取狀態(tài)寄存器時讀取到該用戶自定義狀態(tài)為低時，將數據重發(fā)，保證了通信的可靠性。

參考文獻：

[1] 余張國，李眾立，張曉琴，李磊民.基于EPP協議的AVR與PC并行通信系統(tǒng)的設計.PLC&FA，2004：（5）
[2] 霍曉方.用68HC908GP32單片機實現EPP增強并口的接口技術.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，  2006:(4)
[3] Interfacing the Enhanced Parallel Port.pdf. http://www.beyondlogic.org 

作者簡介：

方耀湘（1982－），男 湖南省湖南大學電氣與信息工程學院碩士研究生，研究方向：電子技術應用。  

黎福海（1964－），男，廣西人，湖南大學電氣與信息工程學院副教授，目前研究領域：數字信號處理。

胡兆斌（1963－），男，陜西人，深圳美安可有限公司總工，目前研究方向：工業(yè)印刷技術。