ＦＡＳ４６６是Ｑｌｏｇｉｃ公司生產的一款高性能ＳＣＳＩ處理器，它可提供Ｆａｓｔ４０ ＳＣＳＩ同步傳輸速率，其高度集成的ＳＣＳＩ核心支持先進的ＳＣＡＭ一層和二層協議，而內嵌的微控制器則使用戶可以通過靈活多變的編程方式協調ＳＣＳＩ隊列，簡明清晰的外部接口使得硬件設計更為簡單，尤其適合于開發專用ＳＣＳＩ存儲系統。硬件接口的設計此前已有文章介紹，而軟件設計是基于ＦＡＳ４６６系統的開發難點，目前此類文章尚不多見。本文通過對ＦＡＳ４６６處理器內部結構和操作原理的深入分析，給出了基于ＦＡＳ４６６處理器系統的通用軟件解決方案和應用實例。

１、ＦＡＳ４６６的結構和原理

ＦＡＳ４６６的內部結構如圖１所示，該器件由ＳＣＳＩ控制器、微控制器、ＦＩＦＯ以及連接它們的總線和信號線組成，并通過它們為外部提供微處理器接口、ＤＭＡ接口和ＳＣＳＩ總線接口。

ＦＡＳ４６６微處理器接口可以連接多種微處理器或ＤＳＰ；而ＤＭＡ接口則主要與外部ＤＭＡ控制器連接？組成ＤＭＡ通道；ＳＣＳＩ總線接口可以連接各種ＳＣＳＩ設備。其中，ＳＣＳＩ控制器與微控制器分別是ＳＣＳＩ協議的執行中心和控制核心。

１．１ ＳＣＳＩ控制器操作原理

ＳＣＳＩ控制器為ＳＣＳＩ協議操作提供了靈活有力的底層硬件支持。它通過３２個８位寬的寄存器與外部微處理器作用。ＳＣＳＩ控制器命令集包括中斷命令、斷開命令、目標器模式命令、啟動器模式命令和混合命令。外部微處理器或者ＦＡＳ４６６微控制器通過向ＳＣＳＩ控制器命令寄存器中寫入代表特定行為的命令代碼來實現命令的發送。ＳＣＳＩ控制器將自動執行命令，通過命令中斷狀態寄存器和命令狀態寄存器來反映命令完成的狀態信息。

ＳＣＳＩ控制器內部有五個狀態階段：復位狀態、斷開（空閑）狀態、選擇和重選允許狀態、目標器空閑狀態和啟動器空閑狀態。其狀態轉換圖如圖２所示。

（１）復位狀態

上電復位后，ＳＣＳＩ控制器處于復位狀態，此時ＳＣＳＩ控制器不能驅動任何ＳＣＳＩ總線信號，也不響應任何信號，命令寄存器中的命令被忽略？而且只要ＦＡＳ４６６外部復位信號有效，ＳＣＳＩ控制器始終保持在這個狀態。在操作過程中，外部微處理器可以通過給ＳＣＳＩ控制器模塊的復位位寫１（微處理器接口模塊復位寄存器１位）使ＳＣＳＩ控制器處于復位狀態，寫０使ＳＣＳＩ控制器進入空閑狀態。

（２） 斷開（空閑）狀態

當ＳＣＳＩ總線復位信號（ＲＳＴ）有效，且ＳＣＳＩ控制器不處于復位狀態或者ＳＣＳＩ控制器與ＳＣＳＩ總線斷開時，ＳＣＳＩ控制器進入該狀態，此狀態不能進行選擇和重選操作。

（３）選擇和重選允許狀態

當斷開模式命令允許ＳＣＳＩ控制器響應選擇和重選信號時，系統進入此狀態，所有參與仲裁使用ＳＣＳＩ總線的命令都必須經過此狀態。該狀態下，ＳＣＳＩ控制器響應總線發出選擇和重選事件。除非進入目標器或啟動器空閑狀態，或者ＲＳＴ信號有效，否則ＳＣＳＩ控制器將一直保持這個狀態。

（４）目標器空閑狀態

當ＳＣＳＩ控制器響應總線發起事件或者作為其它ＳＣＳＩ設備重選的結果時，系統進入該狀態。此狀態下，ＳＣＳＩ控制器將作為目標器連接到ＳＣＳＩ總線，且當ＢＳＹ（總線忙）信號有效時，系統將驅動ＳＣＳＩ階段流水線。此狀態承認目標器模式和混合命令。除非ＳＣＳＩ控制器目標器斷開（總線空閑）或者ＲＳＴ信號有效，否則ＳＣＳＩ控制器將一直保持該狀態。

（５）啟動器空閑狀態

當ＳＣＳＩ控制器響應總線重選事件或者作為其它ＳＣＳＩ設備選擇的結果時，系統進入該狀態。此狀態下，ＳＣＳＩ控制器將作為啟動器連接到ＳＣＳＩ總線上，而ＦＡＳ４６６并不使ＢＳＹ信號有效，也不驅動ＳＣＳＩ階段流水線。ＳＣＳＩ控制器將一直保持這個狀態、直到ＳＣＳＩ總線空閑（目標器斷開）或者ＲＳＴ信號有效。

ＳＣＳＩ控制器根據當前狀態，總線發起事件和命令寄存器中的命令來決定各個狀態階段之間的轉換，以實現ＳＣＳＩ總線的仲裁作用，并響應總線發起選擇或者重選事件以及進行命令、消息、數據、狀態在ＳＣＳＩ總線上的傳輸等任務。

１．２ ＦＡＳ４６６微控制器操作原理

ＦＡＳ４６６微控制器是一個小型的Ｆａｓｔ結構（４０Ｍｉｌｌｉｏｎ指令每秒）ＲＩＳＣ微處理器，內部有一個３２位的寄存器文件、一個五級深度的堆棧、一個整型ＡＬＵ和其它特殊功能寄存器。該微控制器的所有指令都是１６位寬，除了子程序在兩個指令周期（四個時鐘周期）內完成外，其它所有指令均在一個指令周期內完成。

ＦＡＳ４６６微控制器有三種操作狀態：復位狀態，空閑狀態和運行狀態，其狀態轉換圖如圖３所示。

系統復位時，微控制器進入復位狀態，在空閑和復位狀態下，外部微處理器可以通過Ｉ／Ｏ口操作微控制器的內部寄存器和程序存儲器。首先由外部微處理器通過地址指針寄存器加載寄存器地址，然后再通過內部寄存器或者程序存儲器的字節操作寄存器來進行操作。外部微處理器則通過設置地址指針寄存器和寫程序數據到程序存儲器的字節寄存器來將程序下載到微控制器的程序存儲器中。下載完畢后，外部微處理器向程序計數器寫程序開始執行的地址，然后寫０１ｈ到控制狀態寄存器，這樣程序就會從指定的位置開始執行以進入運行狀態。微控制器運行過程中，外部微處理器不能打斷微控制器或者ＳＣＳＩ控制器，直到收到微控制器產生的一個中斷。在運行狀態，外部微處理器可以操作郵箱寄存器但不能操作通用功能寄存器。當微控制器已執行完當前指令又沒有接收到新的指令時，系統將進入空閑狀態以等待新的命令。

２、ＦＡＳ４６６的軟件解決方案

基于ＦＡＳ４６６的系統可通過外部微處理器、ＦＡＳ４６６微控制器和ＳＣＳＩ控制器的協調工作來實現系統功能。根據ＦＡＳ４６６的內部結構和原理分析，這里給出如圖４所示的基于ＦＡＳ４６６的系統整體軟件設計流程。其軟件工作過程如下：

（１）外部微處理器初始化ＦＡＳ４６６微控制器和ＳＣＳＩ控制器。（ＦＡＳ４６６微控制器初始化包括裝載和執行它的固件）。

（２）ＦＡＳ４６６微控制器允許ＳＣＳＩ控制器對ＳＣＳＩ總線選擇隊列的響應。

（３）外部微處理器寫一個ＳＣＳＩ操作命令給外部命令／設置郵箱寄存器，然后設置ＬｏａｄＴＢＳ位（外部 ＴＢＳ寄存器６位），以通知ＦＡＳ４６６微控制器有一個未響應請求。

（４）ＦＡＳ４６６位控制器檢查 ＬｏａｄＴＢＳ位，確認請求。

（５）ＦＡＳ４６６禁止ＳＣＳＩ控制器對ＳＣＳＩ總線選擇和重選事件的響應。

（６）ＦＡＳ４６６微控制器復制外部命令／設置寄存器的內容給存儲器，清除ＬｏａｄＴＢＳ位，以允許外部微處理器在等待一個微控制器中斷前設置下一個命令。

（７）ＦＡＳ４６６微控制器向ＳＣＳＩ控制器發送命令（一般用ＥＸＥＣ ＃ｋ），ＳＣＳＩ控制器執行命令并在命令完成后產生一個中斷。

（８）ＦＡＳ４６６微控制器進行中斷處理得到ＳＣＳＩ操作的邏輯結果后，產生一個中斷給外部微處理器。

（９）外部微處理器根據命令的執行情況進行中斷處理。

重復執行（２）～（９）步實現系統的連續操作。

ＤＭＡ傳輸是基于ＦＡＳ４６６系統的主要工作。在傳輸數據量確定的情況下，數據量可由編程時寫入的塊數計數器和塊大小寄存器中的值決定。但由于實際應用系統的傳輸數據量存在不確定性，在設計ＤＭＡ數據傳輸程序時，應使ＳＣＳＩ ＦＩＦＯ中始終充滿數據，或使ＤＭＡ控制器或ＳＣＳＩ控制器持續讀寫ＳＣ-ＳＩ ＦＩＦＯ，以使ＳＣＳＩ總線上的數據傳輸不受啟動器或目標器的限制。ＦＩＦＯ的空、滿門限可由外部微處理器在初始化時通過編程設定。

在傳輸數據量不確定的情況下，從外部ＤＭＡ控制器接收數據的子程序如圖５所示。ＳＣＳＩ控制器接收到傳輸命令后即可參與總線仲裁以獲得總線的控制權，而外部微處理器則通過設置ＲＤＡＴＡ位來決定數據傳送的方向；在ＦＩＦＯ為空而數據接收未完成時，ＳＣＳＩ控制器進行一次空操作，等待數據。數據量的不確定性可能使得命令完成后ＦＩＦＯ中仍殘留數據，此時可以選擇暫停傳輸進入ＥＸＦＥＲ（表示數據傳輸過程中出現錯誤）中斷并清空ＦＩＦＯ，也可使其它處理回到傳輸起點，或者忽略錯誤直接回到傳輸起點。數據傳送完畢可以選擇是否斷開與ＳＣＳＩ總線的連接。若選擇斷開則進入ＸＦＥＲＣＭＰＤＳＣ（表示傳輸完成并與ＳＣＳＩ總線斷開）中斷，以釋放總線的控制權而讓其它的命令使用總線，此時，如果想要進行下一次數據傳輸，必須重新獲得總線控制權。若選擇不斷開總線則進入ＸＦＥＲＣＭＰＮＯＤＳＣ（表示傳輸完成且不與ＳＣＳＩ總線斷開）中斷，可直接回到數據傳輸的起點。在所有正常情況下，ＦＡＳ４６６都將循環回到數據傳輸起點，以便進行連續數據傳輸。

３、應用實例

基于ＦＡＳ４６６的視頻存儲系統可實現數字圖像的無壓縮海量存儲，該系統硬件框圖如圖６所示。圖中，ＤＳＰ接收到開拍信號后將進行系統初始化，ＣＣＤ相機可將原始圖像信號經過視頻采集卡轉換成數字圖像信號暫存到緩沖器中，并在ＤＭＡ控制器的作用下，以ＤＭＡ方式傳送給ＦＡＳ４６６，數據在ＦＡＳ４６６的控制下存入ＳＣＳＩ硬盤組。這樣，在硬件基礎上，就可通過本文所述的軟件解決方案實現視頻圖像的持續高速存儲。

４、軟件設計中的注意事項

在設計基于ＦＡＳ４６６的系統軟件時，應注意以下一些問題：

（１）在ＦＡＳ４６６支持的多種處理器中，每個外部微處理器類型都有其相應的代碼，因此必須通過芯片配置寄存器選擇正確的微處理器模式。如ＴＭＳ３２０Ｃ５Ｘ系列ＤＳＰ的模式選擇值就應為３Ｆｈ。

（２）ＳＣＳＩ控制器并不允許命令堆棧，因此，每次只能接收和執行一個命令。

（３）ＤＭＡ傳輸時，塊大小不能為奇數。

（４）非法寫入命令寄存器的命令將引起非法命令中斷，并設置非法命令錯誤位（錯誤中斷狀態寄存器第２位），因此，在將其它命令寫到命令寄存器前，這個中斷必須得到處理。

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