原创 使用 SPBA01B 扩展器的几点心得

第一次玩 SPBA01B ，控制一片28F128J3，结果被它搅得头昏脑胀，差点歇菜，准备彻底放弃它（被客户催的屁滚尿流！！！），改用74LVC374锁存地址和控制信号。但是PCB板已经画好，重新设计来不及了，只好到超市买了一堆雪糕和汽水，彻底降温后静下心来慢慢研究，原来掌握了它的老底还是蛮好用的。其实几个关键点掌握之后就好控制了：

1  CI是做什么的？Cascade in for daisy chain（官方说法：级联XX？找不到合适的词汇形容它）
    其实它类似于复位信号，你的设计不使用级联工作方式的话，它就是复位信号，可以和系统上其它外设的复位信号接在一起（低有效）。你的系统一加电，首先要对系统初始化，外围扩展器件也要一一复位初始化，这时候，给它一个复位就行了。
    如果用一个IO口来控制CI，IO得长期保持高电平。复位的时候设为低电平，再设为高电平并且后面一直保持着。SPBA01B在CI变低一瞬间，开始复位初始化，在CI变高的时候恢复正常。

2  复位之后，设置它的ID号，就是要给它一个名份，在级联方式下，要靠ID号来识别第几个SPBA01B被选中了。就像一夫多妻制下的“大太太”、“二姨太”、“三姨太”等等，得有个辈分头衔的顺序，一个压着一个，免得你争我夺乱了套。它是在SPBA01B的 P_0DH_BMIVolumeID ($000D)寄存器内定义的，通过写入指令来确定。
    单个不级联的SPBA01B是不是就默认自己是老大呢？错！！！你还是得给它写一个ID号，不然它拒绝工作。呵呵！没名份它是不干的（多现实啊！天下有多少个傻女人为心爱的男人默默奉献一切不计名份，结果男人发达之后，嫌她人老珠黄一脚踹！无耻啊！我们一定要做有责任心的好男人，但我不反对多交几个女朋友！！！）。

3  配置工作方式，它必须要明确知道自己应该做啥工作，是IO扩展呢？还是访问存储器？这个要设置 P_23H_BEXConfig ($0023)中的各个相关位，参考一下DataSheet吧，写得挺细的呢！

4  上面三项工作做完之后，它就可以正式开始工作了。注意啊：上面三项没做好的话，它甩都不甩你。如果SPBA01B不睬你，那就要考虑一下上面三个步骤哪里出了差错。

5  它是如何工作的呢？（就是工作原理啊，明白了吧！）
    首先，它的肚量只有64K“单元”（字节，为何不直接用字节描述，而是用单元呢？后面慢慢道来。），这是它内部自己用的地址空间（地址线A0-A15，分为高低两个字节分别写入对应的锁存器），和外部扩展用于访问存储器的地址线A0-A21不是一回事，别混淆了。

    然后它又把自己的64K单元空间分成几段，每段的用途各不相同：

    第一段：0x00 - 0x31 是它的寄存器段，所有的控制寄存器全部在这里呢；

    第二段：0x4000 - 0x7FFF，16K单元的范围映射到外部访问的存储器上；

    第三段：0x8000 - 0xBFFF，又是16K单元映射到外部的存储器上；你可能好奇，干嘛不和上面的16K单元合起来统称32K单元呢，呵呵！还是在后面再告诉你吧。

    第四段：0xC000 - 0xFFFF，据称是给RAM留的，它的例子里是这么讲的，但现在是空的，啥用没有！

    所以，你通过访问它不同的地址空间来切换它的功能。当你设定的地址是访问它的0x00-0x31单元，就肯定是对它内部寄存器操作了，它的数据线就和CPU的总线挂在一起了。而它的外部存储器扩展信号，像片选CE#、读信号RE#啊等等全部为高，扩展的存储器不能被访问。

    当你访问0x4000-0xBFFF单元时，就会在它的存储器控制引脚上产生对应的CE#，OE#或WE#等信号，这时候就该外部的存储器工作了。而SPBA01B自己的数据线会彻底悬浮，和CPU数据线脱离。

    按照DataSheet的描述，它最大只能扩展访问 4M Byte，我扩展的28F128J3却有16M Byte，怎么做到的呢？呵呵！现在到解释“单元”这个疑问的时候了。

    虽然SPBA01B内部是8bit结构的，但由于SPEC061A是16bit单片机，而且SPBA01B只管送出扩展的地址线和控制线，和数据线却无关，所以我把存储器的 D0 - D15 数据线挂到单片机的IOA0 - IOA15上，这样访问的数据量大了一倍，可以访问到8M Byte，然后SPBA01B在4M Byte扩展模式下还多了一个IO口可以用，我用它作为最高的一根地址线，最终访问量达到了16M Byte，所以，我前面的描述使用了“单元”，而不是“字节”。

6  DataSheet上是这样说的，外部存储器被分为32KB为一段，映射到SPBA01B的0x4000 - 0xBFFF地址空间内......我郑重警告你！这是骗你的！严重骗你的！非常不负责任的骗你的！！！

    其实，外部存储器是分作16K一段的，这就是我上面为何不把 0x4000 - 0xBFFF 说成32K单元，而是一定要分成两块的重要原因！可能是IC的设计工程师偷懒（对不起哦！我说话挺直！），所以把编写软件搞复杂了。

    你通过SPBA01B访问外部扩展存储器的时候，那个0x0000 - 0x8000指定的32K线性单元空间不能通过简单的加上偏移量0x4000就能访问了，而是要把它平分为两块，它们的块顺序上下颠倒过来访问（每个块内的地址单元是不需要颠倒的，还是正常顺序！！！）！！！？？？

  好奇怪哦？要分成 0x0000-0x3FFF 和 0x4000-0x7FFF 这两段，第一段单元空间必须要加上 0x8000 的偏移量才能正确访问，变成了 0x8000 - 0xBFFF ，第二段不用作任何改动直接访问即可。奇怪吧？？？其实一点也不奇怪，因为这样设计在逻辑电路上实现起来最简单，通过几个最原始的逻辑门电路就能实现，如果整个32K线性单元全部平移，就要动用加法器或类似的复杂逻辑电路了，不仅设计电路麻烦，成本也增加了。

    硬件工程师经常喜欢这样搞，还沾沾自喜：“嘿嘿！我又省了几毛钱了......”，软件工程师跟在后面倒霉了，被复杂的逻辑关系绕的头昏眼花，还喃喃自语：“我咋这么笨啊.....”。呵呵！老板们可能要吹胡子瞪眼了：“成本最重要！当然应该这么做了！”。可是，从性价比上看不是样样都划算的！硬件工程师只需要多花几小时就能做好的功能，却因为偷懒省掉的零件，可能需要软件工程师几周的工作量来弥补，甚至留下难以察觉的BUG在产品售出后才发现，拖延上市和产品召回的损失远远大于省下成本的n倍！！！

      所以，这里郑重宣布，SPBA01B的外部扩展存储器，是16K一段的，绝对不能当作32K来用，否则：访问扩展的SRAM绝对没问题，FLASH和ROM就惨啦！！！！！！

7  用于存储器扩展的SPBA01B配置内部寄存器的要点。就是关键一点，段寄存器的bit7一定要置为“1”！！！就是你算出来段编号写入段寄存器之前，一定要记得“或”运算0x80！！！看看Datasheet上的“must be1”这行字，我就是开始没注意它，存储器的CE#（片选信号）死都不肯出来，就算OE#和WE#跑的再欢也是没用的。

8  最后，最关键的部分：如何对SPBA01B进行读写操作？很重要，很让人糊涂，很容易让人暴跳如雷！呵呵！真的不骗你。

    IC工程师对这个双线操作设计很得意、很自豪，因为很节省资源！？......其实这种操作真的很讨厌！SPBA01B用MC1和MC0输入信号来产生四个访问状态：锁定高地址（MC1=1、MC0=1）、锁定低地址（MC1=1、MC0=0）、读操作（MC1=0、MC0=1）、写操作（MC1=0、MC0=0）。

    工作原理就是三个步骤：1.先把准备访问SPBA01B内部单元的高8位地址送到它的高地址锁存器；2.然后再轮到低8位锁存器；3.最后你再进行需要的读或写操作。

    麻烦就在于它没有片选信号，这两根状态线肯定导致了SPBA01B每时每刻肯定是在某一种工作状态下，你对数据线的每个操作都要小心，免得干扰SPBA01B或者被它干扰！！！

    你可能会这样设计你的软件，下面我用伪码描述工作原理，请注意！别真的在IDE里面编译它：

    1.  IOA_Data = Adder_H_8;    //  送上高八位地址数据
    2.  MC1 = 1;                            //  将状态设置为锁存高地址
    3.  MC0 = 1;                           
    4.  IOA_Data = Adder_L_8;    //  送上低八位地址数据
    5.  MC1 = 1;                            //  将状态设置为锁存低地址
    6.  MC0 = 0;
    7.  IOA_Data = Data;              //  送上准备写入的数据
    8.  MC1 = 1;                            //  将状态设置写数据
    9.  MC0 = 1                           

    好咯！写完咯！成功咯！！！真的吗？？？慢着！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

如果你的软件真的这样写就完蛋了，就像准备到东方，却一直向西方走，而且不是在地球上，还能绕回来。就像困在一个无边的二维世界里，永远到不了你想去的地方。

    为何呢？因为数据并没有正确锁存到地址寄存器，而且写入扩展存储器或者SPBA01B寄存器的数据是随机数！

    这种情况是怎么产生的呢？就是因为SPBA01B采用了上升沿锁存机制。纯做软件的朋友可能不太明白这个工作原理，学过逻辑电路的朋友就明白了。不明白不要紧，看看我们应该怎样正确的做就行了。

    上面的伪代码有两个毛病，正确的软件编写方式应该如下：

1.  MC1=1;                              //  首先设定为写高地址模式
2.  MC0=1;
3.  IOA_Data = Adder_H_8;    //  送上高八位地址数据
4.  MC1=1;                              //  再设为写低地址模式，注意：由于在这里信号线的跳变，高八位地址同时被正确锁存到高地址寄存器中了
5.  MC0=0;
6.  IOA_Data = Adder_L_8;    //  再送上低八位地址
7.  MC1=0;                              //  设定为写数据模式，注意：由于在这里信号线的跳变，低八位地址同时被正确锁存到高地址寄存器中了
8.  MC0=0;
9.  IOA_Data = Data;              //  送上准备写入的数据。！！！！！注意：这里很关键的一点，很多人会忽略掉！！！！！数据是送上数据线了，但是还没有开始真正的写操作！！！！！需要将信号线跳变一下，确保写操作开始执行，数据正确写入该去的地方！！！！！
10. MC1=1;                              //  这里就是跳变信号，确保上面的写操作正确执行。
11. MC0=1;

    你可能会担心，信号又跳回锁存高地址模式，会不会造成不良影响啊？？？那么~~~  接吻会不会怀孕啊？？？其实这就是告诉你的答案！当然不会有影响啦！因为只要MC1和MC0保持那个状态不变，指定的模式也就没有真正开始执行！所以不会改变高地址。两个人拖拖手、亲亲嘴，你别开始玩真刀真枪的，哪里会有BB啊？？？

    烦啊！你明白为何我讨厌这种双线操作了吧。有没有办法关闭这个讨厌的四个指定状态呢？免得不小心对SPBA01B误操作了。有，肯定有，而且方法很多，但不花钱的办法可能只有一个，和老太太的裹脚布一样，又臭又长。记得前面说过的ID号吗？就它管用，往这个寄存器里面写一个和它不一致的ID号，它就立刻休息了。需要它的时候，再写回它自己的ID号就行了，它立马又活蹦乱跳了。这个功能是设计给级联的需求使用的，这里可以借用，明白了吧！如果不懂级联是什么？那么好好看看DataSheet就知道了。

    假如你嫌烦，不愿看DataSheet，那我就简单介绍一下：SPBA01B是可以串接起来工作的，最多可以串七个，它们共享MC1和MC0控制线。为了保证它们正常工作不打架，每个SPBA01有自己的专用ID号，不能和其它重复（否则那就乱来了）。第一个SPBA01B的CI信号接到CPU的IO上，然后有个CO信号接到下一片SPBA01B的CI上，该片的Co再接到第三级的CI上，如此这般...一直连到第七个。

    当CPU开始对SPBA01B复位时，第一片复位了，等待CPU写一个ID号给它，写完成后，这个ID号在后面的工作中就不能改了，直到你关闭电源（再用CI信号来次复位后重写呢？我忘记做试验了，有兴趣的朋友试试看吧）。然后，如果你再次写入ID号的时候，它开始比较，如果ID号相同，表示你确定要求它是活动的，否则，你是选择另外的SPBA01B，这时候，它开始传递CI信号到第二个SPBA01B（通过它的CO到第二片的CI），然后它睡了。第二个开始确认，如果没写过ID，就把ID号当作自己的名份保存起来（快抢啊！谁愿意做名份最小的？）。如果自己是写过ID的，那么它就比较ID号，重复第一片同样的工作......这样就把所有的ID号权设置完了，最后设置完的保持活动状态，其它全部睡着了。幸好SPBA01B不会吃醋，不然下面几级全部饿死了......！！！如果你需要唤醒某个开始工作，则写ID号到ID号寄存器，对上号的马上醒来，刚才那个又睡去了！！！

    终于写完了，天亮了，我也要睡了！各位拜拜！希望对各位有帮助！！！