低开销串行总线与PLD的通信 - 基于PLD和串行总线扩展系统控制功能

　　系统监测和控制

　　单块电路板上的应用监测和控制相对比较简单。复位、中断线路和选择线路可以直接由微控制器或本地PLD控制。然而，在多块电路板的系统中则需要进行集中控制，因而尽量减少连接的数量是很重要的。这可以通过使用低开销的串行总线与PLD进行通信来实现，如图3中所示。

　　

　　图3 将PLD用作一个串行IO扩展器

　　接下来就需要一个协议，定义从微控制器到外部PLD的数据流的指令和寻址机制。对于基于SPI的实现，无需太多担心。SPI不需要数据流中的任何信息进行寻址，因为SS和SCLK信号已经根据协议提供了控制寻址。因此，用户只需控制整个数据有效载荷的传输。

　　外部PLD的I2C实现稍微复杂一些。首先，在将数据传输到总线上之前，要对器件寻址，必须识别出这个PLD。这种差异正是选择这两种串行总线架构时需要考虑权衡的地方：SPI架构不需要一个指令翻译器来寻找到特定的从器件，但比I2C结构需要更多引脚。

　　远程故障记录

　　考虑到外部的非易失性存储器成本低，以及便于通过串行总线如I2C或SPI接口进行连接，将外部非易失性存储器与PLD结合使用，可以为用户提供极具成本效益的方式来实现系统中的远程故障记录管理。图4显示了一个典型的系统应用，不仅使用了之前重点介绍的IO扩展功能，也说明了怎样将外部存储器纳入系统架构中使用。

　　

　　图4 远程故障记录

　　在这个架构中，PLD主要负责监测、控制和与微控制器通信。然而，它也负责执行线路上额外的监测/控制分析和故障信息记录，通过串行总线写入非易失性存储器。电压监控、看门狗定时器和PCB上的其他故障条件可以通过PLD写入非易失性存储器。通常情况下，检测到故障后，系统中其他监控器的状态，如温度和电压以及时间信息将被保存。

　　应当注意的是，这样一个系统在实现时有一个重要的考虑。如果PLD是外部非易失性存储器的主器件，那么它还需要决定串行总线的控制和寻址。这个决定对于使用SPI总线而言很容易;设计师必须实现一个从SPI器件，与微控制器进行通信，以及一个独立的主SPI器件，可以访问外部存储器。

　　对于I2C总线，设计师有几个选择。第一种选择是设计类似SPI那样的设计，使用一个从器件与微控制器通信，以及一个主器件访问外部存储器。第二种选择是使用PLD，同时作为主器件和从器件。这种方法的好处是，系统中只有一条串行总线，因此微控制器可以直接访问非易失性存储器，而无需PLD翻译指令然后从存储器中读取信息。然而，由于不是在PLD中简单地使用一个从器件，现在设计必须处理寻址和总线控制。