基于8O386系统的主模块设计

摘要：本文介绍了基于80386系统的主模块功能和性能，从原理上用功能模块的方式阐明实现的方法，再介绍使用的加固措施，达到满足恶劣环境下计算机的使用要求。
关键词：80386；主模块

0 引言
    80386是一种较高性能的32位微处理器，能把多任务支持、存储器管理、流水结构、地址转换高速缓存及一个高速总线接口都合并在一个芯片上，它具有32位宽的内部和外部数据通路，指令系统提供8、16、32位数据字节，处理器能直接输出32位物理地址，有4G物理存储器寻址能力，适用于各种系统设计和应用。虽然对于民用计算机发展而言，它的性能相对落后，但是它在工业控制、抗恶劣环境计算机上仍然拥有广泛的用途。

1 基于80386系统的模块设计功能、性能
1．1 主要功能
    基于80386系统的模块是计算机系统的核心模块，它能够完成数据处理、逻辑判断、总线控制、存贮器读写、I／0访问和中断定时等功能。它是计算机系统的运算处理和指挥控制中心。
1．2 性能
    CPU：80386 32位微处理器；
    NPX：80387数值数据处理器；
    字长或指令：8位、16位或32位；
    寻址空间：实地址方式220字节；虚拟地址方式232字节；
    EPROM容量：128k、256k、512k字节EPROM可选配；
    局部RAM容量：128k～2M字节可选配；
    双口RAM容量：128k字节可选配；
    I／O接口能力：并行口采用82C55A器件；串行口采用82C51AUSART；
    中断能力：一级非屏蔽中断，15级直接向量中断；
    总线接口：MULTIBUS多总线。

2 80386模块的工作原理
2．1 80386模块的系统组成
    80386模块由处理器子系统、板上I／O子系统、存贮器子系统、多总线接口子系统四部分组成，如图1所示。

    处理器子系统主要完成系统控制、数据处理和计算、逻辑判断、地址译码、时序逻辑生成和总线交换等功能；
    存贮器子系统主要完成程序或数据的存贮和读出，以保证系统执行预定的任务和操作；
    板上I／O子系统主要完成串行口、并行口通讯、定时中断和总线中断等功能；
    多总线接口子系统主要完成板上总线信号和多总线信号的转换、传递、仲裁，以保证80386模块通过多总线访问板外存贮器、I／O等模块。
2．2 80386模块的原理描述
2．2．1 处理器子系统
    处理器子系统包括80386中央处理器、80387协处理器和时钟电路。80386不仅提供了Intcl 16位微处理器系统产品的全部特性，而且将物理地址空间扩展到4G字节，将数据通道扩大到32位。80386可按实地址方式和带保护功能的虚拟地址方式PVAM两种寻址模式工作。
    80387协处理器和80386按同样频率工作，它担负高速的数字运算，当CPU执行一个换码指令时，协处理器开始执行程序。
    82384时钟发生器产生的时钟作为CPU的输入时钟和系统时钟，也对80387和其他控制电路作为同步或复位信号。
2．2．2 存贮器子系统
    存贮器子系统包括程序存贮器EPROM、局部随机存贮器SRAM、双口随机存贮器DPRAM，它们均采用16位宽度的存贮芯片。
    EPROM存贮器采用双字节单片EPROM芯片。通过配置跨线可选择芯片的型号和容量。不论是实地址方式工作，还是PVAM方式工作，EPROM总是占用地址空间的最顶端。系统加电后，处理器子系统首先按FFFFOH地址到EPROM中执行第一条无条件跳转指令，然后再根据跳转地址执行EPROM中程序或到RAM中存取数据。
    局部SRAM存贮器采用两片或四片双字节静态RAM芯片，通过配置跨线可选择SRAM存贮器的容量和起始地址，SRAM的数据位宽度为32位，通过对80386发出的字节选择信号进行译码，可以以8位、16位或32位方式对SRAM进行读写操作。
    双口DPRAM存贮器采用两片双字节硬双口RAM2芯片。80386可经过板内总线像访问SRAM存贮器一样读写DPRAM；Multibus总线上的其它主设备也可同时经由Multibus总线读写DPRAM，两条通道同时访问产生的竞争由双口RAM内部进行裁决。可选择DPRAM的起始地址，也可开放或关闭DPRAM。
2．2．3 板上I／O子系统
    板上I／O子系统包括82C53可编程定时器、82C59A可编程中断控制器、82C51A可编程串行控制器、82C55A可编程并行接口。
    82C53包含三个可编程的定时器，一个作为82C51A的发送接收时钟，另两个作为系统定时器和跨线可选的中断源。
    82C59A共有两片，一片作主片，一片作从片。主片的一根中断请求线作为主、从片级联，另外15级中断请求跨线可选。
    以82C51A为主的串行I／O通道可按RS232C或RS422标准配置，对82C51A编程可设置通讯波特率。
    82C55A提供3个8位并行I／O口，通过对82C55A编程可选择I／O处于三种工作方式的哪一种。
2．2．4 多总线接口子系统
    80386模块是多总线上的主板，它具有Multibus总线要求的全部信号。在80386系统中主模块与其它功能模块的联系通过Multibus总线实现。板上使用8288总线控制器产生多总线存贮器或I／O读写信号；使用8289总线仲裁器决定当前总线周期属于本板还是别的总线主设备。803 86可访问Multibus总线接口的全部地址空间，Multibus总线的数据位宽度为16位，为了传送80386的32位数据，微处理器把32位分成两个字，分两次通过多总线与其它设备传输数据。通过Multibus总线接口的数据字节交换逻辑。多总线也可以传送8位数据。

3 80388模块的结构设计
    80386模块采用高密度装配和混合组装工艺，采用热设计原理，装有冷板，便于器件散热，以确保在最恶劣的环境下，模块上的信号器件和功率器件的结温不超过+110℃，冷板边缘的温度不超过+85℃。为了增强模块的机械性能和装配性能，板上装有加固条、压板和锁紧装置，为了便于模块在机箱里插拔，板上装有左、右杠杆，另外还有防止模块插错位置的定位销。

4 结束语
    本设计在抗恶劣环境加固计算机中得到了广泛的应用，实践证明整个设计结构坚固，抗震性好；性能稳定可靠，耐高、低温性能好；电磁兼容性佳，能满足抗恶劣环境计算机使用要求。