摘? 要： 分析了PCI總線接口信號(hào)及時(shí)序，利用ALTERA公司的EPLD器件EPM7128 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了PCI總線接口。
關(guān)鍵詞： PCI總線? 接口? EPLD器件? AHDL語(yǔ)言
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PCI總線自其問(wèn)世以來(lái)，以其諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。本文在認(rèn)真分析PCI總線的接口信號(hào)和接口時(shí)序的基礎(chǔ)上，利用EPLD器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PCI總線接口。由于EPLD器件支持在線編程，所以可以根據(jù)使用要求將PCI總線接口配置成即插即用和非即插即用兩種形式，這種設(shè)計(jì)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
1 PCI總線概述
局部總線特別是PCI總線的發(fā)展，打破了PC數(shù)據(jù)傳送的瓶頸。傳統(tǒng)的PC總線結(jié)構(gòu)不能滿足圖形系統(tǒng)和大型應(yīng)用程序的要求，所以在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展了局部總線。它將計(jì)算機(jī)外設(shè)從I/O總線上移下來(lái)，使它們更靠近系統(tǒng)處理器，從而提高了處理器和外設(shè)之間的傳送速度。
從設(shè)備的PCI接口至少需要47條信號(hào)線，而主控設(shè)備的PCI接口至少需要49條信號(hào)線，包括數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線、接口控制線、仲裁、總線命令以及系統(tǒng)線等。
PCI總線在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，地址節(jié)拍、總線命令在C/BE[0..3]上由主機(jī)輸出，用于說(shuō)明當(dāng)前PCI總線周期需要執(zhí)行的功能。其命令如表1所示。
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2 PCI總線協(xié)議和讀寫(xiě)時(shí)序
PCI總線的傳輸機(jī)制是成組數(shù)據(jù)猝發(fā)傳輸，每組數(shù)據(jù)由一個(gè)地址脈沖和一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)脈沖組成。一般基本的PCI傳輸由三個(gè)信號(hào)控制：
信號(hào)由PCI主控設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示總線操作的開(kāi)始和結(jié)束;
信號(hào)由PCI主控設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在讀周期表示主控設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，在寫(xiě)周期表示AD[31..0]上數(shù)據(jù)有效;
信號(hào)由PCI從設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在讀周期，表示從設(shè)備準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，在寫(xiě)周期表示從設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。
當(dāng)數(shù)據(jù)有效時(shí)，數(shù)據(jù)源設(shè)備需要無(wú)條件地設(shè)置XRDY有效，一旦主控設(shè)備使有效，中途不能改變狀態(tài)，直到信號(hào)無(wú)效或數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。
PCI是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，其讀操作的時(shí)序如圖1所示。當(dāng)進(jìn)行PCI讀傳輸時(shí)，首先置低，有效，讀傳輸開(kāi)始，同時(shí)AD[31..0]保持有效地址信號(hào)，C/BE[3..0]保持總線命令。如果總線命令為存儲(chǔ)器讀(0110)，AD[31..0]地址在從設(shè)備地址范圍內(nèi)，從設(shè)備置
有效，主控設(shè)備驅(qū)動(dòng)
,表明主控設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。為避免總線沖突，接下來(lái)的一個(gè)周期AD[31..0]既不被主控設(shè)備驅(qū)動(dòng)，也不被從設(shè)備驅(qū)動(dòng)(該周期成為總線轉(zhuǎn)換周期)，此后AD[31..0]上出現(xiàn)數(shù)據(jù)，C/BE[3..0]變?yōu)樽止?jié)允許信號(hào)，主控設(shè)備開(kāi)始檢測(cè)信號(hào)。如果信號(hào)無(wú)效(為高電平)，則主控設(shè)備自動(dòng)插入等待周期，如果信號(hào)有效，則總線開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。在最后一個(gè)數(shù)據(jù)脈沖之后，主控設(shè)備將和
置為無(wú)效,表示傳輸結(jié)束。
??? 寫(xiě)傳輸時(shí)，由于地址均由主控設(shè)備提供，因此不存在總線轉(zhuǎn)換周期。其傳輸過(guò)程與讀周期基本類似，只是C/BE[3..0]上的總線命令為存儲(chǔ)器寫(xiě)(0111)，具體的傳輸時(shí)序如圖2所示。
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3 PCI總線的接口設(shè)計(jì)方案
??? 根據(jù)以上分析，選用ALTER的高速EPLD器件EPM7128S84來(lái)完成PCI總線接口的設(shè)計(jì)。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，選用存儲(chǔ)器作為從設(shè)備，其總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
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? 下面將給出用AHDL語(yǔ)言編寫(xiě)的EPLD控制程序以及仿真結(jié)果。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)定從設(shè)備為非即插即用類型的PCI插卡，直接將其地址空間配置為0X50000000~0X5FFFFFFF(或在計(jì)算機(jī)內(nèi)不與其他設(shè)備沖突的地址)，時(shí)鐘周期選用33MHz，具體的程序如下：
SUBDESIGN? pci_if
(
?????? clkin????????? ：?? input；
?????? frame??? ????? ：?? input；
?????? ad[31..0]????? ：?? input；
?????? cbe[3..0]????? ：?? input；
?????? irdy????? ???? ：?? input；
?????? trdy?????? ? ? ：?? output；
?????? devsel???? ??? ：?? output；
?????? wr??????? ???? ：?? output；
?????? cs??????? ???? ：?? output；
?????? a[10..0]???????：?? output；
)
variable
?????? count[1..0]??? ：?? DFF；
?????? da[31..0]????? ：?? DFF；
?????? wr1??????????? ：?? node；
?????? rd1??????????? ：?? node；
?????? sign1????????? ：?? node；
?????? sign2???? ???? ：?? node；
???????sign4???? ???? ：?? node；
?????? sign3???? ???? ：?? node；
?????? cs1??????????? ：?? node；
begin
????count[1..0].clk=clkin；
count[1..0].clrn=!frame；
??? sign1=(count[]==3)；
??? if sign1 then count[].d=count[].q；
??? else
??? count[].d=count[].q+1；
??? end if；
sign2=(count[]<1)&!frame；
sign3=(count[]>=2)&(count[]<=3)；
sign4=(count[]>=1)&(count[]<=3)；
????da[31..0].clk=sign2&!frame；?
da[31..0].d=ad[31..0]；
cs1=!da31&da30&!da29&da28；?
if cs1 then?
?????? devsel=!sign4；
?????? a[10..0]=ad[10..0]；
?????? wr1=!cbe3&cbe2&cbe1&cbe0；
?????? rd1=!cbe3&cbe2&cbe1&!cbe0；
?????? if rd1&!irdy then
???????????????????? trdy=!sign3；
??? ????????????? !cs=cs1&!frame；
??? ????? ?????????? wr=rd1&!frame；
????????????? ?? end if；
???????????????????? if wr1&!irdy then
???????????????????? trdy=!sign4；
??? ???????????? ??? !cs=cs1&!frame；
??? ??????????????? ?!wr=wr1&frame；
???????????????????? end if；
??????? end if；
end ；??
仿真結(jié)果如圖4所示。
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參考文獻(xiàn)
1 陳利學(xué).微機(jī)總線與接口設(shè)計(jì).成都:成都電子科技大學(xué)出版社,1998
2 ALTER DATABOOK.ALTER公司，1998