PCI總線支持突發(fā)傳送，多處理器和并發(fā)工作，廣泛應(yīng)用于各種平臺(tái)設(shè)計(jì)。基于PCI9054的接口板也廣泛地應(yīng)用于各種高速、大數(shù)據(jù)量的處理系統(tǒng)。由于PCI9054橋接有PCI總線和本地總線，開發(fā)者不必過多考慮復(fù)雜的PCI總線規(guī)范，從而能有更多精力開發(fā)硬件和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
這里以PCI9054為例，給出了接口板的硬件和軟件設(shè)計(jì)，詳細(xì)論述了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理圖和用VHDL語(yǔ)言編寫的部分邏輯源程序，以供相關(guān)開發(fā)人員參考。
1 PCI9054簡(jiǎn)介
PCI9054是PLX公司推出的一種32位33 MHz的PCI總線主控I/O加速器，它采用PLX在業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)流水線框架，包含DMA引擎，可編程的PCI起始器和目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸模式以及PCI信息傳輸功能。遵循PCI2.2版規(guī)范，可獲得最高可達(dá)132 MB/s的突發(fā)傳輸速度。它使復(fù)雜的PCI接口應(yīng)用設(shè)計(jì)變得相對(duì)簡(jiǎn)單，目前已成為主流的PCI接口器件之一。
PCI9054數(shù)據(jù)傳輸有3種方式：主模式、從模式和DMA方式。其內(nèi)部具有2個(gè)DMA數(shù)據(jù)通道，每個(gè)通道均支持塊Scatter/Gather的DMA方式，雙向數(shù)據(jù)通路上各有6個(gè)FIF0進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖，可同時(shí)進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，8個(gè)32位Mailbox寄存器可為雙向數(shù)據(jù)通路提供消息傳送，PCI9054內(nèi)部框圖，如圖1所示。
PCI9054的本地總線有M、C、J 3種工作模式，可通過模式選擇引腳MODE[1：0]進(jìn)行控制，其中C模式能夠滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需求，而且C模式的本地總線操作時(shí)序最為簡(jiǎn)單，邏輯控制相對(duì)容易，其開發(fā)難度相對(duì)較低。C模式下PCI9054通過片內(nèi)邏輯控制將PCI的地址線和數(shù)據(jù)線分開，很方便地為本地工作時(shí)序提供各種工作方式，一般較廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。因此，如無(wú)特殊需求，建議采用C模式，這也是本接口卡所采用的模式，同時(shí)PCI9054的本地總線時(shí)鐘可由外部提供，該時(shí)鐘可和PCI時(shí)鐘異步。
2 接口卡硬件設(shè)計(jì)
接口卡主要功能是：對(duì)外設(shè)裝置進(jìn)行工作模式和狀態(tài)檢測(cè)，控制端對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收或發(fā)送操作。其工作流程是：由控制端提出請(qǐng)求，根據(jù)進(jìn)入接口卡的信號(hào)對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行工作模式和狀態(tài)檢測(cè)并決定是否對(duì)進(jìn)入外設(shè)的信號(hào)進(jìn)行接收或發(fā)送。機(jī)械特性方面，接口卡遵從Eurocard工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用6U(233.35 mmxl60 mm)結(jié)構(gòu)。接口卡的邏輯框圖如圖2所示。
由圖2可知，接口卡分為3個(gè)部分：PCI總線接口、本地總線接口和串行EEPROM接口。
2.1 PCI9054與PCI總線接口
PCI9054與PCI總線接口的連接實(shí)際上是PCI9054與cPCI連接器Jl的連接，即PCI9054的PCI端信號(hào)線通過10Ω的端接電阻與PCI插槽的相應(yīng)信號(hào)線對(duì)應(yīng)連接。PCI總線接口信號(hào)包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)線、接口控制信號(hào)線、中斷信號(hào)線等。PCB設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足反射條件，需注意PCI總線信號(hào)的布線及長(zhǎng)度，普通信號(hào)長(zhǎng)度，從連接器到PCI橋器件間距應(yīng)不大于1.5英寸(3.81 cm)，PCI_CLK信號(hào)布線長(zhǎng)度為2.5±0.1英寸，否則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定甚至總線沖突，無(wú)法開機(jī)。PCI9054內(nèi)部有可編程的FIF0，實(shí)現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線與PCI總線之間的異步操作，本地總線時(shí)鐘由外部提供，該時(shí)鐘可以和PCI時(shí)鐘(33 MHz)異步，本地總線選擇工作在50 MHz，由頻率為50 MHz的晶振OSCl產(chǎn)生，同時(shí)
送往PCI9054本地端的時(shí)鐘信號(hào)LCLK與送往CPLD的時(shí)鐘信號(hào)CCLK要等長(zhǎng)，以保持它們同步。
2.2 PCI9054與本地總線接口
本接口卡中的CPLD采用Xilinx公司生產(chǎn)的XC95288XL，實(shí)現(xiàn)對(duì)接口卡的邏輯控制。C模式下PCI9054通過片內(nèi)邏輯控制將PCI的地址線和數(shù)據(jù)線分開，然后與CPLD相對(duì)應(yīng)的引腳連接，能方便為本地工作時(shí)序提供各種工作方式，一般廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
本地總線部分中的INPUT_BUFFER部分主要由差分電壓比較器組成，如圖3所示。當(dāng)從J4進(jìn)入的信號(hào)電壓(引腳7)大于基準(zhǔn)電壓(引腳6)時(shí)，輸出高電平(引腳1)并進(jìn)入CPLD，控制器通過PCI9054讀入。0UT_BUFFER部分主要是實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)外設(shè)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的控制。
2.3 PCI9054與EEPROM接口
PCI9054提供4個(gè)引腳EEDI，EED0，EESK，EECS與串行EEPROM-93LC56的4個(gè)引腳DI、D0、SK、CS相連，此外93LC56的VCC引腳需要接+3.3 V電源，GND接地。因?yàn)樾枰獙?duì)串行EEPROM進(jìn)行寫操作，串行EEPROM需處于可編程而且非保護(hù)狀態(tài)，所以PE通過10 kΩ的電阻上拉后接高電平3.3 V電壓，而PRE通過10 kΩ的電阻下拉后接地。EEPROM原理圖如圖4所示。
連接好PCI9054與PCI總線接口、本地總線接口和串行EEPROM接口后，還需對(duì)寄存器進(jìn)行配置，配置時(shí)需借助于Windriver工具，寄存器的配置包括PCI配置寄存器的配置、本地配置寄存器的配置及對(duì)EEPROM初始化。
配置PCI配置寄存器主要是填寫生產(chǎn)商ID號(hào)、器件ID號(hào)、子系統(tǒng)生產(chǎn)商ID號(hào)和類碼子系統(tǒng)ID號(hào)。對(duì)于PCI9054，其生廠商ID號(hào)，器件ID號(hào)，子系統(tǒng)號(hào)，子系統(tǒng)ID號(hào)等是固定的，可以在PCI9054數(shù)據(jù)手冊(cè)中查到。
本地配置寄存器的配置是對(duì)本地地址空間及本地總線屬性的配置，這種配置根據(jù)實(shí)際開發(fā)需要進(jìn)行，配置完成后，在主機(jī)CPU要訪問本地地址空間時(shí)，可能給出對(duì)應(yīng)的PCI總線地址。
PCI9054在加電啟動(dòng)時(shí)，從外部EEPROM讀取初始化數(shù)據(jù)來配置PCI9054的內(nèi)部寄存器，在板卡加電自檢期間，PCI總線的RST#信號(hào)復(fù)位，PCI9054內(nèi)部寄存器的默認(rèn)值作為回應(yīng)。PCI9054出本地LRESET#信號(hào)并檢測(cè)串行EEPROM。
如果串行EEPROM中的前33位不全為1，那么PCI9054確定串行EEPROM非空，用戶可通過向PCI9054的寄存器CNTRL的29位寫1，來加載EEPROM的內(nèi)容到PCI9054的內(nèi)部寄存器，配置的信息可以在P1xSdk的PLXMON下對(duì)EEPROM進(jìn)行配置。
3 接口卡軟件設(shè)計(jì)
3.1 CPLD邏輯設(shè)計(jì)
PC39054通過本地總線與本地總線設(shè)備進(jìn)行通信，PCI9054提供2種訪問方式，即單周期訪問和突發(fā)方式訪問。
其中單周期訪問本地總線采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)本地總線接口的控制，其狀態(tài)圖如圖5所示。狀態(tài)SO為空閑狀態(tài)，當(dāng)ADS#為0時(shí)，如經(jīng)本地總線譯碼邏輯譯碼后表明需要訪問本地空間時(shí)則轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1，否則留在狀態(tài)SO;狀態(tài)S1為單周期訪問開始狀態(tài)，當(dāng)BLAST#為1時(shí)，停留在狀態(tài)S1，否則轉(zhuǎn)到狀態(tài)S2：狀態(tài)S2為訪問等待狀態(tài)，在此狀態(tài)下數(shù)據(jù)在本地總線保持，然后直接轉(zhuǎn)到狀態(tài)S3;狀態(tài)S3數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)，在此狀態(tài)下數(shù)據(jù)從本地總線上取走(如果需要可以加一個(gè)狀態(tài)來延長(zhǎng)數(shù)據(jù)讀取時(shí)間);當(dāng)ADS#為0時(shí)，經(jīng)本地總線譯碼邏輯譯碼后，表明還需要訪問本地空間，轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1，否則轉(zhuǎn)為SO，本周期訪問結(jié)束完成數(shù)據(jù)傳送。
將以上狀態(tài)機(jī)用VHDL語(yǔ)言在可編程器件中實(shí)現(xiàn)，部分源程序代碼如下：
……
圖6是借助于Xilinx ISE 9.1i仿真工具對(duì)在C模式下的8位本地總線寬度的本地邏輯控制的傳輸時(shí)序仿真結(jié)果舉例。由圖6可知：在寫周期，是把PCI總線端的地址local_adrr[9：2]為8'h00的數(shù)據(jù)寫到輸出端outport0;在讀周期，是把地址為8'h00的數(shù)據(jù)從inportO[2;0]讀入到local_data[0]。
3.2 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
Windriver是Jungo公司生產(chǎn)的一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)組件，開發(fā)者不需熟悉操作系統(tǒng)內(nèi)核即可利用Windriver開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序中的所有函數(shù)都是在用戶態(tài)下運(yùn)行的，通過與Windriver的.Vxd或者.Sys文件交互來達(dá)到驅(qū)動(dòng)硬件的目的，大大提高了PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。
用Windriver開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的過程大致如下：首先，打開Windriver設(shè)備，查找所要訪問的PCI設(shè)備;然后是枚舉該設(shè)備的資源(包括內(nèi)存、I/O、中斷)并鎖定該設(shè)備的資源，不能被其他程序訪問;在訪問板上的資源之后是解鎖資源;最后是關(guān)閉Windriver設(shè)備。這個(gè)過程是用C語(yǔ)言在VC++6.0開發(fā)環(huán)境下借助于Windriver本身自帶函數(shù)(安裝Windriver之后，在其“Help”中可找出相關(guān)函數(shù)說明)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCI9054的
初始化。設(shè)備打開，訪問硬件資源，調(diào)用函數(shù)庫(kù)，設(shè)備關(guān)閉等操作后。再對(duì)源代碼進(jìn)行編譯，鏈接和運(yùn)行成功后，找出產(chǎn)生的5個(gè)文件：wdr-eg.exe，plx9054.inf，windrvr6.sys，plx9054.lib和plx9054.dll，這5個(gè)文件組成了所需的驅(qū)動(dòng)文件。在板卡成功插入插槽后點(diǎn)擊wdreg.exe成功安裝驅(qū)動(dòng)程序。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文以性價(jià)比較高的PCI9054作為PCI橋路器，給出了橋路器的部分功能介紹、電路設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題及本地總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谶壿嬙O(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)降低了PCI總線的復(fù)雜性，輕松實(shí)現(xiàn)了PCI總線端的控制器對(duì)本地總線和本地總線外部設(shè)備的工作模式和狀態(tài)的有效檢測(cè)，具有極大的應(yīng)用價(jià)值。