基于PCIE／104總線(xiàn)的高速數據接口設計

摘要：PC／104作為一種工業(yè)嵌入式的總線(xiàn)標準，由于其小尺寸結構、低功耗，以及軟件通用性而被廣泛用于航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域。這里主要介紹了下一代總線(xiàn)技術(shù)PCIE總線(xiàn)在PC／104標準下的應用。闡述了數據接口卡的系統組成和各單元的功能，以及驅動(dòng)在linux操作系統下的實(shí)現原理。自行設計并實(shí)現了板卡原理圖和PCB，同時(shí)簡(jiǎn)述了高速PCB仿真方面的知識，并針對PCIE差分線(xiàn)進(jìn)行了版級仿真。最后利用PLX公司提供的開(kāi)發(fā)套件在Linux操作系統下完成了板卡驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)和調試。
關(guān)鍵詞：PCIe總線(xiàn)；PC／104；嵌入式；PCB仿真

0 引言
PCIE總線(xiàn)是由Intel公司提出用來(lái)取代現行PCI總線(xiàn)的下一代總線(xiàn)技術(shù)，被公認為未來(lái)總線(xiàn)的發(fā)展方向，目前已經(jīng)成功應用在了商業(yè)機上。相對于目前流行的PCI總線(xiàn)，它具有如下特點(diǎn)：
采用了串行點(diǎn)對點(diǎn)模式，數據總線(xiàn)從并行走回向串行無(wú)疑是一個(gè)趨勢，如現在流行的SATA總線(xiàn)、PCIE總線(xiàn)和rapidIO總線(xiàn)都是串行總線(xiàn)?，F在串行總線(xiàn)在速度上的優(yōu)勢可以說(shuō)是毋庸置疑的。PCIE總線(xiàn)在每個(gè)方向上都有X1，X2，X4，X8，X16或X32個(gè)信號對，用戶(hù)可根據不同的需求采用不同的配置。同時(shí)串行信號還具有管教更少，便于調試的優(yōu)點(diǎn)。
PCIE采用了基于數據包的協(xié)議來(lái)編碼事物，而不是PCI體系結構的總線(xiàn)周期。數據包被串行發(fā)送和接受，并被字節拆分來(lái)通過(guò)物理鏈路。鏈路上實(shí)現的通道越多，數據包發(fā)送的數據越快，鏈路的帶寬也越寬。同時(shí)PCIE還定義了各種類(lèi)型的數據包，如存儲器讀／寫(xiě)請求、I／O讀／寫(xiě)請求、配置讀／寫(xiě)請求、消息請求和完成數據包等。
PC／104標準是一種嵌入式的總線(xiàn)標準，具有功耗低，尺寸小，堆棧式結構的特點(diǎn)。隨著(zhù)目前各種應用數據傳輸量的增大，現行的PCI總線(xiàn)在帶寬方面已經(jīng)略顯疲態(tài)，而新近瑞士邏輯提出的PC／104 Express標準，使得PCIE總線(xiàn)技術(shù)被成功地應用在了PC／104標準的板卡上。本文采用了PLX公司的PEX8311橋接芯片，完成了PCIE到局部總線(xiàn)接口的轉換，應用PLX公司提供的開(kāi)發(fā)工具在Linux操作系統下實(shí)現了板卡的驅動(dòng)應用。在軟硬件兩方面進(jìn)行了設計，完成了PCIE／104板卡的功能，升級了系統的總線(xiàn)。

1 PCIE／104高速信號接口卡的系統
PCIE／104高速信號接口卡的系統設計方案如圖1所示。

外部傳感器采集到的數據通過(guò)LVDS，RS 422等電平方式，以固定的不同串口波特率傳到FPGA內部集成的各自對應的雙口RAM中。當寫(xiě)入了固定字節后，設定標志位stage為1，同時(shí)發(fā)出中斷信號LINT#給PEX8311。PEX8311產(chǎn)生了assert_INT1信息，并通過(guò)PCIE接口發(fā)給上位機。上位機保存好現在的任務(wù)后，通過(guò)PCIE開(kāi)始發(fā)出存儲器讀命令給PEX8311。PEX8311獲得命令后，向FPGA發(fā)出本地總線(xiàn)申請信號，FPGA作為本地端的控制器將本地總線(xiàn)控制權交給PEX8311。PEX8311開(kāi)始讀數據，首先要進(jìn)行的是讀取標志位，在讀取了標志位后，上位機就知道是哪幾路串口信號需要讀入。然后，把標志位清掉，這樣相當于清掉了中斷信號。接著(zhù)，中斷服務(wù)程序在進(jìn)入到各個(gè)串口的RAM中，來(lái)讀取相應的數據。在多路串口信號傳輸過(guò)來(lái)時(shí)，針對該系統，采用的是優(yōu)先滿(mǎn)足高速串口的原則，也就是采用高速串口的標志位作為中斷信號，每次產(chǎn)生中斷后查詢(xún)其他標志位。數據到上位機后待處理。該系統目前實(shí)現的是兩路串口，而多路串口原理相同。