基于MPC8280的PCI驅動(dòng)設計

摘要 芯片MPC8280的主頻最高為450 MHz，僅靠運行在其上的軟件雖可實(shí)現路由交換功能，但交換容量?jì)H約為40 Mbit·s-1，無(wú)法滿(mǎn)足多路千兆交換性能要求。利用MPC8280的PCI口外接千兆交換芯片BCM56514，能突破這一性能瓶頸?；贛PC8280的PCI驅動(dòng)，使得MPC8280通過(guò)PCI卻嬋占潿列床僮鰲⑴渲每占潿列床僮骱I/O空間的讀寫(xiě)操作，并實(shí)現對BCM56514的配置、控制及路由表的更新，從而使MPC8280在路由交換領(lǐng)域得以應用。

近年來(lái)，多媒體通信技術(shù)應用迅猛發(fā)展，對網(wǎng)速的要求也迅速提升。為適應這一趨勢，與網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的終端設備和路由交換設備的性能均亟需提升。在當今中國，計算機作為網(wǎng)絡(luò )終端設備，網(wǎng)口的標配速率已由100 Mbit·s-1改為1 000 Mbit·s-1，交換機、路由器等作為路由交換設備，交換容量量級也由原來(lái)100 Mbit·s-1上升到1 000 Mbit·s-1甚至10 Gbit·s-1。MPC8280是由Freescale公司推出的雙地址總線(xiàn)雙處理器芯片，自其推出以來(lái)，因其豐富的外圍接口已在航空航天、通信電子、醫療器械、交通設施等領(lǐng)域得到廣泛應用，然而在今日迫切需求的大容量路由交換領(lǐng)域，卻因其最高主頻為450 MHz的限制，依靠運行在MPC8280上的軟件扣除中斷處理、系統管理等開(kāi)銷(xiāo)外，實(shí)現的交換容量?jì)H為40 Mbit·s-1，在多路千兆交換應用中存在性能瓶頸。利用MPC8280的PCI口外接千兆交換芯片BCM56514，使得運行在MPC8280上的軟件僅作路由計算和路由表的維護，而將交換控制交由BCM56514實(shí)現，可突破性能瓶頸。完成PCI驅動(dòng)設計是這一方法能得以實(shí)施的先決條件，MPC8280通過(guò)PCI內存空間讀寫(xiě)操作、配置空間讀寫(xiě)操作和I/O空間讀寫(xiě)操作，實(shí)現對交換芯片的配置、控制及路由表的更新，從而使MPC 8280在大容量路由交換領(lǐng)域得到成熟應用。

1 PCI知識介紹

PCI為Peripheral Component Interconnect的縮寫(xiě)，是一種總線(xiàn)規范，用于外圍設備互聯(lián)。目前使用2.2版本的PCI規范。主要由時(shí)鐘信號(PCI_CLK)、控制信號 (FRAME、IRDY、DEVSEL、TRADY、STOP、IDSEL)、地址數據復用信號AD[31：0]及校驗和錯誤指示信號(SERR、PERR)構成。地址和數據信號可擴展到64 bit，時(shí)鐘信號常用33 MHz，可擴展到66 MHz，速率可達528 MByte/s。采用分段分層結構，其總線(xiàn)拓撲結構如圖1所示。

2 PCI驅動(dòng)設計

PCI驅動(dòng)通過(guò)配置寄存器，完成總線(xiàn)初始化，并提供PCI配置空間讀寫(xiě)、PCI內存空間讀寫(xiě)、PCI I/O空間讀寫(xiě)和中斷函數接口。上層應用利用這些操作接口發(fā)現外部交換芯片，并能獲取交換芯片信息，實(shí)現對外接交換芯片的配置管理、路由表更新、狀態(tài)回讀等操作，最終實(shí)現PCI驅動(dòng)設計。

2.1 PCI驅動(dòng)流程設計

首先通過(guò)設置寄存器，使芯片跳出PCI重啟狀態(tài)，接著(zhù)根據系統的地址分配對Outbound和Inbound寄存器組進(jìn)行配置，然后對PCI使用的字節序、錯誤狀態(tài)和Master模式進(jìn)行配置，最后使能PCI內存空間讀寫(xiě)和配置空間讀寫(xiě)。使用UML的活動(dòng)圖對PCI驅動(dòng)流程設計建模如圖2所示。

2.2 配置空間讀寫(xiě)設計

指令按照一定的數據格式優(yōu)先寫(xiě)到CONFIG_ADDR寄存器，然后通過(guò)向CONFIG_DATA寄存器填入數據，完成寫(xiě)操作，或從CONFIG_DATA讀出數據，完成讀操作。無(wú)論CONFIG_ADDR寄存器的數據是否需要改變，每次操作都必須先對CONFIC_ADDR寄存器操作，然后才可對CONFIC_DATA寄存器操作，否則操作無(wú)效。指令數據格式如圖3所示。

配置空間操作時(shí)，地址譯碼過(guò)程如下：例如Device Number為0b01011時(shí)，對應的十進(jìn)制數為11，則Bit[31：11]中的Bit11置1，其他Bit為0，此時(shí)在硬件上將IDSEL信號連接到Bit11的PCI設備將被選中;若Device Number為0b01100時(shí)，對應的十進(jìn)制數為12，則Bit[31：11]中的Bit12置1，其他Bit為0，此時(shí)在硬件上將IDSEL信號連接到Bit12的PCI設備將被選中;Device Number的特殊定義如下;0b01010將選定Bit[31];0b11111將執行特別操作;0b00000將對PCI橋自身進(jìn)行操作。譯碼結果的格式如圖4所示。

共有兩種操作類(lèi)型：了ype 0操作和Type1操作。Type0操作適用于目標設備和PCI橋在同一總線(xiàn)上，PCI橋直接根據從上層總線(xiàn)接收到指令中的Device Number進(jìn)行地址譯碼，并將Bit[31：11]數據中對應的Bit置1，Bit[1：0]設置成0x00，在PCI總線(xiàn)配置操作的地址時(shí)段，將譯碼結果發(fā)送到PCI總線(xiàn)的AD[31：0]上。

Type1操作適用于目標設備和PCI橋不在同一總線(xiàn)上，需經(jīng)過(guò)PCI橋將完整的數據繼續向下傳遞。當PCI橋在配置空間操作的地址時(shí)隙從AD[31：0]收到指令時(shí)，判斷目標設備是否在其負責的范圍內，若不在，將不處理。若在，則將AD[31：0]的數據和PCI_C/_BE完整的向下傳遞;若發(fā)現目標設備為本層設備，將操作變?yōu)門(mén)ype0操作，選中目標設備。

2.3 內存空間讀寫(xiě)設計

MPC8280的PCI內存讀寫(xiě)分為MPC8280主動(dòng)發(fā)起的PCI內存空間讀寫(xiě)和MPC8280被動(dòng)引起的PCI內存空間讀寫(xiě)。在進(jìn)行PCI內存空間讀寫(xiě)時(shí)，需地址譯碼。

MPC8280主動(dòng)發(fā)起的PCI內存空間讀寫(xiě)，MPC8280側地址譯碼流程如圖5所示。先對操作地址進(jìn)行判斷，若落在MPC8280的內部存儲器映射寄存器(IMMR)范圍內，接著(zhù)就需判斷是否落在PCI寄存器，根據判斷結果決定是否對PCI寄存器進(jìn)行操作或不做處理。若不是落在MPC8280的IMMR范圍，需判讀是否落在PCI OutBound空間，若落于PCI OutBound空間，則需根據寄存器的配置，對地址進(jìn)行譯碼，并將譯碼后的結果在地址時(shí)隙被發(fā)送到PCI總線(xiàn)的地址管腳，若未落在PCI OutBound空間，卻落于PCIBR0或PCIBR1寄存器定義的范圍內，則將地址直接通過(guò)地址時(shí)隙發(fā)送至PCI總線(xiàn)的地址管腳。