利用PCI1510實(shí)現PCI板卡的熱插拔測試

對于普通的PCI板卡，無(wú)論是總線(xiàn)的硬件結構還是操作系統(如Windows序列操作系統)都不支持熱插拔。在批量生產(chǎn)PCI板卡時(shí)，必須在關(guān)機的情況下插拔PCI板卡，然后開(kāi)機測試，因此測試工作十分費時(shí)費力。本文介紹利用TI公司的PCI1510制作一個(gè)PCI-to-PCI轉接卡，從硬件和軟件兩個(gè)方面實(shí)現PCI板卡的熱插拔。

1 系統總體結構

利用PCI1510制作的PCI-to-PCI轉接卡的總體結構框圖如圖1所示。在電氣原理上類(lèi)似于一款PCI總線(xiàn)到CardBus總線(xiàn)的接口電路板，但在物理形式上，CardBus總線(xiàn)并沒(méi)有使用PCMCIA插座，而是使用PCI插座。由于PCI板卡的電源要求同PCMCIA板卡的電源要求相差很大，這款PCI-to-PCI板卡的電源處理方法同一般PCMCIA接口板的電源處理方法有較大的差別。

需要說(shuō)明的是，一般PCMCIA接口板卡插入PCMCIA插槽后，系統能自動(dòng)識別板卡是否插入，但本文所設計的PCI-to-PCI轉接板卡，由于PCI總線(xiàn)沒(méi)有板卡插入識別信號，所以在設計時(shí)增加了一個(gè)控制開(kāi)關(guān)。當控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，表示沒(méi)有待測PCI板卡插入；當有待測PCI板卡插入時(shí)，操作者合上控制開(kāi)關(guān)，通知系統已有待測PCI板卡插入，此時(shí)控制邏輯電路接收此信號并按PCI1510所要求的方式給出板卡插入識別信號。

圖1中的PCI-to-PCI轉接卡主要由以下幾個(gè)部分組成：總線(xiàn)轉換電路，主要由PCI1510及其配置電路24C02組成；控制邏輯電路，由ATF16V8C實(shí)現，其作用是根據操作者手動(dòng)給出的開(kāi)關(guān)信號向PCI1510給出相應的板卡插入和拔出信號，同時(shí)給出電源開(kāi)關(guān)電路的控制信號；電源開(kāi)關(guān)電路，由兩片IRF7404組成，根據控制邏輯電路給出的電源控制信號，分別接通或斷開(kāi)PCI插槽的+5V和3.3V電源（如果需要＋12V電源，還要增加一片IRF7404）。

2 PCI板卡熱插拔測試的硬件實(shí)現

從硬件上講，對于圖1所示的PCI-to-PCI轉接卡，要實(shí)現外部PCI板卡的熱插拔，必須解決兩個(gè)問(wèn)題：一是CardBus總線(xiàn)到PCI總線(xiàn)的轉換，二是要處理好轉接卡上PCI插座的電源問(wèn)題。

2.1 從CardBus總線(xiàn)到PCI總線(xiàn)的轉換

根據PCMCIA的設計規范[1]可知，CardBus總線(xiàn)類(lèi)似于PCI總線(xiàn)，但CardBus總線(xiàn)是一種點(diǎn)對點(diǎn)總線(xiàn)，與PCI總線(xiàn)有較大差別。

關(guān)于二者引腳的定義可以參考PCI設計規范[2]和PC卡設計規范[1]。下面著(zhù)重敘述二者引腳定義的不同點(diǎn)并給出相應的解決辦法：

(1)CardBus總線(xiàn)沒(méi)有IDSEL信號，而PCI總線(xiàn)和PCI橋芯片必須有IDSEL信號，用來(lái)支持對PCI橋芯片配置空間的讀和寫(xiě)操作。由于CardBus總線(xiàn)是點(diǎn)對點(diǎn)操作，在它上面只有一個(gè)設備，因此可在本轉接卡PCI插座的IDSEL引腳通過(guò)一個(gè)電阻（阻值為4.7～33）接到3.3V電源；

(2)CardBus總線(xiàn)沒(méi)有SBO#和SDONE#信號，但一般的PCI板卡并不需要這兩個(gè)信號；

(3)CardBus總線(xiàn)不支持64位總線(xiàn)擴展，這對32位總線(xiàn)的PCI卡不產(chǎn)生影響。本文所述轉接卡也不支持64位總線(xiàn)的PCI板卡；

(4)CardBus總線(xiàn)沒(méi)有JTAG引腳，而通常的PCI板卡并沒(méi)有利用JTAG功能，因而這一點(diǎn)并不影響本文所述轉接卡的適應性；

(5)CardBus總線(xiàn)有CSTSCHG引腳，這是CardBus總線(xiàn)的獨有功能，PCI總線(xiàn)并不需要，因而在設計時(shí)將它懸空；

(6)CardBus總線(xiàn)有CAUDIO引腳，這也是CardBus總線(xiàn)的獨有功能，PCI總線(xiàn)也不需要它，因而在設計時(shí)將它懸空；

(7)CardBus總線(xiàn)有CCLKRUN#引腳，PCI總線(xiàn)中沒(méi)有該引腳，本文在設計中按CardBus接口設計要求將其通過(guò)330?贅電阻接地；

(8)CardBus總線(xiàn)只有一個(gè)INT#引腳，但對于常見(jiàn)的PCI板卡而言，通常只使用（或不用）一個(gè)PCI中斷信號INTA#，因而這個(gè)限制對大多數PCI板卡不構成限制。

2.2 外部板卡插入的檢測和控制邏輯電路的設計

PCI1510有四個(gè)控制信號：CCD1#、CCD2#、CVS1和CVS2，用來(lái)檢測是否有外部板卡的插入，并判別插入板卡的類(lèi)型。PCI1510是一款PCMCIA接口的接口芯片，對于PCMCIA接口而言，可以在PCMCIA插座上插入三種類(lèi)型的板卡[1]：16位數據/地址總線(xiàn)的存儲卡，32位數據/地址總線(xiàn)的CardBus卡和CardBay卡。由于將CardBus總線(xiàn)當作PCI總線(xiàn)使用，因而當本文所述轉接卡的PCI插座上有待測PCI板卡插入時(shí)，控制邏輯電路必須給PCI1510提供一個(gè)與CardBus板卡插入相似的板卡識別信號。

根據PCI1510的數據手冊[3]和PCMCIA卡設計規范[1]，當PCI1510檢測到CCD2#為低電平且CCD1#接CVS1、CVS2懸空時(shí)，PCI1510認為外部總線(xiàn)接口已經(jīng)插入一個(gè)CardBus板卡；而當CCD1#、CCD2#有一個(gè)為高電平時(shí)，PCI1510認為外部總線(xiàn)上沒(méi)有板卡插入。因而本文按如下方式設計電路：CCD1#與CVS1短接，CVS2懸空，CCD2#通過(guò)上拉電阻接至可編程邏輯芯片ATF16V8C。PCI-to-PCI轉換卡邏輯電路和電源控制電路如圖2所示。

在圖2所示的電路中，U300和U301為電源開(kāi)關(guān)芯片IRF7404，實(shí)際上它們是P溝道場(chǎng)效應管，其輸入電源引腳分別接轉接卡上的＋5V和+3.3V電源，輸出引腳則分別接至轉接卡PCI插座上的+5V和+3.3V電源引腳。U300和U301的控制信號由可編程邏輯芯片U302（ATF16V8C）的POWER_EN#提供。

U302的輸入信號為：CARD_IN、PCI1510提供的電源控制信號VCCD0和VCCD1，輸出信號為CCD2＃和POWER_EN#。輸入輸出關(guān)系式為：
CCD2#＝CARD_IN；
POWER_EN#＝ !VCCD0+VCCD1；

在轉接卡的PCI插座上沒(méi)有插入PCI板卡時(shí)，CON300斷開(kāi)，CARD_IN為高電平，此時(shí)，CCD2#也為高電平；PCI1510給出的VCCD0、VCCD1均為高電平，POWER_EN#也為高電平，U300和U301沒(méi)有電源輸出，轉接卡的PCI插座上也沒(méi)有電源，同時(shí)插座上的信號線(xiàn)均處于高阻狀態(tài)；在待測PCI板卡插入后，當操作者合上CON300時(shí)，CARD_IN為低電平，CCD2#也變?yōu)榈碗娖?，PCI1510檢測到有板卡插入，給出VCCD0為高電平，VCCD1為低電平，在邏輯電路中，POWER_EN#為低電平，電源電路給PCI插座提供＋5V和＋3.3V(也可以增加電路提供＋12V電源)電源，同時(shí)PCI1510激活板卡插座上的信號線(xiàn)，此時(shí)，待測PCI板卡開(kāi)始正常工作。

當測試完畢時(shí)，操作者首先斷開(kāi)CON300。此時(shí)根據前面的分析可知，轉接卡的PCI插座上的電源被切斷，信號線(xiàn)處于高阻狀態(tài)，這時(shí)，操作者可以在不關(guān)機的情況下拔下PCI板卡。

3 PCI板卡熱插拔測試的軟件實(shí)現

圖1所示的 PCI-to-PCI轉接卡在電氣原理上類(lèi)似于一款PCI-to-PCMCIA轉接卡，常見(jiàn)的操作系統(如Windows XP， Windows 2000， Windows 98等）都支持PCMCIA板卡的熱插拔，而且這些常見(jiàn)的操作系統都帶有PCI1510的驅動(dòng)程序。當本文所述PCI-to-PCI轉接卡插入桌面計算機后，操作系統能自動(dòng)裝好轉接卡的驅動(dòng)程序。另外，待測PCI板卡插入轉接卡的PCI插槽后，操作者合上控制開(kāi)關(guān)，操作系統將檢測到外部板卡的插入，并將待測PCI板卡識別成CardBus板卡，這樣就可以像測試CardBus板卡一樣測試PCI板卡，從而實(shí)現了PCI板卡的熱插拔測試。

要使本文所述轉接卡正常工作，還必須正確配置圖1中E2PROM芯片，本文所述轉接卡的配置如表1所示。

盡管本文所述PCI-to-PCI轉接卡對待測PCI板卡存在著(zhù)一些限制，即要求待測PCI板卡是32位數據/地址總線(xiàn)，只使用（或不用）一個(gè)PCI中斷（即INTA#），并且不使用SDO#和SDONE#信號線(xiàn)，不使用PCI總線(xiàn)上的JTAG接口， 但這對于一些常見(jiàn)的PCI板卡而言并不是一個(gè)問(wèn)題，本文所述轉接卡仍然具有廣泛的適應性和較高的使用價(jià)值。

參考文獻
[1] PC Card Standard release 8.0，www.PCMCIA.org.2001，4.
[2] 劉顯慶，劉仁普.微機總線(xiàn)規范.北京：機械工業(yè)出版社，1995.
[3] PCI1510 Data Manual.www.ti.com.2004，12.