基于PCI9054的接口卡設計

　　PCI總線(xiàn)支持突發(fā)傳送，多處理器和并發(fā)工作，廣泛應用于各種平臺設計?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/PCI9054">PCI9054的接口板也廣泛地應用于各種高速、大數據量的處理系統。由于PCI9054橋接有PCI總線(xiàn)和本地總線(xiàn)，開(kāi)發(fā)者不必過(guò)多考慮復雜的PCI總線(xiàn)規范，從而能有更多精力開(kāi)發(fā)硬件和驅動(dòng)程序設計。

　　這里以PCI9054為例，給出了接口板的硬件和軟件設計，詳細論述了該系統設計的原理圖和用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)的部分邏輯源程序，以供相關(guān)開(kāi)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(xiàn)主控I／O加速器，它采用PLX在業(yè)界領(lǐng)先的數據流水線(xiàn)框架，包含DMA引擎，可編程的PCI起始器和目標數據傳輸模式以及PCI信息傳輸功能。遵循PCI2．2版規范，可獲得最高可達132 MB／s的突發(fā)傳輸速度。它使復雜的PCI接口應用設計變得相對簡(jiǎn)單，目前已成為主流的PCI接口器件之一。

　　PCI9054數據傳輸有3種方式：主模式、從模式和DMA方式。其內部具有2個(gè)DMA數據通道，每個(gè)通道均支持塊Scatter／Gather的DMA方式，雙向數據通路上各有6個(gè)FIF0進(jìn)行數據緩沖，可同時(shí)進(jìn)行高速的數據接收和發(fā)送，8個(gè)32位Mailbox寄存器可為雙向數據通路提供消息傳送，PCI9054內部框圖，如圖1所示。

　　PCI9054的本地總線(xiàn)有M、C、J 3種工作模式，可通過(guò)模式選擇引腳MODE[1：0]進(jìn)行控制，其中C模式能夠滿(mǎn)足絕大多數的應用需求，而且C模式的本地總線(xiàn)操作時(shí)序最為簡(jiǎn)單，邏輯控制相對容易，其開(kāi)發(fā)難度相對較低。C模式下PCI9054通過(guò)片內邏輯控制將PCI的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)分開(kāi)，很方便地為本地工作時(shí)序提供各種工作方式，一般較廣泛應用于系統設計中。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(xiàn)時(shí)鐘可由外部提供，該時(shí)鐘可和PCI時(shí)鐘異步。

　　2 接口卡硬件設計

　　接口卡主要功能是：對外設裝置進(jìn)行工作模式和狀態(tài)檢測，控制端對檢測結果進(jìn)行相應的數據接收或發(fā)送操作。其工作流程是：由控制端提出請求，根據進(jìn)入接口卡的信號對外部設備進(jìn)行工作模式和狀態(tài)檢測并決定是否對進(jìn)入外設的信號進(jìn)行接收或發(fā)送。機械特性方面，接口卡遵從Eurocard工業(yè)標準，采用6U(233．35 mmxl60 mm)結構。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(xiàn)接口、本地總線(xiàn)接口和串行EEPROM接口。

　　2．1 PCI9054與PCI總線(xiàn)接口

　　PCI9054與PCI總線(xiàn)接口的連接實(shí)際上是PCI9054與cPCI連接器Jl的連接，即PCI9054的PCI端信號線(xiàn)通過(guò)10Ω的端接電阻與PCI插槽的相應信號線(xiàn)對應連接。PCI總線(xiàn)接口信號包括地址數據復用信號線(xiàn)、接口控制信號線(xiàn)、中斷信號線(xiàn)等。PCB設計時(shí)，為了滿(mǎn)足反射條件，需注意PCI總線(xiàn)信號的布線(xiàn)及長(cháng)度，普通信號長(cháng)度，從連接器到PCI橋器件間距應不大于1．5英寸(3．81 cm)，PCI_CLK信號布線(xiàn)長(cháng)度為2．5±0．1英寸，否則會(huì )導致信號不穩定甚至總線(xiàn)沖突，無(wú)法開(kāi)機。PCI9054內部有可編程的FIF0，實(shí)現零等待突發(fā)傳輸及本地總線(xiàn)與PCI總線(xiàn)之間的異步操作，本地總線(xiàn)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(xiàn)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LCLK與送往CPLD的時(shí)鐘信號CCLK要等長(cháng)，以保持它們同步。

　　2．2 PCI9054與本地總線(xiàn)接口

　　本接口卡中的CPLD采用Xilinx公司生產(chǎn)的XC95288XL，實(shí)現對接口卡的邏輯控制。C模式下PCI9054通過(guò)片內邏輯控制將PCI的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)分開(kāi)，然后與CPLD相對應的引腳連接，能方便為本地工作時(shí)序提供各種工作方式，一般廣泛應用于系統設計。

　　本地總線(xiàn)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。當從J4進(jìn)入的信號電壓(引腳7)大于基準電壓(引腳6)時(shí)，輸出高電平(引腳1)并進(jìn)入CPLD，控制器通過(guò)PCI9054讀入。0UT_BUFFER部分主要是實(shí)現控制器對外設接收或發(fā)送數據的控制。

　　2．3 PCI9054與EEPROM接口

　　PCI9054提供4個(gè)引腳EEDI，EED0，EESK，EECS與串行EEPROM-93LC5*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。因為需要對串行EEPROM進(jìn)行寫(xiě)操作，串行EEPROM需處于可編程而且非保護狀態(tài)，所以PE通過(guò)10 kΩ的電阻上拉后接高電平3．3 V電壓，而PRE通過(guò)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(xiàn)接口、本地總線(xiàn)接口和串行EEPROM接口后，還需對寄存器進(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EEPROM初始化。

　　配置PCI配置寄存器主要是填寫(xiě)生產(chǎn)商ID號、器件ID號、子系統生產(chǎn)商ID號和類(lèi)碼子系統ID號。對于PCI9054，其生廠(chǎng)商ID號，器件ID號，子系統號，子系統ID號等是固定的，可以在PCI9054數據手冊中查到。

　　本地配置寄存器的配置是對本地地址空間及本地總線(xiàn)屬性的配置，這種配置根據實(shí)際開(kāi)發(fā)需要進(jìn)行，配置完成后，在主機CPU要訪(fǎng)問(wèn)本地地址空間時(shí)，可能給出對應的PCI總線(xiàn)地址。

　　PCI9054在加電啟動(dòng)時(shí)，從外部EEPROM讀取初始化數據來(lái)配置PCI9054的內部寄存器，在板卡加電自檢期間，PCI總線(xiàn)的RST#信號復位，PCI9054內部寄存器的默認值作為回應。PCI9054出本地LRESET#信號并檢測串行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(hù)可通過(guò)向PCI9054的寄存器CNTRL的29位寫(xiě)1，來(lái)加載EEPROM的內容到PCI9054的內部寄存器，配置的信息可以在P1xSdk的PLXMON下對EEPROM進(jìn)行配置。

　　3 接口卡軟件設計

　　3．1 CPLD邏輯設計

　　PC39054通過(guò)本地總線(xiàn)與本地總線(xiàn)設備進(jìn)行通信，PCI9054提供2種訪(fǎng)問(wèn)方式，即單周期訪(fǎng)問(wèn)和突發(fā)方式訪(fǎng)問(wèn)。

　　其中單周期訪(fǎng)問(wèn)本地總線(xiàn)采用狀態(tài)機實(shí)現本地總線(xiàn)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ADS#為0時(shí)，如經(jīng)本地總線(xiàn)譯碼邏輯譯碼后表明需要訪(fǎng)問(wèn)本地空間時(shí)則轉到狀態(tài)S1，否則留在狀態(tài)SO；狀態(tài)S1為單周期訪(fǎng)問(wèn)開(kāi)始狀態(tài)，當BLAST#為1時(shí)，停留在狀態(tài)S1，否則轉到狀態(tài)S2：狀態(tài)S2為訪(fǎng)問(wèn)等待狀態(tài)，在此狀態(tài)下數據在本地總線(xiàn)保持，然后直接轉到狀態(tài)S3；狀態(tài)S3數據傳送狀態(tài)，在此狀態(tài)下數據從本地總線(xiàn)上取走(如果需要可以加一個(gè)狀態(tài)來(lái)延長(cháng)數據讀取時(shí)間)；當ADS#為0時(shí)，經(jīng)本地總線(xiàn)譯碼邏輯譯碼后，表明還需要訪(fǎng)問(wèn)本地空間，轉到狀態(tài)S1，否則轉為SO，本周期訪(fǎng)問(wèn)結束完成數據傳送。

　　將以上狀態(tài)機用VHDL語(yǔ)言在可編程器件中實(shí)現，部分源程序代碼如下：

　　圖6是借助于Xilinx ISE 9．1i仿真工具對在C模式下的8位本地總線(xiàn)寬度的本地邏輯控制的傳輸時(shí)序仿真結果舉例。由圖6可知：在寫(xiě)周期，是把PCI總線(xiàn)端的地址local_adrr[9：2]為8'h00的數據寫(xiě)到輸出端outport0；在讀周期，是把地址為8'h00的數據從inportO[2；0]讀入到local_data[0]。

　　3．2 驅動(dòng)程序設計

　　Windriver是Jungo公司生產(chǎn)的一個(gè)設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)組件，開(kāi)發(fā)者不需熟悉操作系統內核即可利用Windriver開(kāi)發(fā)設備驅動(dòng)程序。整個(gè)驅動(dòng)程序中的所有函數都是在用戶(hù)態(tài)下運行的，通過(guò)與Windriver的．Vxd或者．Sys文件交互來(lái)達到驅動(dòng)硬件的目的，大大提高了PCI設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。

　　用Windriver開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序的過(guò)程大致如下：首先，打開(kāi)Windriver設備，查找所要訪(fǎng)問(wèn)的PCI設備；然后是枚舉該設備的資源(包括內存、I／O、中斷)并鎖定該設備的資源，不能被其他程序訪(fǎng)問(wèn)；在訪(fǎng)問(wèn)板上的資源之后是解鎖資源；最后是關(guān)閉Windriver設備。這個(gè)過(guò)程是用C語(yǔ)言在VC++6．0開(kāi)發(fā)環(huán)境下借助于Windriver本身自帶函數(安裝Windriver之后，在其“Help”中可找出相關(guān)函數說(shuō)明)實(shí)現對PCI9054的

　　初始化。設備打開(kāi)，訪(fǎng)問(wèn)硬件資源，調用函數庫，設備關(guān)閉等操作后。再對源代碼進(jìn)行編譯，鏈接和運行成功后，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動(dòng)文件。在板卡成功插入插槽后點(diǎn)擊wdreg．exe成功安裝驅動(dòng)程序。

　　4 結束語(yǔ)

　　本文以性?xún)r(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、電路設計時(shí)需注意的問(wèn)題及本地總線(xiàn)數據傳輸的接口邏輯設計。本設計降低了PCI總線(xiàn)的復雜性，輕松實(shí)現了PCI總線(xiàn)端的控制器對本地總線(xiàn)和本地總線(xiàn)外部設備的工作模式和狀態(tài)的有效檢測，具有極大的應用價(jià)值。