PCI9054芯片接口設計中若干問(wèn)題的深入研究
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PIC9054是PLX公司推出的一種32位33MHz的PCI總線(xiàn)主控I/O加速器。它采用多種先進(jìn)技術(shù)，使復雜的PCI接口應用設計變得相對簡(jiǎn)單。該芯片是目前主流的PCI接口芯片之一，其功能和性能如下：
·符合PCI V2.2規范，包含PCI電源管理特性；
·支持PCI雙地址周期，地址空間高達4GB；
·提供兩個(gè)獨立的可編程DMA控制器，每個(gè)通道均支持塊和分散/集中的DMA方式；
·PCI與Local Bus之間數據傳輸速率高達132MB/s；
·支持復用或非復用的32位局部總線(xiàn)操作，本地總線(xiàn)支持8位、16位和32位外圍設備和存儲設備，本地總線(xiàn)有三種工作模式：M模式、C模式和J模式，可通過(guò)模式選擇引腳加以選擇；
·PCI9054內部有可編程的FIFO，可以實(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)速率高達50MHz。
·支持可編程突發(fā)管理、可編程預取數技術(shù)和可編程中斷產(chǎn)生；
·3.3V/5V兼容。
1 PCI9054的工作模式
PCI9054有M、C、J三種工作模式，可通過(guò)模式選擇控制引腳MODE[1:0]進(jìn)行控制。當MODE[1:0]=“11”時(shí)，PCI9054工作在M模式；當MODE[1:0]="00"時(shí),PCI9054工作在C模式;當MODE[1:0]=“01”時(shí)，PCI9054工作在J模式；當MODE[1:0]="10"時(shí)，婁保留工作狀態(tài)。
M模式可與Motorola MPC850或MPC860系列高性能微處理器進(jìn)行無(wú)縫連接；C模式可與Intel i960系列高性能微處理器進(jìn)行無(wú)縫連接；J模式地址和數據線(xiàn)復用，應用很復雜，不過(guò)在一些特殊的應用場(chǎng)合，利用J模式和TI公司6000系列DSP的HPI口進(jìn)行接口，其控制邏輯將比其它模式簡(jiǎn)單得多。
事實(shí)上，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)序最簡(jiǎn)單，邏輯控制相對容易，其開(kāi)發(fā)難度相對較低，因此，如無(wú)特殊需求，建議采用C模式。
2 總線(xiàn)仲裁
在PCI9054與本地總線(xiàn)的接口設計中，一般需采用一片可編程邏輯器件CPLD/FPGA進(jìn)行邏輯控制。在其控制邏輯中，總線(xiàn)仲裁邏輯是最關(guān)鍵、最核心的部分，直接影響計算機運行的穩定性。如果總線(xiàn)仲裁邏輯設計不合理，當計算機對PCI擴展板上的硬件資源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，計算機將會(huì )死機，因此PCI9054本地總線(xiàn)的所有控制邏輯必須服從于總線(xiàn)仲裁邏輯。
下面以C模式為例對PCI9054的總線(xiàn)仲裁邏輯進(jìn)行探討。在C模式下，PCI9054的143腳LHOLD和144腳LHOLDA是總線(xiàn)仲裁輸入輸出信號控制引腳，從公開(kāi)發(fā)表的論文來(lái)看，有人將這兩個(gè)引腳直接與設計電路相連進(jìn)行總線(xiàn)仲裁邏輯設計。筆者在設計時(shí)也曾采用過(guò)這種方式，結果計算機運行很不穩定，經(jīng)常莫名其妙地死機。仔細分析這種方式設計的電路會(huì )發(fā)現，該設計電路其實(shí)是利用器件的引腳傳輸延時(shí)配合總線(xiàn)仲裁電路的時(shí)序關(guān)系的。一般情況下，當環(huán)境溫度、工作電壓等外界因素變化時(shí)，大多數據邏輯器件的引腳延時(shí)會(huì )有相應的變化，因此用器件引腳延時(shí)設計出的總線(xiàn)仲裁邏輯電路運行不穩定應該是預料之中的事。
利用D觸發(fā)器只在觸發(fā)時(shí)鐘有效邊沿對信號敏感的特性進(jìn)行設計，提高電路運行的穩定性，是可編程邏輯器件設計中的一種常用技巧。圖1是PCI9054在C模式下對外設進(jìn)行單一周期寫(xiě)操作的時(shí)序圖，圖2是利用可編程邏輯器件中的D觸發(fā)器設計出的總線(xiàn)仲裁電路。
在圖1中，ADS#、BLAST#和READY#信號的時(shí)序配合很重要，如果配合不好，計算機同樣會(huì )死機。要提高電路穩定性，其設計思想與圖2中的總線(xiàn)仲裁邏輯電路的設計思想相似。從多次實(shí)驗情況來(lái)看，無(wú)論使用哪種工作模式，在該設計思想下設計出的本地總線(xiàn)控制邏輯電路運行非常穩定，沒(méi)有死機的情況發(fā)生。
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