PCI9054芯片接口設計中若干問(wèn)題的深入研究
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3 存儲器和I/O操作
通常PCI擴展板應該有配置空間、存儲器空間和I/O空間三類(lèi)資源?？臻g配置是必須的，根據設計需要，后兩種資源可以只包含其中之一。PCI9054有S0和S1兩個(gè)配置空間，兩個(gè)配置空間都可以配置成存儲器空間和I/O空間，存儲器空間和I/O空間的配置既有相同之處，也有很大的區別。其相同點(diǎn)為兩者都以字節為單位進(jìn)行空間配置。不同之處有以下幾點(diǎn)：
（1）存儲器空間支持0～4GB的空間配置和映射，而I/O空間只支持0～256字節的空間配置和映射；
（2）存儲器空間支持8位、16位和32位總線(xiàn)位寬配置和操作，而I/O空間只支持32位總線(xiàn)位寬配置和操作；
（3）存儲器空間支持單一周期和突發(fā)模式讀寫(xiě)操作，而I/O空間只支持單一周期讀寫(xiě)操作；
（4）在編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序時(shí)，存儲器空間用程序指針進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，I/O空間則用專(zhuān)用的函數進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
如果不清楚存儲器空間和I/O空間的異同步，有可能配錯相應的寄存器。當計算機重新啟動(dòng)時(shí)，很有可能會(huì )啟動(dòng)不起來(lái)。除此之外，值得注意的是：在配置存儲器空間和I/O空間時(shí)，不要將兩種硬件資源配置到相同的空間，導致空間重疊，使驅動(dòng)程序產(chǎn)生誤操作。
4 DMA和突發(fā)數據傳輸
在《PCI9054-DataBook》中，每種工作模式都將DMA和突發(fā)數據傳輸的時(shí)序圖放在一起，這并不意味著(zhù)DMA和突發(fā)數據傳輸是等同的，這是兩個(gè)不同的概念。事實(shí)上，既可利用一周期的總線(xiàn)操作也可以利用DMA方式進(jìn)行數據傳輸。
DMA和突發(fā)數據傳輸的作用是不同的。PCI9054中有兩個(gè)DMA通道，可以獨立工作，互不干擾。采用DMA方式傳輸數據，可以節省CPU資源；采用突發(fā)方式傳輸數據可以提高數據的傳輸率，充分發(fā)揮PCI總線(xiàn)數據傳輸率高的優(yōu)點(diǎn)。因此，在高速大容量數據傳輸和處理系統中，將DMA和突發(fā)數據傳輸方式結合在一起是比較理想的，一方面可以充分發(fā)揮PCI總線(xiàn)的性能，另一方面可以將節省出的CPU資源對數據處理算法進(jìn)行優(yōu)化。圖3是PCI9054在C模式正氣突發(fā)數據傳輸方式的時(shí)序圖。
從圖1和圖3可以看出，用狀態(tài)機實(shí)現該控制邏輯是比較理想的。圖4是PCI9054在C模式下采用單一周期和突發(fā)相結合的總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)狀態(tài)轉換圖。用該狀態(tài)轉換圖設計出的邏輯電路既可滿(mǎn)足單一周期總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的需要，又可以滿(mǎn)足突發(fā)方式傳輸數據的需要，具有很大的實(shí)用價(jià)值。
使用DMA和突發(fā)方式相結合進(jìn)行數據傳輸時(shí)，驅動(dòng)程序要作為如下設置：
（1）調用驅動(dòng)程序中相應的API函數，找到PC機的物理地址；
（2）在設備驅動(dòng)程序中使能突發(fā)寄存器；
（3）在設備驅動(dòng)程序中使能總線(xiàn)位寬寄存器；
（4）在設備驅動(dòng)程序中使能相應的寄存器，指明DMA傳輸的方向是PCI→LOCAL還是LOCAL→PCI；
（5）在設備驅動(dòng)程序中指明本次DMA傳輸需要傳輸的字節數。
完成上述設置后，即可在突發(fā)方式下進(jìn)行DMA傳輸，否則DMA傳輸會(huì )失敗。
5 PCI中斷
PCI總線(xiàn)采用的是中斷共享機制，所有的PCI擴展板在PCM插槽上共用一根信號線(xiàn)INTA#，通過(guò)電平觸發(fā)方式響應PCI中斷。每塊PCI擴展板上的PCI9054提供的中斷使能寄存器和中斷狀態(tài)寄存器能識別相應板卡上十幾種類(lèi)開(kāi)的PCI中斷。
當PCI插槽上只有一塊PCI擴展板，而系統需要使用某種PCI中斷時(shí)，則在主程序中將相應的中斷使能寄存器置位，當相應的中斷源中斷信號到來(lái)時(shí)，與主板相連的信號線(xiàn)INTA#置一段時(shí)間低電平后，中斷狀態(tài)寄存器中的相應位被置位。當這兩個(gè)寄存器的相應位都有效時(shí)，計算機響應相應的PCI中斷，執行中斷服務(wù)子程序。在《PCI9054-DataBool》中，INTA#信號為11個(gè)本地總線(xiàn)時(shí)鐘周期，該時(shí)序圖給不少設計人員帶來(lái)了很多困惑。根據筆者的應用經(jīng)驗，INTA#信號在7μs左右是比較理想的，這與在Windows下PCI總線(xiàn)每秒鐘可以響應十幾萬(wàn)次中斷的相關(guān)資料是相符的。
當PCI插槽上有多塊PCI擴展板需要用到中斷功能時(shí)，其工作過(guò)程與一塊PCI擴展板差不多。唯一不同的是，首先驅動(dòng)程序要利用一系列設備寄存器對擴展板進(jìn)行設備識別，然后利用中斷使能寄存器和中斷狀態(tài)寄存器對中斷類(lèi)型進(jìn)行識別，最后響應相應的中斷服務(wù)子程序。
在網(wǎng)上經(jīng)?？吹揭恍肞CI9054的設計人員被以上討論的問(wèn)題所困擾，筆者在近兩年從事PCI9054芯片應用設計中，也曾被這些問(wèn)題困擾過(guò)。本文從這些方面對PCI9054芯片的應用進(jìn)行了深入的探討和總結，提出的所有技術(shù)解決方案都經(jīng)過(guò)實(shí)驗驗證是可行的，這些內容在以往公開(kāi)發(fā)表的論文中一般比較可見(jiàn)。本文探討的內容對從事PCI9054芯片應用設計的人員應該會(huì )有一定的參考價(jià)值。
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