PCI總線(xiàn)協(xié)議的FPGA實(shí)現及驅動(dòng)設計

　　現在市面上存在著(zhù)各種ＰＣＩ接口芯片，如ＡＭＣＣ公司的Ｓ５９３３，ＰＬＸ的９０８０系列等。專(zhuān)用芯片可以實(shí)現完整的ＰＣＩ主設備與從設備模式的接口功能，將復雜的ＰＣＩ總線(xiàn)接口轉化為相對簡(jiǎn)單的用戶(hù)接口，但系統結構受接口芯片的限制，不能靈活地設計目標系統，且成本較高。本文使用符合ＰＣＩ電氣特性的ＦＰＧＡ芯片進(jìn)行簡(jiǎn)化的ＰＣＩ接口邏輯設計，實(shí)現了３３ＭＨｚ、３２位數據寬度的ＰＣＩ從設備模塊的接口功能，節約了系統的邏輯資源，且可以將其它用戶(hù)邏輯集成在同一塊芯片上，降低了成本，增加了設計的靈活性。另外，還給出了Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ系統下的設備驅動(dòng)程序，可以與應用程序接口，形成一個(gè)完整的系統。目前，本系統已經(jīng)被印染企業(yè)應用在數據采集和處理等方面。
　　
　?。?系統構成與功能描述
　　
　　系統的總體框圖如圖１所示。

　　由圖１可見(jiàn)，系統的硬件平臺為一塊ＰＣＩ卡。此卡的結構十分簡(jiǎn)潔，主要由ＦＰＧＡ芯片、ＲＡＭ芯片和輸出接口三部分組成。其中，ＦＰＧＡ芯片集成了ＰＣＩ接口模塊和數據處理模塊。ＰＣＩ接口模塊實(shí)現了３３ＭＨｚ工作時(shí)鐘、３２位總線(xiàn)寬度的接口功能，支持Ｉ／Ｏ空間、內存空間及配置空間的讀寫(xiě)和ＰＣＩ中斷功能。由于簡(jiǎn)化的ＰＣＩ接口占用的邏輯資源較少，可以在同一塊芯片中集成其他用戶(hù)邏輯。作為一個(gè)應用實(shí)例，本文加入了一個(gè)數據處理模塊，對ＰＣＩ接口傳送來(lái)的數據進(jìn)行處理，通過(guò)片外的輸出接口輸出到下位機。ＲＡＭ芯片為數據處理提供緩存功能。
　　
　?。?從設備模式下的簡(jiǎn)化ＰＣＩ協(xié)議的實(shí)現
　　
　　為了實(shí)現ＰＣＩ接口的基本功能，必須完成以下幾個(gè)模塊：
　　
　?。ǎ保校茫膳渲每臻g設置。ＰＣＩ協(xié)議支持三種地址空間：Ｉ／Ｏ空間、內存空間和配置空間。配置空間提供了支持ＰＣＩ設備自動(dòng)配置的機制，是必需的。
　　
　?。ǎ玻校茫蓮脑O備狀態(tài)機。ＰＣＩ總線(xiàn)狀態(tài)機是具有ＰＣＩ總線(xiàn)的計算機系統的狀態(tài)流，是由一個(gè)已知狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的條件、時(shí)序的描述。這是ＰＣＩ接口設計中最基本也是最重要的部分。
　　
　?。ǎ常┑刂纷g碼和命令譯碼。地址譯碼用來(lái)確定ＰＣＩ設備是否應當響應當前總線(xiàn)的操作；命令譯碼則用來(lái)指示ＰＣＩ設備根據不同的總線(xiàn)命令作出相應的動(dòng)作。
　　
　　本文采用ＡＬＴＥＲＡ公司的Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ軟件平臺，硬件描述語(yǔ)言使用ＡＬＴＥＲＡ ＨＤＬ語(yǔ)言，也可以方便地轉換成ＶＨＤＬ或ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ語(yǔ)言。在此之前，先引入ＰＣＩ總線(xiàn)信號的定義。
　　
　?。玻?總線(xiàn)信號定義
　　
　　根據ＰＣＩ總線(xiàn)協(xié)議２．２版，從設備模式下ＰＣＩ接口至少包含４７根引腳。圖２給出了按功能劃分的引腳分布，左邊是必需引腳，右邊是可選引腳。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本文采用了如下引腳，其他引腳均不使能或置為高阻態(tài)。

　?。ǎ保┯上到y提供的３３ＭＨｚ的同步時(shí)鐘信號ＣＬＫ和復位信號ＲＳＴ＃(＃表示低電平有效)；
　　
　?。ǎ玻╆P(guān)于數據傳輸的核心信號：３２位地址／數據復用線(xiàn)ＡＤ[３1:０]、總線(xiàn)命令／字節使能復用線(xiàn)Ｃ／ＢＥ[３:０]＃和偶校驗信號ＰＡＲ；