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

　　圖３中，狀態(tài)轉移條件信號ａ、ｂ、ｃ定義如下：ａ代表配置空間訪(fǎng)問(wèn)條件，ｂ代表Ｉ／Ｏ空間或內存空間訪(fǎng)問(wèn)條件，ｃ代表總線(xiàn)傳輸開(kāi)始條件。這三個(gè)條件的實(shí)現由后面的命令譯碼模塊給出。
　　
　?。桑模蹋攀窍到y的缺省狀態(tài)，表示總線(xiàn)當前空閑。通常，設備處在ＩＤＬＥ狀態(tài)時(shí)，要檢測來(lái)自ＰＣＩ總線(xiàn)和后級設備的信號，以便設備作出合適的響應。設備處于Ｓ＿ＤＡＴＡ狀態(tài)時(shí)完成第一次數據傳輸，直接無(wú)條件跳到ＢＡＣＫＯＦＦ狀態(tài)。設備在ＢＡＣＫＯＦＦ狀態(tài)時(shí)進(jìn)行多個(gè)數據傳輸，直至主設備斷開(kāi)訪(fǎng)問(wèn)。需要注意的是：任何對Ｉ／Ｏ空間、配置空間以及內存空間的突發(fā)傳輸的地址超過(guò)了設備映射地址的范圍時(shí)，從設備要在此狀態(tài)建立ＳＴＯＰ信號，斷開(kāi)訪(fǎng)問(wèn)。當幀信號無(wú)效或主設備終止傳輸時(shí)，設備回到初始的ＩＤＬＥ狀態(tài)。ＢＵＳ＿ＢＵＳＹ狀態(tài)時(shí)總線(xiàn)忙，表示總線(xiàn)正在被其它設備使用。有兩條轉移路徑，若總線(xiàn)仍然被占用，則停留在ＢＵＳ＿ＢＵＳＹ狀態(tài)，否則返回空閑狀態(tài)ＩＤＬＥ。
　　
　?。玻?地址譯碼和命令譯碼模塊
　　
　　地址譯碼模塊主要檢測ＰＣＩ地址與本ＰＣＩ卡的基地址是否匹配，可以通過(guò)ＡＤ[３１：００]信號線(xiàn)上的值與設置的基地址作比較判斷。如果ＰＣＩ地址落在設置的基地址范圍內，則ＰＣＩ卡響應當前的總線(xiàn)操作。
　　
　　命令譯碼模塊指示ＰＣＩ卡響應不同的總線(xiàn)命令，通過(guò)檢測Ｃ／ＢＥ[３：０]＃信號線(xiàn)上的值，與表１列出的總線(xiàn)命令作比較，完成命令譯碼。
　　
　?。?Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ系統下驅動(dòng)程序的設計
　　
　　對ＰＣＩ設備而言，驅動(dòng)程序提供了獲?。校茫煽ǖ呐渲每臻g信息、勾掛ＰＣＩ中斷、總線(xiàn)數據傳輸等功能。本文介紹使用Ｎｕｍｅｇａ公司的ＶｔｏｏｌｓＤ軟件進(jìn)行驅動(dòng)設計的方法。
　　
　?。常?尋找ＰＣＩ卡并讀取配置空間信息
　　
　　配置空間包含了系統初始化ＰＣＩ設備所必需的信息，首先需要遍歷整個(gè)硬件樹(shù)結構來(lái)尋找指定的ＰＣＩ設備。對于每一個(gè)設備，比較其廠(chǎng)商號（Ｖｅｎｄｏｒ ＩＤ）和設備編號Ｄｅｖｉｃｅ ＩＤ，如果與設計的ＰＣＩ卡的信息匹配，則讀取它的配置空間信息。
　　
　?。常?Ｉ／Ｏ方式下的讀寫(xiě)操作
　　
　?。桑戏绞较碌淖x寫(xiě)比較簡(jiǎn)單。在得到ＰＣＩ設備基地址信息后，通過(guò)Ｃ＋＋語(yǔ)言中的端口讀寫(xiě)函數ｉｎｐｄ和ｏｕｔｐｄ即可完成。舉例如下：
　　
　?。裕澹恚穑剑撸椋睿穑洌ǎ纾拢幔螅澹粒洌洌颍澹螅螅澹螅?；／／ Ｔｅｍｐ中得到讀出的數據
　　
　?。撸铮酰簦穑洌ǎ纾拢幔螅澹粒洌洌颍澹螅螅澹螈煟模幔簦幔?； ／／向基地址寫(xiě)入數據
　　
　　其中，ｇＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓｅｓ為基地址值，Ｄａｔａ為寫(xiě)操作時(shí)的數據。
　　
　?。常?內存方式下的讀寫(xiě)
　　
　　對于內存方式下的讀寫(xiě)，一個(gè)重要問(wèn)題就是地址的映射。因為硬件設備讀寫(xiě)的是物理內存，但應用程序讀寫(xiě)的是虛擬地址，所以存在著(zhù)將物理內存地址映射到用戶(hù)程序線(xiàn)性地址的問(wèn)題。
　　
　　映射功能通過(guò)調用ＶｔｏｏｌｓＤ軟件的標準庫函數完成。根據給定的物理地址和所要求的空間大小，在系統內存中分配相應空間。首先，用ＰａｇｅＲｅｓｅｒｖｅ函數分配當前保留頁(yè)的線(xiàn)性地址空間，再利用ＰａｇｅＣｏｍｍｉｔＰｈｙｓ函數的服務(wù)對開(kāi)始的線(xiàn)性地址空間分配相應的物理地址空間。程序如下：
　　
　?。眨蹋希危?ｎＰａｇｅｓ＝＿ＮＰＡＧＥＳ＿（ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓＳｉｚｅＩｎＢｙｔｅｓ）；
　　
　?。蹋椋睿澹幔颍剑校幔纾澹遥澹螅澹颍觯澹ǎ校遥撸樱伲樱裕牛廷煟睿校幔纾澹螈煟校遥撸疲桑兀牛模?；
　　
　?。校幔纾澹茫铮恚恚椋簦校瑁螅ǎ校粒牵牛危眨停ǎ蹋椋睿澹幔颍?，ｎＰａｇｅｓＰＡＧＥＮＵＭ （ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓ），ＰＣ＿ＩＮＣＲ ｜ ＰＣ＿ＷＲＩＴＥＡＢＬＥ ｜ ＰＣ＿ＵＳＥＲ）；
　　
　?。蹋椋睿校幔纾澹蹋铮悖耄ǎ校粒牵牛危眨停ǎ蹋椋睿澹幔颍?，ｎＰａｇｅｓ０）；
　　
　　其中，ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓ為給定的物理地址，ＳｉｚｅＩｎＢｙｔｅｓ為需要的空間大小。
　　
　　建立了物理ＲＡＭ到系統內存的映射后，就可以利用Ｃ＋＋語(yǔ)言中的文件操作基類(lèi)ＣＦｉｌｅ類(lèi)完成數據的讀寫(xiě)。首先使用ＣＦｉｌｅ類(lèi)的成員函數Ｏｐｅｎ打開(kāi)文件，為保證數據讀寫(xiě)的準確無(wú)誤，必須使用二進(jìn)制方式打開(kāi)；接下來(lái)使用Ｒｅａｄ和Ｗｒｉｔｅ成員函數進(jìn)行文件讀寫(xiě)；完畢后用Ｃｌｏｓｅ成員函數關(guān)閉文件。
　　
　?。常?中斷的勾掛和處理
　　
　　首先在ＯＮ＿ＤＥＶＩＣＥ＿ＩＮＩＴ函數中完成中斷的初始化。即通過(guò)前面讀取的ＰＣＩ設備的中斷號，使用ＶＰＩＣＤ＿Ｖｉｒｔｕａｌｉｚｅ＿ＩＲＱ函數進(jìn)行中斷勾掛，并調用ＶＰＩＣＤ＿Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ＿Ｕｎｍａｓｋ函數開(kāi)中斷。
　　
　?。遥裕茫桑遥眩龋幔睿洌欤澹剑郑校桑茫模撸郑椋颍簦酰幔欤椋澹撸桑遥眩ǎΓ桑遥眩洌澹螅悖?；

　?。郑校桑茫模撸校瑁螅椋悖幔欤欤撸眨睿恚幔螅耄ǎ遥裕茫桑遥眩龋幔睿洌欤澹?；
　　然后在ＲＴＣＩｎｔ＿Ｈａｎｄｌｅｒ函數中進(jìn)行中斷處理，可以進(jìn)行各種操作，例如向應用程序發(fā)送自定義的消息來(lái)通知中斷的發(fā)生。
　　
　?。常?與應用程序的通信
　　
　　一般地，應用程序通過(guò)ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ函數調用ＶｘＤ驅動(dòng)程序，得到一個(gè)ＶｘＤ的文件句柄。使用如下的語(yǔ)句可以打開(kāi)一個(gè)名為ｍｙｄｒｉｖｅｒ．ＶＸＤ的文件，得到的句柄保存在ｈＶｘＤ中。
　　
　?。瑁郑模剑茫颍澹幔簦澹疲椋欤澹ā澹埽埽埽埽埽埽恚洌颍椋觯澹颍郑兀摹澧煟?，０，０，ＣＲＥＡＴＥ－ＮＥＷ，ＦＩＬＥ－ＦＬＡＧ－ＤＥＬＥＴＥ－ＯＮ－ＣＬＯＳＥ，０）；
　　
　　通過(guò)句柄ｈＶｘＤ和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ函數就可以與驅動(dòng)程序進(jìn)行數據傳輸。
　　
　　本文采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＦＬＥＸ６０００系列芯片，型號為ＥＰＦ６０１６ＴＣ１４４－３，實(shí)現了簡(jiǎn)化的從設備模式ＰＣＩ協(xié)議，并在Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ系統下實(shí)現驅動(dòng)程序的設計。整個(gè)系統工作良好。資源占用情況如下：可用Ｉ／Ｏ引腳１１３根，占用５１根，占用率４５％；可用邏輯單元數１３２０個(gè)，占用１５１個(gè)，占用率１１％。
　　
　　簡(jiǎn)化的ＰＣＩ協(xié)議的實(shí)現占用較少的邏輯資源，可以靈活方便地進(jìn)行功能添加和改進(jìn)，同時(shí)可以在同一塊芯片中集成其他用戶(hù)模塊，實(shí)現不同功能，以降低成本。目前，本系統已經(jīng)應用在數據采集和處理、圖像處理等方面。