摘 要： 采用雙端口" title="雙端口">雙端口RAM實(shí)現(xiàn)DSP與PCI總線芯片之間的數(shù)據(jù)交換接口電路。提出了一種使用CPLD解決雙端口RAM地址譯碼和PCI接口芯片" title="接口芯片">接口芯片局部總線" title="局部總線">局部總線仲裁的的硬件設(shè)計(jì)方案,，并給出了PCI總線接口芯片寄存器配置實(shí)例，介紹了軟件包WinDriver開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序" title="設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序">設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的具體過程,。
關(guān)鍵詞： PCI總線 雙端口RAM CPLD 設(shè)備驅(qū)動(dòng)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,，為滿足外設(shè)間以及外設(shè)與主機(jī)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，Intel公司于1991年提出了PCI總線概念,。PCI總線是一種能為主CPU及外設(shè)提供高性能數(shù)據(jù)通訊的總線,，其局部總線在33MHz總線時(shí)鐘、32位數(shù)據(jù)通路時(shí),，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)133Mbps,。實(shí)際應(yīng)用中，可通過PCI總線實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外部設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸,，有效解決數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)問題,，為信號(hào)的實(shí)時(shí)處理打下良好基礎(chǔ)。
本文主要提供一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,，其中雙口" title="雙口">雙口RAM起橋梁作用,，完成上位機(jī)與外圍主控單元之間的數(shù)據(jù)握手。
1 雙端口RAM實(shí)現(xiàn)PCI總線接口方案
本系統(tǒng)主要用于解決上位機(jī)與外圍控制單元的數(shù)據(jù)傳輸問題,。上位機(jī)運(yùn)行信息診斷程序,，通過PCI總線與外圍控制單元以一定速率傳輸數(shù)據(jù)，在主機(jī)中實(shí)時(shí)監(jiān)控并保存數(shù)據(jù),。由于實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)量大,，所以在PCI局部總線上插入一個(gè)高速雙端口RAM,。雙端口RAM一端作為PCI總線接口的本地端存儲(chǔ)器，一端作為DSP目標(biāo)存儲(chǔ)器,。需要傳輸保存的數(shù)據(jù)經(jīng)DSP處理后借助雙端口RAM和PCI總線接口完成了上位機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)握手,。本文提出的雙端口RAM實(shí)現(xiàn)PCI總線接口方案如圖1。
考慮到PCI總線接口對(duì)局部總線的控制時(shí)序比較復(fù)雜,，需要譯碼和控制電路來實(shí)現(xiàn)局部總線的訪問及控制,。本系統(tǒng)使用CPLD解決雙口RAM的地址訪問競爭沖突問題,。需解決的主要問題有：①PCI接口電路設(shè)計(jì)；②CPLD地址譯碼和總線仲裁,；③PCI總線驅(qū)動(dòng)程序開發(fā),。
2 PCI接口電路設(shè)計(jì)
PCI卡的設(shè)計(jì)一般采用兩種方案。一種是根據(jù)PCI協(xié)議在FPGA或CPLD中實(shí)現(xiàn)PCI總線接口控制器,，但是由于PCI協(xié)議的復(fù)雜性,，使得開發(fā)難度大、周期長,；另一種使用現(xiàn)成的PCI接口芯片,，用戶開發(fā)難度降低，只把重點(diǎn)放在PCI接口芯片局部總線的接口設(shè)計(jì)和PCI總線配置空間的初始化,，而不用速度考慮PCI總線規(guī)范上眾多的協(xié)議規(guī)范,，加快了開發(fā)時(shí)間。
本數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)使用PLX公司的PCI 9030總線接口芯片,，以CPLD完成邏輯控制及與外設(shè)的連接,，整個(gè)系統(tǒng)的硬件框圖如圖 2。其中雙端口RAM采用IDT71V321,，CPLD選用XILINX公司的XC9536CPLD芯片,，EEPROM選用NS公司的93CS56，控制單元DSP選用TMS 320LF2407A,。
2.1 PCI 9030內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)傳輸
PCI 9030是PLX公司開發(fā)的PCI總線目標(biāo)接口芯片,。其特點(diǎn)：低功耗，PQFP176針封裝,，符合PCI V2.2規(guī)范,；在PCI總線上是從設(shè)備，但在局部總線上是主設(shè)備,；PCI 9030支持突發(fā)傳輸,，有5個(gè)PCI總線到局部總線地址空間，9個(gè)可編程的通用I/O,，4個(gè)可編程的片選,，支持熱插拔。PCI 9030主要由PCI總線接口邏輯,、局部總線接口邏輯,、串行E2PROM接口邏輯和內(nèi)部邏輯組成，結(jié)構(gòu)框圖見圖3,。
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PCI 9030支持PCI主設(shè)備直接訪問局部總線上的設(shè)備,，數(shù)據(jù)傳輸方式分為內(nèi)存映射的突發(fā)傳輸和I/O映射的單次傳輸，并且由PCI基址寄存器設(shè)置在PCI內(nèi)存和I/O空間中的合適位置，另外局部映射寄存器允許PCI地址空間轉(zhuǎn)換到局部地址空間,。
2.2 配置實(shí)例
系統(tǒng)訪問的雙口RAM存儲(chǔ)空間為2KB,，要求將這個(gè)存儲(chǔ)器空間映射到局部地址空間0，采用內(nèi)存方式映射,，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度為 8位,，并且不采用突發(fā)傳輸，讀寫時(shí)不可預(yù)取,。下面介紹這個(gè)地址空間各個(gè)寄存器的具體配置過程,。
(1)配置地址范圍寄存器
根據(jù)PCI配置寄存器與LAS0RR的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及雙口RAM的地址空間800H，取7FFH的補(bǔ)碼得到FFFFF800H,。又因?yàn)榘凑赵O(shè)計(jì)要求,，要映射到內(nèi)存空間的任何位置并且設(shè)置為不可預(yù)取的，這樣LASORR寄存器后3位應(yīng)該為000H,。所以LAS0RR的值應(yīng)該最終確定為FFFFF800H,。
(2)配置基址寄存器
該寄存器的基址必須是地址空間范圍的整數(shù)倍，在本例中必須是2K的整數(shù)倍,，可將基地址定為 00004000H,，又由于基址寄存器位0為空間使能位，所以應(yīng)將這一位設(shè)置1,；至于位 2,、位3，由于是映射到內(nèi)存空間,，設(shè)為00H即可,。所以LAS0BA的值最終被確定為00004001H。
(3)配置片選信號(hào)控制寄存器
該寄存器的地址范圍和基地址必須與LAS0RR或LAS0BA所定義的范圍和空間相對(duì)應(yīng),?？筛鶕?jù)PCI 9030提供的配置寄存器的方法確定CS0BASE的數(shù)值：板卡的2KB空間可以用十六進(jìn)制表示為800H，將800H右移一位得到400H,，然后將基地址加到400H左邊的任何一位中,。因?yàn)樗捎玫幕刂窞?0004000H，所以得到的值為00004400H,；又因?yàn)榈?位為片選使能位,，應(yīng)該設(shè)置為1。所以最終確定的數(shù)值為00004401H,。
由于局部總線采用8位的寬度,，將工作方式定義在不使能突發(fā)，不預(yù)取,，配置總線區(qū)域描述寄存器的數(shù)值確定為400140A2H。另外，還要根據(jù)要求設(shè)置CNTRL寄存器控制PCI 9030的工作狀態(tài),，確定為18784500H,。當(dāng)所有這些數(shù)據(jù)都配置完成后，便可將這些數(shù)據(jù)按照加載順序?qū)懭氪蠩2PROM中,，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的配置,。
通過這幾個(gè)寄存器的配置，一個(gè)局部地址空間便可以確定下來,。在系統(tǒng)上電后,，系統(tǒng)BIOS根據(jù)這幾個(gè)寄存器的內(nèi)容將板卡上2KB的RAM空間重映射到PCI空間中，使主機(jī)可以像訪問自己的地址空間一樣訪問板卡上的RAM,。
2.3 CPLD控制邏輯
對(duì)于雙口RAM同一個(gè)地址單元,，不能同時(shí)進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳎珒蛇呥B接的主控芯片,，都可以對(duì)其進(jìn)行讀,、寫操作，因此必須解決地址競爭問題,。本系統(tǒng)中,，使用XILINX公司的XC9536CPLD芯片完成PCI局部總線的譯碼和控制電路。由于系統(tǒng)控制計(jì)算主要在DSP中完成,，上位機(jī)只起監(jiān)控和數(shù)據(jù)保存作用,，因此規(guī)定對(duì)雙口RAM的操作DSP優(yōu)先于PCI 9030；同時(shí)CPLD也參與了DSP片外程序存儲(chǔ)器Flash和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的地址譯碼,，控制邏輯用公式表示為：
3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具通常有DDK,、VtoolsD、WinDrvr等,。為加快開發(fā)速度,，采用JUNDO公司的WinDrvr開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。其使用簡單,，支持多種操作系統(tǒng),。
采用Windrvr開發(fā)PCI橋接設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序有兩種方法。一種Wizard開發(fā)向?qū)亲詣?dòng)生成驅(qū)動(dòng)程序框架代碼,，然后根據(jù)實(shí)際需要,，加入定制功能。這種方法生成的代碼較多,，程序較復(fù)雜,。另一種是在Vc++創(chuàng)建工程中直接利用Windrvr的API函數(shù)生成驅(qū)動(dòng)程序，比在Wizard生成的框架代碼上修改更為靈活,。本文采用后一種方法,。以下是用Windrvr開發(fā)PCI9030橋芯片的驅(qū)動(dòng)代碼，只要稍加改動(dòng)就可以作為其他PCI芯片驅(qū)動(dòng)程序的一部分，例如PCI9050,、PCI9052等,。程序中出現(xiàn)的變量名都由其名稱反映含義，具體可以參見Windrvr設(shè)計(jì)文檔說明,。
PCI9030_RegisterWinDrvr(),； //注冊(cè)WinDrvr
hWD=W_Open()； //打開Windrv設(shè)備,，每次使用前要調(diào)用
pciSan.searchId.dwVendoId=0x10b5,； //供貨號(hào)
pciSan.searchId.dwDevice.Id=0x9030； //設(shè)備號(hào)
WD_pciScanCards(hWD,，&pciScan),； //枚舉設(shè)備
pciSlot=pciScan.cardSlot[0]； //得到設(shè)備槽號(hào)
pciCardInfo.pciSlot=pciSlot,；
WD_PciGetCardInfo(hWD,，&pciCardInfo)； //得到設(shè)備槽上的設(shè)備信息
Card=pciCardInfo.Card,； //PCI卡上資源結(jié)構(gòu)
cardReg.Card=Card,；
WD_CardRegister(hWD，&cardReg) //鎖定卡上資源
Item=Card.Item[2],； //資源賦給Item
If(Item.item==ITEM>MEM0RY)
{ regAddr=Item.I.Mem.dwUserDirectAddr,；
//得到PCI卡上內(nèi)存映射到用戶態(tài)地址
}
至此獲得了本地端映射到用戶的內(nèi)存地址，調(diào)用讀寫函數(shù)就可以對(duì)本地芯片進(jìn)行操作,。
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