PCI總線支持突發(fā)傳送,,多處理器和并發(fā)工作,,廣泛應(yīng)用于各種平臺設(shè)計。基于PCI9054的接口板也廣泛地應(yīng)用于各種高速,、大數(shù)據(jù)量的處理系統(tǒng),。由于PCI9054橋接有PCI總線和本地總線,開發(fā)者不必過多考慮復(fù)雜的PCI總線規(guī)范,,從而能有更多精力開發(fā)硬件和驅(qū)動程序設(shè)計,。
這里以PCI9054為例,給出了接口板的硬件和軟件設(shè)計,,詳細論述了該系統(tǒng)設(shè)計的原理圖和用VHDL語言編寫的部分邏輯源程序,,以供相關(guān)開發(fā)人員參考。
1 PCI9054簡介
PCI9054是PLX公司推出的一種32位33 MHz的PCI總線主控I/O加速器,,它采用PLX在業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)流水線框架,,包含DMA引擎,可編程的PCI起始器和目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸模式以及PCI信息傳輸功能,。遵循PCI2.2版規(guī)范,,可獲得最高可達132 MB/s的突發(fā)傳輸速度。它使復(fù)雜的PCI接口應(yīng)用設(shè)計變得相對簡單,,目前已成為主流的PCI接口器件之一,。
PCI9054數(shù)據(jù)傳輸有3種方式:主模式、從模式和DMA方式,。其內(nèi)部具有2個DMA數(shù)據(jù)通道,,每個通道均支持塊Scatter/Gather的DMA方式,雙向數(shù)據(jù)通路上各有6個FIF0進行數(shù)據(jù)緩沖,,可同時進行高速的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送,,8個32位Mailbox寄存器可為雙向數(shù)據(jù)通路提供消息傳送,PCI9054內(nèi)部框圖,,如圖1所示,。
PCI9054的本地總線有M、C,、J 3種工作模式,,可通過模式選擇引腳MODE[1:0]進行控制,其中C模式能夠滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需求,,而且C模式的本地總線操作時序最為簡單,,邏輯控制相對容易,其開發(fā)難度相對較低,。C模式下PCI9054通過片內(nèi)邏輯控制將PCI的地址線和數(shù)據(jù)線分開,,很方便地為本地工作時序提供各種工作方式,一般較廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計中,。因此,,如無特殊需求,,建議采用C模式,這也是本接口卡所采用的模式,,同時PCI9054的本地總線時鐘可由外部提供,,該時鐘可和PCI時鐘異步,。
2 接口卡硬件設(shè)計
接口卡主要功能是:對外設(shè)裝置進行工作模式和狀態(tài)檢測,,控制端對檢測結(jié)果進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收或發(fā)送操作。其工作流程是:由控制端提出請求,,根據(jù)進入接口卡的信號對外部設(shè)備進行工作模式和狀態(tài)檢測并決定是否對進入外設(shè)的信號進行接收或發(fā)送,。機械特性方面,接口卡遵從Eurocard工業(yè)標(biāo)準,,采用6U(233.35 mmxl60 mm)結(jié)構(gòu),。接口卡的邏輯框圖如圖2所示。
由圖2可知,,接口卡分為3個部分:PCI總線接口,、本地總線接口和串行EEPROM接口。
2.1 PCI9054與PCI總線接口
PCI9054與PCI總線接口的連接實際上是PCI9054與cPCI連接器Jl的連接,,即PCI9054的PCI端信號線通過10Ω的端接電阻與PCI插槽的相應(yīng)信號線對應(yīng)連接,。PCI總線接口信號包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號線、接口控制信號線,、中斷信號線等,。PCB設(shè)計時,為了滿足反射條件,,需注意PCI總線信號的布線及長度,,普通信號長度,從連接器到PCI橋器件間距應(yīng)不大于1.5英寸(3.81 cm),,PCI_CLK信號布線長度為2.5±0.1英寸,,否則會導(dǎo)致信號不穩(wěn)定甚至總線沖突,無法開機,。PCI9054內(nèi)部有可編程的FIF0,,實現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線與PCI總線之間的異步操作,本地總線時鐘由外部提供,,該時鐘可以和PCI時鐘(33 MHz)異步,,本地總線選擇工作在50 MHz,由頻率為50 MHz的晶振OSCl產(chǎn)生,,同時
送往PCI9054本地端的時鐘信號LCLK與送往CPLD的時鐘信號CCLK要等長,,以保持它們同步。
2.2 PCI9054與本地總線接口
本接口卡中的CPLD采用Xilinx公司生產(chǎn)的XC95288XL,,實現(xiàn)對接口卡的邏輯控制,。C模式下PCI9054通過片內(nèi)邏輯控制將PCI的地址線和數(shù)據(jù)線分開,然后與CPLD相對應(yīng)的引腳連接,能方便為本地工作時序提供各種工作方式,,一般廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計,。
本地總線部分中的INPUT_BUFFER部分主要由差分電壓比較器組成,如圖3所示,。當(dāng)從J4進入的信號電壓(引腳7)大于基準電壓(引腳6)時,,輸出高電平(引腳1)并進入CPLD,控制器通過PCI9054讀入,。0UT_BUFFER部分主要是實現(xiàn)控制器對外設(shè)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的控制,。
2.3 PCI9054與EEPROM接口
PCI9054提供4個引腳EEDI,EED0,,EESK,,EECS與串行EEPROM-93LC56的4個引腳DI、D0,、SK,、CS相連,此外93LC56的VCC引腳需要接+3.3 V電源,,GND接地,。因為需要對串行EEPROM進行寫操作,串行EEPROM需處于可編程而且非保護狀態(tài),,所以PE通過10 kΩ的電阻上拉后接高電平3.3 V電壓,,而PRE通過10 kΩ的電阻下拉后接地。EEPROM原理圖如圖4所示,。
連接好PCI9054與PCI總線接口,、本地總線接口和串行EEPROM接口后,還需對寄存器進行配置,,配置時需借助于Windriver工具,,寄存器的配置包括PCI配置寄存器的配置、本地配置寄存器的配置及對EEPROM初始化,。
配置PCI配置寄存器主要是填寫生產(chǎn)商ID號,、器件ID號、子系統(tǒng)生產(chǎn)商ID號和類碼子系統(tǒng)ID號,。對于PCI9054,,其生廠商ID號,器件ID號,,子系統(tǒng)號,,子系統(tǒng)ID號等是固定的,可以在PCI9054數(shù)據(jù)手冊中查到,。
本地配置寄存器的配置是對本地地址空間及本地總線屬性的配置,,這種配置根據(jù)實際開發(fā)需要進行,,配置完成后,在主機CPU要訪問本地地址空間時,,可能給出對應(yīng)的PCI總線地址,。
PCI9054在加電啟動時,從外部EEPROM讀取初始化數(shù)據(jù)來配置PCI9054的內(nèi)部寄存器,,在板卡加電自檢期間,,PCI總線的RST#信號復(fù)位,PCI9054內(nèi)部寄存器的默認值作為回應(yīng),。PCI9054出本地LRESET#信號并檢測串行EEPROM,。
如果串行EEPROM中的前33位不全為1,,那么PCI9054確定串行EEPROM非空,,用戶可通過向PCI9054的寄存器CNTRL的29位寫1,來加載EEPROM的內(nèi)容到PCI9054的內(nèi)部寄存器,,配置的信息可以在P1xSdk的PLXMON下對EEPROM進行配置,。
3 接口卡軟件設(shè)計
3.1 CPLD邏輯設(shè)計
PC39054通過本地總線與本地總線設(shè)備進行通信,PCI9054提供2種訪問方式,,即單周期訪問和突發(fā)方式訪問,。
其中單周期訪問本地總線采用狀態(tài)機實現(xiàn)本地總線接口的控制,其狀態(tài)圖如圖5所示,。狀態(tài)SO為空閑狀態(tài),,當(dāng)ADS#為0時,如經(jīng)本地總線譯碼邏輯譯碼后表明需要訪問本地空間時則轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1,,否則留在狀態(tài)SO;狀態(tài)S1為單周期訪問開始狀態(tài),,當(dāng)BLAST#為1時,停留在狀態(tài)S1,,否則轉(zhuǎn)到狀態(tài)S2:狀態(tài)S2為訪問等待狀態(tài),,在此狀態(tài)下數(shù)據(jù)在本地總線保持,然后直接轉(zhuǎn)到狀態(tài)S3;狀態(tài)S3數(shù)據(jù)傳送狀態(tài),,在此狀態(tài)下數(shù)據(jù)從本地總線上取走(如果需要可以加一個狀態(tài)來延長數(shù)據(jù)讀取時間);當(dāng)ADS#為0時,,經(jīng)本地總線譯碼邏輯譯碼后,表明還需要訪問本地空間,,轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1,,否則轉(zhuǎn)為SO,本周期訪問結(jié)束完成數(shù)據(jù)傳送,。
將以上狀態(tài)機用VHDL語言在可編程器件中實現(xiàn),,部分源程序代碼如下:
……
圖6是借助于Xilinx ISE 9.1i仿真工具對在C模式下的8位本地總線寬度的本地邏輯控制的傳輸時序仿真結(jié)果舉例。由圖6可知:在寫周期,,是把PCI總線端的地址local_adrr[9:2]為8'h00的數(shù)據(jù)寫到輸出端outport0;在讀周期,,是把地址為8'h00的數(shù)據(jù)從inportO[2;0]讀入到local_data[0],。
3.2 驅(qū)動程序設(shè)計
Windriver是Jungo公司生產(chǎn)的一個設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)組件,開發(fā)者不需熟悉操作系統(tǒng)內(nèi)核即可利用Windriver開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序,。整個驅(qū)動程序中的所有函數(shù)都是在用戶態(tài)下運行的,,通過與Windriver的.Vxd或者.Sys文件交互來達到驅(qū)動硬件的目的,大大提高了PCI設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā),。
用Windriver開發(fā)驅(qū)動程序的過程大致如下:首先,,打開Windriver設(shè)備,查找所要訪問的PCI設(shè)備;然后是枚舉該設(shè)備的資源(包括內(nèi)存,、I/O,、中斷)并鎖定該設(shè)備的資源,不能被其他程序訪問;在訪問板上的資源之后是解鎖資源;最后是關(guān)閉Windriver設(shè)備,。這個過程是用C語言在VC++6.0開發(fā)環(huán)境下借助于Windriver本身自帶函數(shù)(安裝Windriver之后,,在其“Help”中可找出相關(guān)函數(shù)說明)實現(xiàn)對PCI9054的
初始化。設(shè)備打開,,訪問硬件資源,,調(diào)用函數(shù)庫,設(shè)備關(guān)閉等操作后,。再對源代碼進行編譯,,鏈接和運行成功后,找出產(chǎn)生的5個文件:wdr-eg.exe,,plx9054.inf,,windrvr6.sys,plx9054.lib和plx9054.dll,,這5個文件組成了所需的驅(qū)動文件,。在板卡成功插入插槽后點擊wdreg.exe成功安裝驅(qū)動程序。
4 結(jié)束語
本文以性價比較高的PCI9054作為PCI橋路器,,給出了橋路器的部分功能介紹,、電路設(shè)計時需注意的問題及本地總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谶壿嬙O(shè)計。本設(shè)計降低了PCI總線的復(fù)雜性,,輕松實現(xiàn)了PCI總線端的控制器對本地總線和本地總線外部設(shè)備的工作模式和狀態(tài)的有效檢測,,具有極大的應(yīng)用價值。