提出了一種使用CPLD解決雙端口RAM地址譯碼和PCI接口芯片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(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的具體過(guò)程,。
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(guò)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(wèn)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(wèn)題,。上位機(jī)運(yùn)行信息診斷程序,通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)局部總線的訪問(wèn)及控制,。本系統(tǒng)使用CPLD解決雙口RAM的地址訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)沖突問(wèn)題。需解決的主要問(wèn)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(kāi)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(kāi)發(fā)難度大,、周期長(zhǎng),;另一種使用現(xiàn)成的PCI接口芯片,,用戶開(kāi)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(kāi)發(fā)時(shí)間。
本數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)使用PLX公司的PCI9030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TMS320LF2407A,。
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2.1PCI9030內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)傳輸
PCI9030是PLX公司開(kāi)發(fā)的PCI總線目標(biāo)接口芯片,。其特點(diǎn):低功耗,PQFP176針?lè)庋b,,符合PCIV2.2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,;PCI9030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(jiàn)圖3,。
PCI9030支持PCI主設(shè)備直接訪問(wèn)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(wèn)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(guò)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)PCI9030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PCI9030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(guò)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(lái),。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(wèn)自己的地址空間一樣訪問(wèn)板卡上的RAM,。
2.3CPLD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(jìng)爭(zhēng)問(wèn)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PCI9030;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(kāi)發(fā)工具通常有DDK,、VtoolsD、WinDrvr等,。為加快開(kāi)發(fā)速度,,采用JUNDO公司的WinDrvr開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。其使用簡(jiǎn)單,,支持多種操作系統(tǒng),。
采用Windrvr開(kāi)發(fā)PCI橋接設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序有兩種方法。一種Wizard開(kāi)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(kāi)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(jiàn)Windrvr設(shè)計(jì)文檔說(shuō)明,。
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,。