一種基于CPLD的單片機與PCI接口設(shè)計解決方案

　　另外,還有IDSEL信號用來在配置空間讀寫期間作為片選信號。對于只有一個PCI從設(shè)備的情況,它總可以接高電平。IDSEL信號由從設(shè)備驅(qū)動,表示該設(shè)備已成為當前訪問的從設(shè)備,可以不理會。

　　在PCI總線上進行讀寫操作時,PCI總線上的各種信號除了RST、IRQ、IRQC、IRQ之外,只有時鐘的下降沿信號會發(fā)生變化,而在時鐘上升沿信號必須保持穩(wěn)定。

　　1.2 CPLD設(shè)計規(guī)劃

　　出于對單片機和CPLD處理能力和系統(tǒng)成本的考慮,下面的規(guī)劃不支持PCI總線的線性突傳輸?shù)刃枰B續(xù)幾個數(shù)據(jù)周期的讀寫方式,而僅支持一個址周期加一個數(shù)據(jù)周期的讀寫方式。對于大部分應(yīng)用而言,這種方式已經(jīng)足夠了。圖1是經(jīng)過簡化后的PCI總線讀寫操作時序。

　　在CPLD內(nèi)設(shè)有13個8位寄存器用來保存進行一次PCI總線讀寫時所需要的數(shù)據(jù),其中pci_address0～pci_address3是讀寫時的地址數(shù)據(jù);

圖1 簡化的PCI寫操作時序

　　pcidatas0～pci_datas3是要往PCI設(shè)備寫的數(shù)據(jù);pci_cbe[3～0]保存地址周期時的總線命令;pci_cbe[7～4]保存數(shù)據(jù)周期時的字節(jié)使能命令;pci_data0～pci_data3保存從PCI設(shè)備返回的數(shù)據(jù);pci_request是PCI總線讀寫操作狀態(tài)寄存器,用于向單片機返回一些信息。當單片機往pci_cbe寄存器寫入一個字節(jié)的時候,會復(fù)位CPLD中的狀態(tài)機,觸發(fā)CPLD進行PCI總線的讀寫操作;單片機則通過查詢pci_request寄存器得知讀寫操作完成,再從pci_data寄存器讀出PCI設(shè)備返回的數(shù)據(jù)。

　　CPLD中狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。每一個狀態(tài)對應(yīng)FRAME與IRD信號的一種輸出,而其它輸入輸出信號線可由這兩個信號線和pci_cbe的值及TRDY的狀態(tài)決定。當FRAME為有效時,AD[31～0]由pci_address驅(qū)動,而C/BE[3～0]由pci_cbe低4位驅(qū)動;當IRDY有效時,C/BE[3～0]視總線命令,要么由pci_cbe高4位驅(qū)動,要么設(shè)為高阻態(tài),而AD[31～0]在pci_cbe[0]為“0” （PCI讀命令）時,設(shè)為高阻態(tài),而在pci_cbe[0]為“1” （PCI寫命令）時由pci_datas驅(qū)動。另外一方面,一旦TRDY信號線變?yōu)榈碗娖?AD[31～0]線上的數(shù)據(jù)被送入pci_data寄存器,而C/BE[3～0]線上的數(shù)據(jù)被送入pci_request寄存器的低4位。

圖2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

　　考慮到在不正常情況下,PCI設(shè)備不會對PCI總線作出響應(yīng),即TRDY不會有效,為了不使狀態(tài)機陷入狀態(tài)S2的僵持局面,另外增設(shè)了一個移位計數(shù)器mycounter。當IRD信號有效時,計數(shù)器開始計數(shù)。計數(shù)溢出之后,不論PCI總線操作是否完成,狀態(tài)機都會從狀態(tài)S2轉(zhuǎn)移到狀態(tài)S3,即結(jié)束PCI總線操作。當TRDY有效時,會立即置位mycounter.cout。

　　PCI總線操作是否正確完成,可查詢pci_request的最高位是否為“1”,而IRDY與FRAME的值可分別查詢pci_request的第4位和第5位。這兩位反映了PCI總線操作所處的狀態(tài),兩位都為“1”時可以認為PCI總線操作已經(jīng)完成。在實踐中,如果單片機的速度不是足夠快的話,可以認為PCI總線操作總是即時完成的。

　　2 PCI設(shè)計接口實現(xiàn)

　　2.1 CPLD VHDL程序設(shè)計

　　我們針對8位單片機控制PCI以太網(wǎng)卡進行了程序設(shè)計,CPLD器件選用Xilinx的XC95216系列。針對以太網(wǎng)卡的特點在邏輯上進行了再次簡化,最終程序?qū)⑦m配進XC95261芯片中,并在實踐中檢驗通過。

　　以太網(wǎng)卡僅支持對配置空間和I/O空間的讀寫操作,而且這兩個空間的地址都可以設(shè)置在0xFF以內(nèi),所以可以只用一個pci_address0寄存器,其它地址都直接設(shè)為“0”;如果再限制,每次只往網(wǎng)卡寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù),則可以只用一個pci_datas0寄存器,其它數(shù)值在具體操作時設(shè)成與pci_datas0寄存器的一樣即可。