基于PCD656的高速PCI總線接口的設(shè)計與實現(xiàn)

現(xiàn)代雷達信號處理具有數(shù)據(jù)量大、實時性高等特點，而總線傳輸?shù)男蕸Q定了系統(tǒng)的性能，目前普遍使用標準化的PCI總線技術(shù)，以便升級更新。為加快產(chǎn)品開發(fā)和降低設(shè)計難度，一般有兩種解決方法：采用通用的PCI芯片或IP核。目前常用的PCI芯片如PCD054、PCD052等雖然性能穩(wěn)定、使用方便，但它們只適用33 MHz、32位總線接口，受時序設(shè)計和應(yīng)用程序效率等影響，總線傳輸速度約穩(wěn)定在70 MB·s-1；使用IP核雖可以兼容66 Hz、64位總線且節(jié)省板卡面積，但其價格昂貴不利于高校及中小企業(yè)推廣使用。而PCI9656適用于66 MHz、64位的PCI總線，因此逐漸成為總線開發(fā)的主流元器件，使得總線傳輸速度達到了150 MB·s-1甚至更高。

　　本文利用高效PCI芯片和FPGA設(shè)計了一款64位總線傳輸接口電路，傳輸速度達到212 MB·s-1，較以往總線傳輸速度有了較大地提高，滿足了目前高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的要求。

　　1 PCI總線接口架構(gòu)

　　本系統(tǒng)主要由PCI9656和FPGA構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。當主機發(fā)起讀寫操作時PCI9656需要響應(yīng)其操作，并將相應(yīng)命令發(fā)送到FPGA進行處理，F(xiàn)PGA進行處理后將數(shù)據(jù)和命令通過PCI9656回傳給主機。PCI9656與主機之間的通信需要相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序支持，而FPGA響應(yīng)主機命令則需要配置相應(yīng)的局部時序。因此，本設(shè)計主要的工作為設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)和FPGA局部時序的設(shè)計。

圖1 總體傳輸系統(tǒng)框圖

　　2 PCI9656性能概述

　　PCI9656是PLX公司推出的一款兼容32位和64位PCI總線標準的橋接芯片，采用PLX數(shù)據(jù)流水線結(jié)構(gòu)（Data Pipe Architecture），內(nèi)部配有DMA控制器、可編程主模式傳輸及從模式傳輸；內(nèi)部有PCI優(yōu)先判決器，可以支持外部7個外部主控器；可由本地中斷信號LINTi和LINTo生成一個PCI中斷信號INTA；本地時鐘獨立于PCI時鐘工作；支持位寬為8位、16位和32位的66，MHz本地總線。PCI9656寄存器與PCI9054寄存器兼容，可容易地進行基于32位PCI總線與基于64位PCI總線的軟件移植。

　　PCI 9656具有6條獨立的數(shù)據(jù)通道，分別支持Direct Master、Direct Slave以及DMA功能模式下的數(shù)據(jù)傳輸。

　?。?）Direct Master模式。用于局部總線到PCI（CompactPCI）的數(shù)據(jù)傳輸，主控設(shè)備在局部總線端。16 QWord（128 Byte）和32 QWords（256Byte）的FIFO各應(yīng)用于數(shù)據(jù)的讀、寫通道。

　?。?）Direct Slave模式。用于PCI（CompactPCI）到局部總線的數(shù)據(jù)傳輸，主控設(shè)備在PCI端。16QWords（128 Byte）和32 QWords（256 Byte）的FIFO各應(yīng)用于數(shù)據(jù)的讀、寫通道。

　?。?）DMA模式。DMA傳輸時PCI9656同時是PCI和局部總線的主控設(shè)備，PCI 9656有兩條DMA通道（Channel 0、Channel 1），每條通道都由一DMA控制器和32 QWords（256 Byte）雙向FIFO組成。其DMA方式有常規(guī)的塊模式（Block Mode）、集散模式（Scatter／Gather Mode）和命令模式（Demand Mode）。

　　在局部總線端，根據(jù)不同的處理器PCI9656有3種工作模式。

　　（1）M模式。支持Motorola 32 bit的處理器，提供了可與MPC850／860 PowerQUICC直接相連的接口。

　?。?）C模式。適合大多數(shù)處理器的通用模式，比如常用的FPGA，在本設(shè)計中采用此模式。

　　（3）J模式。與C模式類似，但其地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用。