PCI總線接口芯片PCI9054及其應(yīng)用

PCI總線協(xié)議比較復(fù)雜，用戶可以根據(jù)具體實(shí)際需求選擇相應(yīng)的開(kāi)發(fā)方式，一般，PCI總線開(kāi)發(fā)采用兩種方式， 一是采用CPLD來(lái)設(shè)計(jì)控制接口。它的最大好處是比較靈活，用戶可以根據(jù)自己的需要開(kāi)發(fā)出適合于特定功能的芯片，而不必實(shí)現(xiàn)PCI的全部功能。現(xiàn)在有許多生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠商，如Xilinx的LogiCore和Altera的AMPP都提供經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試的PCI接口功能模塊，用戶只要進(jìn)行組合設(shè)計(jì)即可。由于PCI總線協(xié)議復(fù)雜，設(shè)計(jì)PCI控制接口難度較大，對(duì)于產(chǎn)品不大又有時(shí)限的工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，成本巨大，不劃算。 二是采用通用PCI接口芯片，例如南京沁恒公司的CH365，AMCC 公司的AMCC S5920、AMCC S5933，PLX 公司的PLX9054、PLX9080 等，通過(guò)專用芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊的功能，將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對(duì)簡(jiǎn)單的用戶接口，用戶只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線接口即可，它能實(shí)現(xiàn)PCI規(guī)范所要求的所有硬件接口信號(hào)和配置空間寄存器，專用接口芯片具有較低的成本和通用性，能夠有效降低接口設(shè)計(jì)的難度，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間， 并能獲得較好的數(shù)據(jù)傳輸性能。下面將主要介紹PLX公司的PCI9054接口芯片。

二、 概述 PCI9054是由美國(guó)PLX公司生產(chǎn)的先進(jìn)的PCI I/O加速器，采用了先進(jìn)的PLX數(shù)據(jù)流水線結(jié)構(gòu)技術(shù)，是32位、33MHz的PCI總線主I/O加速器；符合PCI本地總線規(guī)范2.2版，突發(fā)傳輸速率達(dá)到132MB/s，本地總線支持復(fù)用/非復(fù)用的32位地址/數(shù)據(jù)；有M、C、J三種模式；針對(duì)不同的處理器及局總線特性可選，盡量減少中間邏輯；具有可選的串行E2PROM接口，本地總線時(shí)鐘可和PCI時(shí)鐘異步。PC9054內(nèi)部有6種可編程的FIFO，以實(shí)現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線和PCI總線之間的異步操作；支持主模式、從模式、DMA傳輸方式，因其強(qiáng)大的功能可應(yīng)用于適配卡和嵌入式系統(tǒng)中。PCI 9054是一種性比高的PCI橋路芯片，比PCI9080、PCI9050等性能更優(yōu)越。

PCI9054內(nèi)部圖

PCI 9054其內(nèi)部框圖如圖所示。它采用了先進(jìn)的PLX數(shù)據(jù)管道結(jié)構(gòu)技術(shù)，是32Bit、33MHz的PCI總線主I/O加速器。 PCI9054主要特性如下： PCI總線接口 PCI總線狀態(tài)機(jī) FIFO本地總線狀態(tài)機(jī) 本地總線接口 內(nèi)部寄存器 串行EEPROM初始值 控 制 邏 輯 9054內(nèi)部圖本地總線 PCI總線 ·符合PCI V2.1，V2.2規(guī)范，包含PCI電源管理特性。 ·支持VPD（Vital Product Data）的PCI擴(kuò)展。 ·支持PCI雙地址周期，地址空間高達(dá)4GB ·具備I2O準(zhǔn)備報(bào)文單元，完全兼容I2O V1.5規(guī)范。 ·提供了兩個(gè)獨(dú)立的可編程DMA控制器，每個(gè)通道均支持塊和Scatter/Gather的DM方式，DMA通道0支持請(qǐng)求DMA方式。 ·在PCI啟動(dòng)模式下，PCI 9054可插入類型1和類型2的配置周期。 ·PCI和Local Bus數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)132MB/S。 ·支持本地總線直接接口Motorola MPC850或MPC860系列、Intel i960系列、IBMPPC401系列及其它類似總線協(xié)議設(shè)備。 ·本地總線速率高達(dá)50MHz；支持復(fù)用/非復(fù)用的32bit地址/數(shù)據(jù)；本地總線有三種模式；M模式、C模式和J模式，可利用模式選擇引腳加以選擇。 ·具有可選的串行EEPROM接口。 ·具有8個(gè)32bit Mailbox寄存器和2個(gè)32位Doorbell寄存器。

三、 功能描述

1、PCI9054的物理總線接口

PCI9054提供了三種物理總線接口：PCI總線接口，LOCAL總線接口，及串行EPROM接口。LOCAL總線的數(shù)據(jù)寬度為32位，時(shí)鐘頻率可達(dá)到50MHZ， 并且支持?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)取功能。 PCI9054的總線操作包括PCI總線操作和本地總線操作。對(duì)于PCI總線操作，它完全遵守2.2版本PCI規(guī)范。PCI9054本地總線支持非多路復(fù)用32位地址/數(shù)據(jù)總線，多路復(fù)用32位和8位，16位或32位本地總線設(shè)備從屬訪問(wèn)，運(yùn)行速率高達(dá)50MHz，可以獲得200MB/S的本地總線突發(fā)傳輸速率。 PCI9054的LOCAL總線與PCI總線之間數(shù)據(jù)傳輸有三種方式：主模式(Direct Master)，從模式(Direct Slave)，DMA方式。其內(nèi)部具有兩個(gè)DMA數(shù)據(jù)通道，雙向數(shù)據(jù)通路上各有6個(gè)FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖，可同時(shí)進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。8個(gè)32位Maibox寄存器可為雙向數(shù)據(jù)通路提供消息傳送。PCI9054還提供了一個(gè)串行EEPROM接口，容量2K字節(jié)。在配置存儲(chǔ)器中存放了廠家標(biāo)示、設(shè)備標(biāo)示以及本地總線的基地址空間、I/O空間、中斷控制信號(hào)等信息。當(dāng)初始化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將串行EEPROM中的配置參數(shù)裝入PCI配置寄存器，并根據(jù)本地總線對(duì)內(nèi)存、I/O端口和中斷的需求統(tǒng)一劃分，自動(dòng)配置。其中本地端寄存器也可以由本地CPU讀寫，直接進(jìn)行配置。

2、PCI9054工作模式

PCI9054有3種工作模式，分別為C、M和J模式。M模式主要是針對(duì)Motorola公司高性能MPC850/860的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，主要應(yīng)用在電信領(lǐng)域，J模式的接口設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜，通常用的是C模式。 C模式下PCI9054分為PCI Initiator操作和PCI Target操作。在PIC Initiator操作過(guò)程中，本地處理器或本地總線主控設(shè)備能夠直接通過(guò)PCI9054訪問(wèn)PCI總線，發(fā)起Local-to-PCI的數(shù)據(jù)傳輸。而在PCI Target操作過(guò)程中，PCI總線主控設(shè)備可以以可編程的等待狀態(tài)、總線寬度和突發(fā)傳輸功能訪問(wèn)PCI9054的三個(gè)本地空間(空間0，空間1和擴(kuò)充ROM空間)。

3、PCI9054的DMA突發(fā)模式

PCI9054集成了兩個(gè)互相獨(dú)立的DMA通道，每個(gè)通道都支持Block DMA和Scatter/Gather DMA，通道0還支持Demand DMA傳輸方式 Block DMA要求PCI主機(jī)或Local主機(jī)提供PCI和Local的起始地址、傳輸字節(jié)數(shù)、傳輸方向。主機(jī)設(shè)定DMA開(kāi)始位啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，一旦傳輸完成，PCI9054設(shè)定DMA"傳輸結(jié)束位"結(jié)束DMA，如果中斷允許位被使能，在傳輸結(jié)束時(shí)PCI9054將向主機(jī)申請(qǐng)中斷。在DMA傳輸中，PCI9054既是PCI總線的主控器又是Local總線的主控器。 Scatter/Gather DMA要求主機(jī)在PCI空間或Local空間設(shè)定Descriptor模塊，模塊包括PCI和Local的起始地址、傳輸字節(jié)數(shù)、傳輸方向和下一個(gè)Descriptor模塊的地址。PCI9054載入第一個(gè)Descriptor模塊并發(fā)起傳輸，連續(xù)加載下一個(gè)模塊，直到它偵測(cè)到"鏈結(jié)束位"有效，PCI 9054設(shè)置"傳輸結(jié)束位"，或者申請(qǐng)PCI或Local中斷。這種模式下，PCI9054也可以在每個(gè)模塊加載時(shí)有效中斷信號(hào)結(jié)束DMA傳輸。若Descriptor模塊在本地存儲(chǔ)空間，可以編程使DMA控制器在每次DMA傳輸結(jié)束后清除傳輸字節(jié)數(shù)。

4、PCI9054寄存器

PCI9054內(nèi)部提供了5種寄存器：PCI配置寄存器，本地端配置寄存器，運(yùn)行時(shí)間RUNTIME寄存器，DMA寄存器和I2O信息寄存器。，下面對(duì)PCI配置寄存器和本地端配置寄存器的功能做簡(jiǎn)要介紹。 PCI配置寄存器也就是我們常說(shuō)的PCI配置空間，他提供了配置PCI的一些信息。其中VenderID，DeviceID，RevisionID，HeaderType，ClassCode用于PCI設(shè)備的識(shí)別。 命令寄存器（Command）包含設(shè)備控制位，包括允許存儲(chǔ)器讀寫響應(yīng)等。 狀態(tài)寄存器（Status）用于記錄PCI總線的相關(guān)事件。 PCI配置寄存器提供了6個(gè)基地址寄存器，這些基地址都是在系統(tǒng)中的物理地址范圍內(nèi)，其中BASE0和BASE1都是用來(lái)訪問(wèn)其他配置寄存器的基地址，BASE1是其他配置寄存器映射到PCI端內(nèi)存的基地址，BASE2是其他寄存器映射到PCI端I/O的基地址。 所以可以通過(guò)PCI端內(nèi)存和PCI端I/O來(lái)訪問(wèn)LOCAL配置寄存器與其他3種寄存器。BASE2～5四個(gè)空
間提供了訪問(wèn)本地端所接的4個(gè)芯片（當(dāng)然可以少于4個(gè)），他們將本地端的芯片通過(guò)本地端地址（在LOCAL配置寄存器中設(shè)）翻譯成PCI的地址，也就是將本地的芯片映射到系統(tǒng)的內(nèi)存或I/O口。這樣使得用程序操作這一段內(nèi)存（或I/O）實(shí)際上就是對(duì)本地的芯片操作。 本地端配置寄存器提供了本地端的一些信息

5、C模式部分時(shí)序圖

局部總線仲裁（LHOLD和LHOLFA） LCLK：輸入信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào) LHOLD：輸入信號(hào)，申請(qǐng)使用本地總線。 LHOLFA：輸入信號(hào)，對(duì)LHOLD應(yīng)答。 四、 基于PCI9054的PCI接口設(shè)計(jì) PCI 9054 以其強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)單的用戶接口，為PCI總線接口的開(kāi)發(fā)提供了一種簡(jiǎn)潔的方法，設(shè)計(jì)者只需設(shè)計(jì)出本地總線接口控制電路，即可實(shí)現(xiàn)與PCI總線的高速數(shù)據(jù)傳輸。 下圖是應(yīng)用PCI9054作為接口芯片，開(kāi)發(fā)PCI總線擴(kuò)展卡的總體硬件框架圖

下面簡(jiǎn)單介紹以PCI9054為接口芯片的網(wǎng)卡設(shè)計(jì)，

1、 硬件設(shè)計(jì) 8051 RAM8位鎖存器029AS
第一部分是9054和PCI插槽間的連接信號(hào)線。這些信號(hào)包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)AD[31:0]，總線命令信號(hào)C/BE[3:0]#和PCI協(xié)議控制信號(hào)PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、IDSEL、PERR#、SERR#、 第二部分是9054與EEPROM的連線。這里有四根信號(hào)線：EESK、EEDO、EEDI、EECS，串行EEPROM的數(shù)據(jù)通過(guò)燒寫編程的方式，也可以通過(guò)本地CPU直接編程的方式來(lái)完成初始化 第三部分就是9054與應(yīng)用電路的連接。其中LA地址總線、LD數(shù)據(jù)總線、LBE#字節(jié)使能信號(hào)和CPLD相連；LW/R讀寫信號(hào)、BLAST#、READY#、ADS#和8051單片機(jī)相連。 PCI9054工作在初始化器模式時(shí)，要求本地端的總線是32位的。在這里，用CPLD實(shí)現(xiàn)將80C51單片機(jī)的8位數(shù)據(jù)與16位地址轉(zhuǎn)換成32位的數(shù)據(jù)和地址，使用RAM的目的是提高8051的數(shù)據(jù)傳輸速度和處理復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議，EEPROM用來(lái)保存些相關(guān)的信息狀態(tài)等。

2、軟件設(shè)計(jì) 軟件程序主要分為兩大部分，一是對(duì)PCI9054芯片的PCI端配置寄存器和本地端配置寄存器進(jìn)行正確的編程配置；二是網(wǎng)絡(luò)通訊，包括網(wǎng)卡初始化、發(fā)送控制和接受控制3部分 五、 結(jié)束語(yǔ) 在實(shí)踐開(kāi)發(fā)中證明，用PCI9054開(kāi)發(fā)各種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、圖象處理系統(tǒng)等PCI設(shè)備，能夠減少許多相應(yīng)的外圍器件，降低了開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期，并且使成本有了大幅度的降低。

參考文獻(xiàn)： [1 ] 李貴山，戚德虎. PCI局部總線開(kāi)發(fā)者指南.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001 [2 ] PCI Local Bus Specification Revision 2.2 December 18， 1998 [ 3 ] PCI9054 Data Book V2.1，PLX公司.2000 [4 ] 采用8位單片機(jī)驅(qū)動(dòng)PCI總線網(wǎng)卡的設(shè)計(jì)方案，西安理工大學(xué).閆全成，李琦， 楊延西 作者：黃身錁，司職于福州南南信息科技有限公司，從事PCI總線、USB總線開(kāi)發(fā)