PCI總線協(xié)議的FPGA實(shí)現(xiàn)及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　圖３中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件信號(hào)ａ、ｂ、ｃ定義如下：ａ代表配置空間訪問條件，ｂ代表Ｉ／Ｏ空間或內(nèi)存空間訪問條件，ｃ代表總線傳輸開始條件。這三個(gè)條件的實(shí)現(xiàn)由后面的命令譯碼模塊給出。
　　
　?。桑模蹋攀窍到y(tǒng)的缺省狀態(tài)，表示總線當(dāng)前空閑。通常，設(shè)備處在ＩＤＬＥ狀態(tài)時(shí)，要檢測(cè)來自ＰＣＩ總線和后級(jí)設(shè)備的信號(hào)，以便設(shè)備作出合適的響應(yīng)。設(shè)備處于Ｓ＿ＤＡＴＡ狀態(tài)時(shí)完成第一次數(shù)據(jù)傳輸，直接無條件跳到ＢＡＣＫＯＦＦ狀態(tài)。設(shè)備在ＢＡＣＫＯＦＦ狀態(tài)時(shí)進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸，直至主設(shè)備斷開訪問。需要注意的是：任何對(duì)Ｉ／Ｏ空間、配置空間以及內(nèi)存空間的突發(fā)傳輸?shù)牡刂烦^了設(shè)備映射地址的范圍時(shí)，從設(shè)備要在此狀態(tài)建立ＳＴＯＰ信號(hào)，斷開訪問。當(dāng)幀信號(hào)無效或主設(shè)備終止傳輸時(shí)，設(shè)備回到初始的ＩＤＬＥ狀態(tài)。ＢＵＳ＿ＢＵＳＹ狀態(tài)時(shí)總線忙，表示總線正在被其它設(shè)備使用。有兩條轉(zhuǎn)移路徑，若總線仍然被占用，則停留在ＢＵＳ＿ＢＵＳＹ狀態(tài)，否則返回空閑狀態(tài)ＩＤＬＥ。
　　
　?。玻?地址譯碼和命令譯碼模塊
　　
　　地址譯碼模塊主要檢測(cè)ＰＣＩ地址與本ＰＣＩ卡的基地址是否匹配，可以通過ＡＤ[３１：００]信號(hào)線上的值與設(shè)置的基地址作比較判斷。如果ＰＣＩ地址落在設(shè)置的基地址范圍內(nèi)，則ＰＣＩ卡響應(yīng)當(dāng)前的總線操作。
　　
　　命令譯碼模塊指示ＰＣＩ卡響應(yīng)不同的總線命令，通過檢測(cè)Ｃ／ＢＥ[３：０]＃信號(hào)線上的值，與表１列出的總線命令作比較，完成命令譯碼。
　　
　?。?Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
　　
　　對(duì)ＰＣＩ設(shè)備而言，驅(qū)動(dòng)程序提供了獲?。校茫煽ǖ呐渲每臻g信息、勾掛ＰＣＩ中斷、總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。本文介紹使用Ｎｕｍｅｇａ公司的ＶｔｏｏｌｓＤ軟件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法。
　　
　　３．１ 尋找ＰＣＩ卡并讀取配置空間信息
　　
　　配置空間包含了系統(tǒng)初始化ＰＣＩ設(shè)備所必需的信息，首先需要遍歷整個(gè)硬件樹結(jié)構(gòu)來尋找指定的ＰＣＩ設(shè)備。對(duì)于每一個(gè)設(shè)備，比較其廠商號(hào)（Ｖｅｎｄｏｒ ＩＤ）和設(shè)備編號(hào)Ｄｅｖｉｃｅ ＩＤ，如果與設(shè)計(jì)的ＰＣＩ卡的信息匹配，則讀取它的配置空間信息。
　　
　?。常?Ｉ／Ｏ方式下的讀寫操作
　　
　?。桑戏绞较碌淖x寫比較簡(jiǎn)單。在得到ＰＣＩ設(shè)備基地址信息后，通過Ｃ＋＋語(yǔ)言中的端口讀寫函數(shù)ｉｎｐｄ和ｏｕｔｐｄ即可完成。舉例如下：
　　
　?。裕澹恚穑剑撸椋睿穑洌ǎ纾拢幔螅澹粒洌洌颍澹螅螅澹螅?；／／ Ｔｅｍｐ中得到讀出的數(shù)據(jù)
　　
　　＿ｏｕｔｐｄ（ｇＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓｅｓＤａｔａ）； ／／向基地址寫入數(shù)據(jù)
　　
　　其中，ｇＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓｅｓ為基地址值，Ｄａｔａ為寫操作時(shí)的數(shù)據(jù)。
　　
　?。常?內(nèi)存方式下的讀寫
　　
　　對(duì)于內(nèi)存方式下的讀寫，一個(gè)重要問題就是地址的映射。因?yàn)橛布O(shè)備讀寫的是物理內(nèi)存，但應(yīng)用程序讀寫的是虛擬地址，所以存在著將物理內(nèi)存地址映射到用戶程序線性地址的問題。
　　
　　映射功能通過調(diào)用ＶｔｏｏｌｓＤ軟件的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)完成。根據(jù)給定的物理地址和所要求的空間大小，在系統(tǒng)內(nèi)存中分配相應(yīng)空間。首先，用ＰａｇｅＲｅｓｅｒｖｅ函數(shù)分配當(dāng)前保留頁(yè)的線性地址空間，再利用ＰａｇｅＣｏｍｍｉｔＰｈｙｓ函數(shù)的服務(wù)對(duì)開始的線性地址空間分配相應(yīng)的物理地址空間。程序如下：
　　
　?。眨蹋希危?ｎＰａｇｅｓ＝＿ＮＰＡＧＥＳ＿（ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓＳｉｚｅＩｎＢｙｔｅｓ）；
　　
　?。蹋椋睿澹幔颍剑校幔纾澹遥澹螅澹颍觯澹ǎ校遥撸樱伲樱裕牛廷煟睿校幔纾澹螈煟校遥撸疲桑兀牛模?；
　　
　?。校幔纾澹茫铮恚恚椋簦校瑁螅ǎ校粒牵牛危眨停ǎ蹋椋睿澹幔颍?，ｎＰａｇｅｓＰＡＧＥＮＵＭ （ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓ），ＰＣ＿ＩＮＣＲ ｜ ＰＣ＿ＷＲＩＴＥＡＢＬＥ ｜ ＰＣ＿ＵＳＥＲ）；
　　
　?。蹋椋睿校幔纾澹蹋铮悖耄ǎ校粒牵牛危眨停ǎ蹋椋睿澹幔颍?，ｎＰａｇｅｓ０）；
　　
　　其中，ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓ為給定的物理地址，ＳｉｚｅＩｎＢｙｔｅｓ為需要的空間大小。
　　
　　建立了物理ＲＡＭ到系統(tǒng)內(nèi)存的映射后，就可以利用Ｃ＋＋語(yǔ)言中的文件操作基類ＣＦｉｌｅ類完成數(shù)據(jù)的讀寫。首先使用ＣＦｉｌｅ類的成員函數(shù)Ｏｐｅｎ打開文件，為保證數(shù)據(jù)讀寫的準(zhǔn)確無誤，必須使用二進(jìn)制方式打開；接下來使用Ｒｅａｄ和Ｗｒｉｔｅ成員函數(shù)進(jìn)行文件讀寫；完畢后用Ｃｌｏｓｅ成員函數(shù)關(guān)閉文件。
　　
　?。常?中斷的勾掛和處理
　　
　　首先在ＯＮ＿ＤＥＶＩＣＥ＿ＩＮＩＴ函數(shù)中完成中斷的初始化。即通過前面讀取的ＰＣＩ設(shè)備的中斷號(hào)，使用ＶＰＩＣＤ＿Ｖｉｒｔｕａｌｉｚｅ＿ＩＲＱ函數(shù)進(jìn)行中斷勾掛，并調(diào)用ＶＰＩＣＤ＿Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ＿Ｕｎｍａｓｋ函數(shù)開中斷。
　　
　　ＲＴＣＩＲＱＨａｎｄｌｅ＝ＶＰＩＣＤ＿Ｖｉｒｔｕａｌｉｚｅ＿ＩＲＱ（＆ＩＲＱｄｅｓｃ）；

　?。郑校桑茫模撸校瑁螅椋悖幔欤欤撸眨睿恚幔螅耄ǎ遥裕茫桑遥眩龋幔睿洌欤澹唬牔?BR>　　然后在ＲＴＣＩｎｔ＿Ｈａｎｄｌｅｒ函數(shù)中進(jìn)行中斷處理，可以進(jìn)行各種操作，例如向應(yīng)用程序發(fā)送自定義的消息來通知中斷的發(fā)生。
　　
　　３．５ 與應(yīng)用程序的通信
　　
　　一般地，應(yīng)用程序通過ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ函數(shù)調(diào)用ＶｘＤ驅(qū)動(dòng)程序，得到一個(gè)ＶｘＤ的文件句柄。使用如下的語(yǔ)句可以打開一個(gè)名為ｍｙｄｒｉｖｅｒ．ＶＸＤ的文件，得到的句柄保存在ｈＶｘＤ中。
　　
　?。瑁郑模剑茫颍澹幔簦澹疲椋欤澹ā澹埽埽埽埽埽埽恚洌颍椋觯澹颍郑兀摹澧煟?，０，０，ＣＲＥＡＴＥ－ＮＥＷ，ＦＩＬＥ－ＦＬＡＧ－ＤＥＬＥＴＥ－ＯＮ－ＣＬＯＳＥ，０）；
　　
　　通過句柄ｈＶｘＤ和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ函數(shù)就可以與驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　
　　本文采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＦＬＥＸ６０００系列芯片，型號(hào)為ＥＰＦ６０１６ＴＣ１４４－３，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化的從設(shè)備模式ＰＣＩ協(xié)議，并在Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)工作良好。資源占用情況如下：可用Ｉ／Ｏ引腳１１３根，占用５１根，占用率４５％；可用邏輯單元數(shù)１３２０個(gè)，占用１５１個(gè)，占用率１１％。
　　
　　簡(jiǎn)化的ＰＣＩ協(xié)議的實(shí)現(xiàn)占用較少的邏輯資源，可以靈活方便地進(jìn)行功能添加和改進(jìn)，同時(shí)可以在同一塊芯片中集成其他用戶模塊，實(shí)現(xiàn)不同功能，以降低成本。目前，本系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集和處理、圖像處理等方面。