一種基于總線協(xié)議芯片的PCI總線模塊的設(shè)計方法

謝利軍，陳瑜軒

（1.海軍裝備部 陜西 西安 710043；2.中國航空計算技術(shù)研究所 陜西 西安 710068）

PCI（Peripheral Component Interconnect）[1]總 線 是 目 前 被普遍設(shè)計采用的局部總線之一。PCI接口模塊多用于各種高速、大數(shù)據(jù)量的處理系統(tǒng)中，可以提高外設(shè)間以及外設(shè)與主機間高速數(shù)據(jù)傳輸，解決標(biāo)準(zhǔn)總線數(shù)據(jù)傳輸率低等問題。PCI協(xié)議芯片實現(xiàn)了PCI總線規(guī)范要求的所有硬件接口信號和配置空間寄存器，可以用來實現(xiàn)模塊總線轉(zhuǎn)換的功能，本文介紹使用PCI協(xié)議芯片設(shè)計實現(xiàn)模塊設(shè)計的方法。

1 協(xié)議芯片

本文介紹的設(shè)計方法以PLX[2]公司的PCI9054為例。

PCI9054是PLX公司生產(chǎn)的PCI總線通用接口芯片，其設(shè)計符合PCI總線V2.1和V2.2規(guī)范，支持PCI雙地址周期，地址空間高達(dá)4GB。

PCI9054 的本地端（Local Bus）可以編程實現(xiàn) 8，16，32 位的數(shù)據(jù)寬度，本地總線速率高達(dá)50 MHz，支持3種數(shù)據(jù)傳輸模式：直接主模式（PCI Initiator）、直接從模式（PCI Target）和DMA模式，在PCI總線和本地總線間的數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)132MB/S。

PCI9054提供了PCI總線、本地總線和可選的SE2PROM（Serial EEPROM）3個接口。PCI9054傳遞PCI總線和本地總線之間數(shù)據(jù)，既可以作為兩個總線的主控設(shè)備去控制總線，也可以作為兩個總線的目標(biāo)設(shè)備去響應(yīng)總線[3]。SE2PROM是可選的接口，設(shè)計可通過PCI主設(shè)備或SE2PROM進(jìn)行內(nèi)部寄存器配置。如果選擇SE2PROM，PCI9054可上電后自動加載配置內(nèi)部寄存器；如果不選擇SE2PROM，設(shè)計者需要通過訪問內(nèi)部寄存器方式來配置內(nèi)部寄存器。

2 設(shè)計方法

采用PCI協(xié)議芯片實現(xiàn)的接口模塊的功能框圖如圖1所示。

根據(jù)設(shè)計原理可將流程分為協(xié)議芯片與PCI總線接口電路設(shè)計、協(xié)議芯片與本地總線接口電路設(shè)計、參數(shù)配置三部分。

圖1 PCI協(xié)議芯片實現(xiàn)模塊設(shè)計原理框圖Fig.1 PCI protocol chip module design schematic diagram

2.1 協(xié)議芯片與PCI總線接口設(shè)計

PCI9054實現(xiàn)了PCI總線規(guī)范要求的所有硬件接口信號，所以在設(shè)計協(xié)議芯片與PCI總線接口時，按照PCI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將控制、數(shù)據(jù)、地址等信號線對應(yīng)連接[4]。

2.2 協(xié)議芯片與本地總線接口設(shè)計

協(xié)議芯片與本地總線接口的設(shè)計需要根據(jù)硬件需求先選擇本地總線的工作方式。

PCI9054本地總線可工作在M，C，J 3種模式下。

M模式是專為Motorola公司的MCU設(shè)計的工作模式，如果選擇Motorola公司PC850/860芯片可使用M模式[6]。

C模式是PCI9054通過片內(nèi)邏輯控制將PCI的地址線和數(shù)據(jù)線分開，方便地為本地工作時序提供各種工作方式，一般較廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計中。

J模式是一種沒有Local Master的工作模式，它的好處是地址數(shù)據(jù)線沒有分開，嚴(yán)格仿效PCI總線的時序。

以上3種工作方式可利用模式選擇引腳加以選擇。一般電路可用C模式或J模式，C模式應(yīng)用較為簡單方便，較為常用[7]。

除數(shù)據(jù)地址信號外，協(xié)議芯片與本地總線接口硬件設(shè)計的關(guān)鍵信號主要包括：

ADS信號：地址數(shù)據(jù)有效信號，表示一個新的訪問周期的開始；

LHOLD信號：表示PCI模塊申請使用本地總線；

LHOLDA信號：主機對PCI模塊申請使用本地總線的應(yīng)答；READY信號：表示數(shù)據(jù)讀寫周期的結(jié)束；BLAST信號：表示總線訪問的last transfer。在PCI模塊的PFGA邏輯設(shè)計中應(yīng)重點關(guān)注和控制好上述信號。

2.3 參數(shù)配置

PCI9054的工作方式，數(shù)據(jù)傳輸方式以及空間設(shè)置等功能都是通過配置其內(nèi)部寄存器（Internal Registers）來實現(xiàn)的。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，運行時間（RUNTIME）寄存器，DMA寄存器和I2O信息寄存器[8]。

2.3.1 數(shù)據(jù)傳輸模式配置

上文提到PCI總線和Local Bus傳輸數(shù)據(jù)有3種模式，是由PCI9054內(nèi)部6個零等待可編程FIFO存儲器（FIFOs）實現(xiàn)，這3種模式為：

①PCI Initiator模式：包括PCI發(fā)起讀操作和PCI發(fā)起寫操作；

②PCI Target模式：包括PCI目標(biāo)讀操作和PCI目標(biāo)寫操作；

③DMA模式：包括PCI總線到Local Bus傳輸和Local Bus到PCI總線傳輸。

傳輸模式的選擇根據(jù)PCI模塊的工作模式確定。如果PCI模塊作為總線的從設(shè)備，則傳輸由PCI發(fā)起控制，PCI9054為作PCI總線的工作目標(biāo)，這時應(yīng)選擇PCI Initiator模式。當(dāng)模塊設(shè)計是本地端發(fā)起控制，此時PCI9054成為主控設(shè)備，而PCI總線則成為PCI9054的工作目標(biāo)，這種情況下應(yīng)選擇PCI Target模式。在數(shù)據(jù)進(jìn)行DMA傳輸時，PCI9054對于PCI總線和Local Bus而言都是主控設(shè)備，PCI9054本身具有DMA控制器，可以完全脫離PC機進(jìn)行DMA傳輸控制，此時PCI9054工作在DMA模式[9]。

數(shù)據(jù)傳輸模式的選擇是通過設(shè)置方式寄存器來實現(xiàn)的。

2.3.2 空間資源配置

對本地地址空間及其本地總線屬性的設(shè)置通過本地配置寄存器的配置來實現(xiàn)的。這些配置要根據(jù)實際開發(fā)的硬件板卡的硬件資源進(jìn)行配置。而配置PCI配置寄存器的任務(wù)就是要把某一段本地地址映射為PCI總線地址，也就是當(dāng)PCI主設(shè)備要訪問本地地址空間時，要知道其對應(yīng)的PCI總線地址。

首先要在PCI總線主控模塊上為PCI9054的內(nèi)部寄存器分配一段空間，這樣我們得出PCI配置寄存器的基址（標(biāo)示為PC_Add）。而本地端配置寄存器的基址是由PCI配置寄存器中的PCIBAR0給出的（標(biāo)示為LCR_Add）。

PCI配置寄存器將本地端的芯片通過本地端地址翻譯成PCI總線的地址，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）實際上就是對本地的芯片操作[10]。

PCI9054內(nèi)部寄存器可通過PCI主設(shè)備或SE2PROM進(jìn)行配置。對于有處理器的PCI模塊設(shè)計者還可以通過Local Processor配置。

3 結(jié)束語

PCI接口模塊也可使用硬件邏輯來實現(xiàn)總線轉(zhuǎn)換的功能。使用硬件邏輯的設(shè)計比較靈活，設(shè)計人員可以根據(jù)自己的需要設(shè)計適合于特定功能的接口電路，而不必實現(xiàn)PCI總線的全部功能。但由于PCI總線協(xié)議復(fù)雜，設(shè)計PCI控制接口難度較大，對于產(chǎn)品不大又有時限的工程項目來說，耗時長、成本高。相比于邏輯設(shè)計控制接口的設(shè)計方法，協(xié)議芯片的設(shè)計方法成本較低，具有通用性，能夠有效降低接口設(shè)計的難度，縮短開發(fā)時間，是眾多“短平快”項目的最優(yōu)選擇。

[1]PLX技術(shù)公司.V2.1.PLX9054數(shù)據(jù)手冊 [S].美國：[s.n.]，2000.

[2]PLX技術(shù)公司.V2.0.PCI9054 RDK-LITE硬件參考手冊[S].美國：[s.n.]，.2003.

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