基于CH365芯片的PCI總線控制卡的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

解云峰 王興偉等

摘 要：文章介紹了一種采用CH365芯片實(shí)現(xiàn)由高速PCI總線到低速ISA總線平滑轉(zhuǎn)換的控制卡設(shè)計方法，并通過硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面闡述了其作為接口芯片實(shí)現(xiàn)與本地總線CPLD及其它芯片對接，從而實(shí)現(xiàn)控制信號的輸出的過程。實(shí)際應(yīng)用表明該控制卡具有操作簡易、成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PCI總線；CH365芯片；CPLD

引言

ISA總線是上世紀(jì)八十年代由IBM公司推出的一種工業(yè)現(xiàn)場控制總線，該總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8MB/s，地址總線寬度為24位，可以支持16MB的內(nèi)存尋址空間。ISA總線因數(shù)據(jù)傳輸速率較低，又不能動態(tài)分配系統(tǒng)資源，且對CPU占用率高，相應(yīng)的插卡數(shù)量有限，幾個設(shè)備競爭共享系統(tǒng)資源時，很容易出現(xiàn)沖突現(xiàn)象等缺點(diǎn)，已逐漸被功能強(qiáng)大的PCI總線所取代。與ISA總線相比PCI總線數(shù)據(jù)寬度為32位，傳輸速率為133MB/s，實(shí)時性更好，可控性更佳，且能夠動態(tài)分配系統(tǒng)資源，很好的解決了多個設(shè)備競爭資源時所產(chǎn)生的沖突現(xiàn)象。因此采用基于PCI標(biāo)準(zhǔn)的接口設(shè)計已成為各類項目開發(fā)中的優(yōu)先選擇。

1 CH365芯片簡介

CH365是一個連接PCI總線的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存儲器映射、擴(kuò)展ROM以及中斷。可將32位高速PCI總線轉(zhuǎn)換為主動8位并行數(shù)據(jù)線接口并提供16位地址。CH365非突發(fā)存取的實(shí)測速度可達(dá)每秒7MB，讀寫脈沖的寬度從30nS到240nS可選（文章采用默認(rèn)寬度240nS）；自動分配I/O基址；CH365的存儲器空間占用32K字節(jié)，偏移地址是0000H～7FFFH，實(shí)際地址是存儲器基址加上偏移地址。

CH365與PCI總線連接部分可按照PCI協(xié)議對應(yīng)管腳一一相連即可，在CH365本地總線端主要信號有：D[7-0]：8位雙向數(shù)據(jù)信號線；A[15-0]：16位地址信號線；MEM_RD：存儲器或擴(kuò)展ROM的讀選通/使能，低電平有效；MEM_WR/IOP_HIT是復(fù)用引腳，MEM_W

R是輸出信號，作為存儲器或擴(kuò)展ROM的寫選通/使能，低電平有效，而IOP_HIT是輸入信號，用作本地硬件定址請求，低電平有效。

2 控制卡的設(shè)計

本卡的設(shè)計目的是：在對分機(jī)進(jìn)行調(diào)試時，用調(diào)試計算機(jī)模擬總站向分機(jī)發(fā)送相關(guān)指令，以檢驗(yàn)分機(jī)系統(tǒng)設(shè)計是否完善。而本卡即為連接模擬總站計算機(jī)與分機(jī)的橋梁，通過插入模擬總站計算機(jī)PCI插槽將計算機(jī)指令通過板卡接口傳輸至分機(jī)系統(tǒng)。以下從硬件、軟件兩方面簡單介紹設(shè)計法案。

2.1 硬件設(shè)計

若要實(shí)現(xiàn)上述功能，PCI接口端使用一片CH365接口芯片；本卡CPLD為ALTERA公司的EPM1270系列，通過接收計算機(jī)發(fā)送的指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號；數(shù)據(jù)傳輸部分使用串口芯片TL16C752B經(jīng)MAX490傳出；其余所有信號均經(jīng)由雙叉分芯片SW128輸出。設(shè)計原理框圖如下圖1所示。

在硬件設(shè)計中所需要注意的問題：（1）PCI屬于高頻數(shù)字電路，在設(shè)計PCB板時需要參考PCI總線設(shè)計規(guī)范，以避免干擾；（2）CH365芯片的三對電源引腳上應(yīng)并聯(lián)0.1uF的獨(dú)石或者高頻瓷片電容用于電源退耦，數(shù)量不應(yīng)少于3個；（3）CH365的PCI信號走線長度應(yīng)小于35mm，盡量走弧線或者45線，信號走線盡量布在元件面，在PCB背面保留大面積接地覆銅。（4）PCI總線引腳PRSNT1#和PRSNT2#有兩個用途：表明槽位上板的存在；提供板對電源要求的有關(guān)信息。本卡采用下表第二種方案。具體如表1所示：

2.2 軟件設(shè)計

本板卡模擬總站計算機(jī)軟件由VC6.0編寫，通過對約定地址的操作來控制CPLD完成相應(yīng)的功能，以及串口的數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)镃H365接口芯片本地總線端的A14～A0輸出存儲器的偏移地址，可提供 0000H～7FFFH地址范圍的有效偏移地址，因此，程序中約定使用存儲器地址作為對CPLD的操作地址。

CH365通過MEM_RD和MEM_WR與CPLD連接，在對CPLD進(jìn)行操作之前，需要先讀取CH365配置空間的存儲器基址寄存器，然后由基址加上偏移地址獲得CPLD在計算機(jī)存儲器空間的實(shí)際物理地址，最后通過實(shí)際物理地址給CPLD發(fā)送相應(yīng)的操作指令。

基于CH365的驅(qū)動程序和動態(tài)鏈接庫DLL，讀寫操作程序如圖2：

根據(jù)CH365芯片輸出的MEM_RD、MEM_WR及相應(yīng)地址信號，CPLD產(chǎn)生對應(yīng)的輸出信號入T信號、R信號、TR信號等，具體CPLD的程序在此不再一一給出。

3 結(jié)束語

文章通過增加一塊CH365接口芯片，實(shí)現(xiàn)了將原有ISA總線升級為PCI總線，且獲得了和原ISA卡相同的功能，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度，工作穩(wěn)定可靠。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用了一塊CPLD芯片實(shí)現(xiàn)了控制信號的輸出，這樣做提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，在需要改變或增加系統(tǒng)功能時，只需要修改CPLD芯片的軟件部分就可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，CH365對基于ISA總線向PCI的升級提供了極大的方便。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：解云峰（1984-），男，碩士，2012年畢業(yè)于太原理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)院，現(xiàn)從事相控陣?yán)走_(dá)天線波束控制方面的工作。