PCI Express總線接口板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

PEX831l提供兩個(gè)串行E2PROM接口，在系統(tǒng)上電后讀取配置信息。SPI串行E2PROM是PCI Ex―press的配置E2PROM。它主要用來控制PCI Express的性能。SPI串行E2PROM可以用來預(yù)配置片上8 KB共享緩存。MicrOWire串行E2PROM是本地配置E2PROM，它用來控制本地總線行為，并分配合適的地址范圍。
本地總線部分是此次設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。PEX8311與CPLD相連的部分包括LA地址總線、LAD數(shù)據(jù)總線、LBE字節(jié)使能信號(hào)、Lw／R讀寫信號(hào)等。
本地總線端的數(shù)據(jù)使用的是8位數(shù)據(jù)，在這種模式下LBE1和LBE0提供地址線線[1：O]。CPLD用來控制PEX8311的讀寫操作和數(shù)據(jù)傳送。
SRAM用于存放用戶的數(shù)據(jù)和代碼，為程序的運(yùn)行和保存臨時(shí)文件提供空間。SRAM的數(shù)據(jù)／地址線與PEX8311相連，SRAM的管理由CPLI實(shí)現(xiàn)。XRl6C854．是一款通用的串口通信控制器。它帶有128位的FIFOs和獨(dú)立的接收／發(fā)送FIFO計(jì)數(shù)器，完成最基本的串行通信功能。其數(shù)據(jù)／地址由PEX8311提供，讀／寫／片選由CPLD控制。RS 422收發(fā)器要求傳輸速率高達(dá)10 Mb／s，選擇MAXII公司的M_AXl3087ECPLD如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)PEX8311本地總線控制對(duì)整個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。PEX8311通過本地總線與本地設(shè)備進(jìn)行通信。它支持3種本地總線數(shù)據(jù)傳輸方式：單周期模式、4周期突發(fā)模式、連續(xù)突發(fā)模式。下面簡要介紹如何用CPLD實(shí)現(xiàn)單周期模式。
圖6為PEX8311的單周期讀寫的VHDL語言時(shí)序控制狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)。狀態(tài)O為空閑狀態(tài)，如本地總線請(qǐng)求信號(hào)LHOLD被置為1，則轉(zhuǎn)到狀態(tài)1，否則停留在狀態(tài)O。狀態(tài)1為總線保持狀態(tài)，在此狀態(tài)下應(yīng)將本地總線響應(yīng)信號(hào)LHOLDA置為1。如ADS信號(hào)為O且LW/R為1轉(zhuǎn)到狀態(tài)2；如ADS信號(hào)為l且Lw/R和BLAST都為0轉(zhuǎn)到狀態(tài)3，這次操作為單周期讀。狀態(tài)2為單周期寫狀態(tài)，在此狀態(tài)下要置READY信號(hào)為0，以表示寫數(shù)據(jù)有效，在BLAST為O時(shí)轉(zhuǎn)到狀態(tài)3。狀態(tài)3為讀寫完成操作狀態(tài)，當(dāng)LHOLD被置為O時(shí)，表明PEX831l不再請(qǐng)求本地總線,轉(zhuǎn)到狀態(tài)O，當(dāng)BLAST為0且LHOLD為1時(shí)，表明PEX8311還要進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)到狀態(tài)1繼續(xù)。

3．3 PCI Express接口板的PCB設(shè)計(jì)
PCI Express接口板的PCB設(shè)計(jì)應(yīng)遵循高速信號(hào)布線設(shè)計(jì)的要求。每個(gè)信號(hào)面都應(yīng)有一個(gè)完整的地平面作為參考面，這樣的設(shè)計(jì)使信號(hào)走線都有最佳的電流回流途徑，有效地控制串?dāng)_、EMC和信號(hào)線的阻抗，保證信號(hào)質(zhì)量。PCB板上差分阻抗為100 Q±10 Q，符合PCI Express規(guī)范的要求。單端阻抗為50 Q±10 Q。PCI Express接口的物理連接由2對(duì)差分線對(duì)組成，信號(hào)線的數(shù)據(jù)傳輸率位2．5 Gb/s。所以必須對(duì)信號(hào)的走線進(jìn)行嚴(yán)格的控制。從PEX8311的輸出信號(hào)引腳到PCI Express接口的金手指的走線長度不能超過25．4 mm。差分線對(duì)內(nèi)的2條信號(hào)線最好嚴(yán)格等長，公差不能超過土0．127 mm，走線途徑基本相同。SRAM的頻率較高，所以要注意布線的長度和路徑，以保證信號(hào)的完整性。實(shí)驗(yàn)證明這樣的PCB設(shè)計(jì)充分滿足PCIExpr。ess接口信號(hào)的傳輸要求。

4 PCI Express接口板驅(qū)動(dòng)程序及軟件開發(fā)
PCI Express總線與PCI總線在軟件層是完全兼容的，因此PCI Explress接口板驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)過程與．PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)過程是相同的。
在Windows操作系統(tǒng)下，微軟公司提供了DDK開發(fā)工具，同時(shí)其他公司也提供了開發(fā)工具，如VtoolsD，Driverworks，WinDriver等。用DDK進(jìn)行開發(fā)，需要了解操作系統(tǒng)內(nèi)核知識(shí)，開發(fā)難度大，周期比較長。用其他公司的開發(fā)軟件，不用了解DDK的核心知識(shí)，開發(fā)驅(qū)動(dòng)相對(duì)要快。其中JUNGO公司的WinDriver開發(fā)工具，在用戶級(jí)(ring 3)進(jìn)行核心驅(qū)動(dòng)開發(fā)，時(shí)間短，并且產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)程序穩(wěn)定高效，支持不同的操作系統(tǒng)，可移植性強(qiáng)。用戶接口函數(shù)可采用Microsoft Visual C++6．0進(jìn)行開發(fā)，提供標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)庫函數(shù)，可供VB，Vc，Delphi等工具開發(fā)的應(yīng)用程序調(diào)用。用戶通過用戶接口函數(shù)對(duì)板卡上的資源進(jìn)行調(diào)度和訪問。該設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具WinDriver，進(jìn)行相應(yīng)模塊的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)在 Win―dows操作系統(tǒng)下的安裝和配置。

5 結(jié) 語
經(jīng)測試，該接口板在單字讀寫模式下，執(zhí)行程序死循環(huán)，CPU占用率80%以上，數(shù)據(jù)傳送速率6 Mb/s；在突發(fā)讀寫模式下，執(zhí)行內(nèi)存塊復(fù)制，CPU占用率80％以上，數(shù)據(jù)傳送速率60 Mb/s；在DMA突發(fā)讀寫模式下，執(zhí)行直接存儲(chǔ)，CPU占用率10％，數(shù)據(jù)傳送速率240 Mb/s。通過與普通PCI19054接口板的對(duì)比，PCIE。xpreSS接口板具有明顯優(yōu)勢。這里介紹了PCI Ex-press接口板的軟硬件設(shè)計(jì)。提供了PCI Express接口板設(shè)計(jì)模板，為日后軍用CPCI總線功能模板向PCI-ExpreSS總線的過渡提供設(shè)計(jì)參考。