PCI總線從設(shè)備接口的CPLD實(shí)現(xiàn)

摘要 提出了一種PCI總線從設(shè)備的CPLD實(shí)現(xiàn)方法。該方法遵從PCI規(guī)范2．2版，實(shí)現(xiàn)了資源自動(dòng)配置并且支持?jǐn)?shù)據(jù)突發(fā)傳輸。試驗(yàn)證明該方法的有效性，其突發(fā)傳輸速率可達(dá)20 MB·s-1。
關(guān)鍵詞 PCI總線；從設(shè)備接口；CPLD

近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PCI局部總線已逐步取代ISA總線成為家用電腦的標(biāo)準(zhǔn)總線。PCI總線具有總線主控能力，在33 MHz時(shí)鐘的工作條件下，突發(fā)傳輸速率峰值可達(dá)132 MB·s-1；其次它擁有獨(dú)立的配置空間，可實(shí)現(xiàn)即插即用。這些優(yōu)點(diǎn)使得PCI總線在數(shù)據(jù)采集、嵌入式系統(tǒng)和測(cè)控等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)PCI總線協(xié)議目前主要有專用接口芯片和CPLD實(shí)現(xiàn)兩種方式。專用接口芯片使用簡(jiǎn)單方便、工作穩(wěn)定可靠，但往往具體應(yīng)用中只用到部分功能，并且需要可編程邏輯配合使用，這樣不僅浪費(fèi)專用芯片的資源，而且也增加了電路板面積。采用Complex Programmable Logic Device(CPLD)實(shí)現(xiàn)突出的優(yōu)點(diǎn)就在于其靈活的可編程性，這使得硬件電路的升級(jí)只需改進(jìn)軟件就可實(shí)現(xiàn)，大大提高了硬件平臺(tái)的通用性；此外CPLD內(nèi)部有豐富的邏輯資源，可將用戶控制邏輯和PCI接口邏輯在同一塊芯片中實(shí)現(xiàn)，這樣不僅充分利用了邏輯資源，還能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得更加緊湊。
文中主要介紹了采用CPLD實(shí)現(xiàn)32 bit 33 MHzPCI從設(shè)備接口的設(shè)計(jì)方法，該從設(shè)備接口模塊遵從PCI規(guī)范2．2版，實(shí)現(xiàn)了資源的自動(dòng)配置，支持突發(fā)傳輸，并為用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的接口。設(shè)計(jì)完成后配置到一塊PCI開發(fā)板上的CPLD中，系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的工程可行性。

1 PCI總線協(xié)議簡(jiǎn)介
一個(gè)PCI系統(tǒng)中，如果某設(shè)備取得了總線控制權(quán)，就稱其為主設(shè)備；而被主設(shè)備選中以進(jìn)行通信的設(shè)備稱為從設(shè)備或目標(biāo)設(shè)備。PCI接口信號(hào)線共有100根，分為系統(tǒng)信號(hào)、仲裁信號(hào)、接口控制信號(hào)、地址／數(shù)據(jù)線、錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)、中斷信號(hào)等類型，其中作為從設(shè)備至少需要47條信號(hào)線。表1中列出了從設(shè)備接口設(shè)計(jì)必需的接口信號(hào)及說(shuō)明。

一個(gè)完整的PCI總線交易過(guò)程如下：要發(fā)起數(shù)據(jù)交易的設(shè)備先置REQ#，在得到仲裁器的許可(GNT#)后，通過(guò)拉低FRAME#啟動(dòng)一個(gè)傳輸交易(TRA NSACTION)，并同時(shí)在AD[31：0]總線上放置地址，在CBE[3：0]總線上放置命令。PCI總線上所有的設(shè)備都對(duì)此地址譯碼，被選中的從設(shè)備要置DEVSEL#有效以聲明自己被選中，同時(shí)對(duì)命令譯碼確定訪問(wèn)類型。在接下來(lái)的數(shù)據(jù)期中，IRDY#和TRDY#分別表示主、從設(shè)備準(zhǔn)備好。兩者同時(shí)有效，則在時(shí)鐘上升沿傳輸數(shù)據(jù)；主從雙方可以分別通過(guò)使IRDY#或TRDY#無(wú)效，在數(shù)據(jù)期中插入等待周期。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束前，主設(shè)備通過(guò)撤銷FRAME#并建立IRDY#標(biāo)明只剩最后一組數(shù)據(jù)要傳輸，并在數(shù)據(jù)傳輸完后放開IRDY#以釋放總線控制權(quán)。從設(shè)備也可以通過(guò)有效STOP#信號(hào)來(lái)請(qǐng)求終止傳輸，從設(shè)備斷開連接有RETRY、DISCONNECT和ABORT3種情況，RETRY是由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗甲止?jié)超過(guò)16個(gè)PCI時(shí)鐘周期引起的；DISCONNECT是由于在數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆瞧鹗甲止?jié)，從設(shè)備在8個(gè)時(shí)鐘周期里不能對(duì)主設(shè)備做出反應(yīng)引起的；ABORT是由于目標(biāo)設(shè)備發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤或者不能完成數(shù)據(jù)請(qǐng)求，而使STOP#和DEVSEL#都無(wú)效來(lái)終止當(dāng)前進(jìn)程。傳輸終止后總線進(jìn)入空閑狀態(tài)，等待下個(gè)PCI總線交易開始。
表1中，#表示信號(hào)低電平有效，否則為高電平有效。IN表示標(biāo)準(zhǔn)的輸入信號(hào)，OUT表示標(biāo)準(zhǔn)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，T／S表示雙向的三態(tài)輸入／輸出信號(hào)，S／T／S表示持續(xù)且低電平有效的三態(tài)信號(hào)，O／D表示漏極開路信號(hào)。

2 PCI從設(shè)備接口的CPLD實(shí)現(xiàn)
設(shè)計(jì)的32 bit 33 MHz PCI從設(shè)備接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，由結(jié)構(gòu)圖可以看出它主要由狀態(tài)機(jī)、配置空間、譯碼模塊、數(shù)據(jù)通道、奇偶校驗(yàn)和重試模塊組成。PCI從設(shè)備接口實(shí)現(xiàn)的功能是將一個(gè)不符合PCI總線協(xié)議的設(shè)備橋接到PCI總線上，為計(jì)算機(jī)PCI總線和用戶應(yīng)用之間傳輸數(shù)據(jù)提供一個(gè)數(shù)據(jù)通道。該從設(shè)備接口為用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的總線接口，特別適合PCI總線與32位SRAM或FIFO等高速存儲(chǔ)設(shè)備的橋接。