基于EP2SGX系列FPGA的PCI接口設(shè)計(jì)

0 引 言
在現(xiàn)代雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和其他應(yīng)用系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的ISA、EISA等總線已逐漸無法適應(yīng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/PCI">PCI局部總線以其高性能、低成本、使用方便和適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)成為大多數(shù)系統(tǒng)的主流總線。其中常用的33 MHz、32位的PCI總線尖峰傳輸速率為132 MB／s。PCI總線接口相對其他總線接口來說是比較復(fù)雜的，它有著嚴(yán)格的同步時序要求，且為了實(shí)現(xiàn)即插即用和自動配置，PCI總線的配置空間有許多配置寄存器需要設(shè)置。本文在簡要介紹PCI總線及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了如何利用FPGA設(shè)計(jì)PCI總線的接口電路，并給出了設(shè)計(jì)PCI總線接口時應(yīng)注意的一些問題。

1 PCI總線與數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范
PCI總線信號可劃分為如圖1所示的幾種類型。其中64位總線擴(kuò)展信號、資源鎖存信號和邊界掃描信號是可選的。

PCI總線上的數(shù)據(jù)傳送是基于猝發(fā)傳送的機(jī)制，一個猝發(fā)傳送包括一個地址相和一個或多個數(shù)據(jù)相。基本的PCI傳輸由FRAME#、IRDY#和TRDY#信號控制。當(dāng)數(shù)據(jù)有效時，數(shù)據(jù)資源需要無條件設(shè)置xRDY#信號(寫操作為IRDY#，讀操作為TRDY#)。接收方可在適當(dāng)時間發(fā)出它的xRDY#信號。FRAME#信號有效后的第一個時鐘上升沿是地址周期的開始，此時傳送地址信息和總線命令。下一個時鐘上升沿開始一個(或多個)數(shù)據(jù)周期，當(dāng)IRDY#和TRDY#同時有效時，數(shù)據(jù)在主、從設(shè)備之間傳送。在此期間，可由主設(shè)備或從設(shè)備分別利用IRDY#和TRDY#的無效而插入等待周期。PCI總線傳輸包含讀、寫和中止3個內(nèi)容，圖2和圖3所示的時序圖顯示了PCI總線讀、寫操作的傳輸過程。

2 設(shè)計(jì)考慮及芯片選擇
目前PCI接口主要有2種實(shí)現(xiàn)方式：使用專用接口芯片和采用可編程器件。專用芯片如PLX公司的9050等，專用芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊接口功能，將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對簡單的用戶接口。缺點(diǎn)是缺少靈活性，用戶可能只用到了部分的PCI接口功能，造成了一定的邏輯資源浪費(fèi)。采用FPGA的優(yōu)點(diǎn)在于其靈活的可編程性，首先PCI接口可以依據(jù)插卡功能進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，而不必實(shí)現(xiàn)所有的PCI功能，可以節(jié)約系統(tǒng)的邏輯資源。其次可以將PCI插卡上的其他用戶邏輯與PCI接口邏輯集成在一個芯片上，實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)。再者當(dāng)系統(tǒng)升級時，只需對可編程器件重新進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，而無需更新PCB版圖。