基于PCI總線的專用開放式數控系統(tǒng)研制

PC I總線規(guī)范十分復雜,開發(fā)接口設備具有相當 的難度,在設計中需注意以下問題。PCI的時鐘扇出 能力較差,一般只支持2～3個負載; PC I接口邏輯復 雜, 總線的接口電路大致需要1000門的邏輯才能實 現,這些邏輯電路主要作為邏輯譯碼、時序控制、寄存 器F IFO等。PCI總線接口邏輯的設計工作,不是一般 的中小規(guī)模TTL 或COMS電路所能實現的,所以,本 文的目標芯片選PCI9054,同時選用TMS320F2812作 為軸控芯片。PCI9054是一種多功能、多模態(tài)的接口 控制芯片,其功能配置參見文獻[ 3, 4 ]。經分析,與 TMS320F2812總線接口時, PCI9054選C模式工作較 適合,圖1是PC I9054在C模式下的定時圖。

2　TMS320F2812與PC I總線接口

TMS320F2812具有外部接口XINTF, 接口具有 DMA傳送能力,這是F2812與PC I9054接口的基礎, 圖2是F2812的PC I總線接口框圖。系統(tǒng)中有一片共 享存儲器(DMA RAM) ,它大部分時間是F2812的外 存,而軟件上把它的地址空間分為PC機和F2812“寫字板”空間,通過交換總線控制權的方式交換信息。 握手信號是采用F2812 的通用輸出引腳信號對接 PCI9054的USERi 使用者輸入端。當F2812 允許 PCI9054占用“寫字板”時,該引腳為低,此時, PC機通 過讀取PC I9054的相關寄存器可探測到低電平信號, 通過PC I9054 占用F2812 總線,操作“寫字板”。當 F2812不允許PC I9054占用“寫字板”時,通用輸出引 腳變高, PC機測知后,放開總線, F2812重新獲得“寫 字板”控制權,依此方式循環(huán)工作。

3　數控系統(tǒng)DMA工作方式設置

為了完成DMA傳送,首先需將PCI9054芯片的局 部總線設定在C模式,而F2812的外部接口XINTF以 16位方式工作,必須進一步將PC I9054 設定為16 位 的工作模式。由圖1的控制時序可知,在此模式下通 常PCI9054不驅動局部總線,相關引腳處于高阻狀態(tài)。 分析圖2中地址總線和數據總線的關系可知PC I9054 與F2812是可互通的,當前數據/地址總線的控制權在 F2812手中,即掛接在總線上的DMA RAM只被F2812 所使用, 作為它的外部存儲器。一旦PC 機命令 PCI9054操作局部總線, PCI9054產生總線DMA握手信 號LHOLD (高電平有效,參見圖1) ,該信號送給局部總 線處理器F2812。當F2812可以讓出總線時,其總線信 號變高阻,地址和數據線讓給PCI9054,實現DMA操作。

PC機通過PC I9054占用F2812的總線后,原來存 儲在DMA RAM中的數據仍然有效,其中包含軸控芯 片F2812發(fā)送給PC機的數據,該數據的地址及數據 含義由用戶自己定義。在DMA RAM中會留有一塊地 址空間用于PC機向軸控芯片傳遞指令和數據。當操 作結束時, PC機放開局部總線, DMA RAM的內容在 F2812重新獲得控制權后變成F2812的可用信息。依 此方式, PC機和F2812在每一個數控采樣周期內進行 一次數據交換。

PC I9054的工作方式選為PCI目標模式。相對于 PC機, PC I9054 是從設備,而相對于F2812 它又變成 了主設備。

當把PC I9054設定為C目標模式下16位總線時, BE3#為高字節(jié)使能(LD [ 15: 8 ] ) ,而BE2#未用, BE1# 為地址線LA1,BE0#為低字節(jié)使能(LD [ 7: 0 ] ) 。此時 PCI9054具有LA1 ～LA31 共31 根地址線, F2812 的 XINTF只有20根地址線,這使地址線的處理較為復雜。 4　研磨專用數控系統(tǒng)握手信號和譯碼邏輯

(1) 譯碼邏輯

PC I9054 的LD 數據線信號直接與16 位的 F2812XINTF 數據線信號相連, 并驅動至存儲器 CY7C1041的數據線上。而256K的CY7C1041 只需 要18根地址線,即PCI9054的LA31～LA19和A18～ A19都由譯碼電路處理而產生接口設備的片選信號。 譯碼電路見圖3,按此圖連接,可完成接口的譯碼 功能。U1A的4個輸出端分別對應4個256K的DMA RAM芯片的片選信號, 可用于選擇4 個軸控芯片 F2812,但需增加其他輔助電路; U3 的2Y輸出DMA RAM的寫信號, 3Y為其讀信號。U3的A /B端HOLDA 信號控制PC I9054 和F2812 的切換, 以便輪流操作 CY7C1041存儲器芯片。