PCI總線通用接口芯片CH361及其應用
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關鍵詞：PCI總線；CH361；I/O端口映射；擴展ROM映射
１ 主要特點
ＣＨ３６１是一個簡便易用的ＰＣＩ總線通用接口芯片。該器件在本地端提供了通用的８ 位數(shù)據(jù)總線。由于其支持Ｉ／Ｏ 端口映射和擴展ＲＯＭ 映射，因而可廣泛應用于制作低成本的基于ＰＣＩ總線的計算機板卡，或者用于將原先基于ＩＳＡ 總線的板卡移植到ＰＣＩ總線上。
ＣＨ３６１的主要特點如下：
● 帶有通用８位主動并行接口：包括８位數(shù)據(jù)、１６位地址、Ｉ／Ｏ讀和寫以及存儲器讀和寫；
● 可以設定ＰＣＩ設備的設備標識（Ｖｅｎｄｏｒ ＩＤ，Ｄｅｖｉｃｅ ＩＤ，Ｃｌａｓｓ Ｃｏｄｅ 等）；
● 支持長度達２４０字節(jié)的Ｉ／Ｏ端口；
● 允許本地硬件地址實現(xiàn)專用Ｉ／Ｏ端口，可直接移植ＩＳＡ板卡到ＰＣＩ總線；
● 具有兩種Ｉ／Ｏ端口存取速度：分別為６０ｎｓ和２４０ｎｓ；
● 支持直接映射容量為８ｋＢ或者３２ｋＢ的擴展ＲＯＭ（Ｂｏｏｔ ＲＯＭ）；
● 支持通過８ｋＢ或者３２ｋＢ擴容窗口映射的、容量為６４ｋＢ／１２８ｋＢ的擴展ＲＯＭ；
● 支持擴展ＲＯＭ（Ｂｏｏｔ ＲＯＭ）的寫操作，同時支持存儲器ＳＲＡＭ和閃存Ｆｌａｓｈ－Ｍｅｍｏｒｙ；
圖2
●內(nèi)置Ｉ２Ｃ主設備接口，可掛接Ｉ２Ｃ從設備；
●支持本地設備數(shù)據(jù)等待，并可提供本地數(shù)據(jù)輸入緩存；
●內(nèi)置４μｓ～１ｍｓ的硬件計時單元，用于延時；
●采用８０個腳的ＬＱＦＰ８０和ＰＱＦＰ８０兩種形式；
●采用了４項專利技術和多項專有技術，低成本，簡便易用。
２ 引腳功能
ＣＨ３６１接口芯片的引腳排列如圖１所示。各引腳功能如表１所列。
表1 CH361的引腳功能描述
| 引 腳 號 | 引 腳 名 稱 | 類 型 | 引 腳 說 明 |
| 20,61,80 | VCC | 電源 | +5V電源 |
| 1,21,60 | GND | 電源 | 接地 |
| 64 | PCI_RST | 輸入 | 系統(tǒng)復位信號線 |
| 65 | PCI_CLK | 輸入 | 系統(tǒng)時鐘信號線 |
| 2～5,14～19,22～23, 25～32,66～73,76～79 | PCI_AD31～PCI_AD0 | 三態(tài)輸出及輸入 | 地址、數(shù)據(jù)復用信號線 |
| 6,13,24,74 | PCI_CBE3～PCI_CBE0 | 輸入 | 總線命令、字節(jié)使能復用信號線 |
| 12 | PCI_PAR | 三態(tài)輸出 | 奇偶校驗信號線 |
| 75 | PCI_IDSEL | 輸入 | 初始化設備選擇信號線 |
| 7 | PCI_FRAME | 輸入 | 幀周期開始信號線 |
| 8 | PCI_IDRY | 輸入 | 發(fā)起設備準備好信號線 |
| 9 | PCI_TRDY | 三態(tài)輸出 | 目標設備準備好信號線 |
| 10 | PCI_DEVSEL | 三態(tài)輸出 | 目標設備選中信號線 |
| 11 | PCI_STOP | 三態(tài)輸出 | 可用于INTA中斷請求信號線，一般不連接 |
| 51～58 | D7～D0 | 三態(tài)輸出及輸入 | 8位數(shù)據(jù)信號線，各帶40kΩ上拉電阻，D7同時是I2C接口的SDA信號線 |
| 33～39，42～50 | A15～A0 | 輸出 | 16位地址信號線，A15～A8可以獨立控制輸出，A15同時可以設定為I2C接口的SCL信號線 |
| 40 | IOP_RD | 輸出 | I/O端口的讀選通/使能，低電平有效 |
| 41 | IOP_WR | 輸出 | I/O端口的寫選通/使能，低電平有效 |
| 62 | MEM_RD | 輸出 | 擴展ROM或存儲器的讀選通/使能，低電平有效 |
| 63復用 | MEM_WR | 輸出 | 擴展ROM或存儲器的寫選通/使能，低電平有效 |
| IOP_HIT | 輸入 | 本地硬件地址請求，低電平有效，帶上拉 | |
| 59復用 | SYS_EX | 輸出 | 可以獨立控制的輸出信號線，可以設定為I2C接口的SCI信號線 |
| IOP_WAIT | 輸入 | 本地設備數(shù)據(jù)等待請求，低電平有效，帶上拉 | |
| EXT_WR | 輸入 | 本地數(shù)據(jù)輸入緩存寫使能，上升沿有效，帶上拉 | |
| INT_REQ | 輸入 | 本地中斷請求輸入，低電平有效，帶上拉 |
３ 工作模式
為了在不增加引腳的前提下提供更多可用功能，ＣＨ３６１對部分引腳進行了復用，并可通過“工作模式設定”進行功能選擇?！肮ぷ髂Ｊ皆O定”的具體方法如下：首先將本地端８位數(shù)據(jù)信號線采用上拉或者下拉的方式設定為所需的高電平或者低電平，以便在ＣＨ３６１被復位后根據(jù)這些信號線的默認狀態(tài)來設定工作模式以及參數(shù)；這些信號線在作為８ 位數(shù)據(jù)總線被驅(qū)動時，由于一般外部設備的驅(qū)動電流不小于１ｍＡ，所以，上拉或者下拉不會影響其對數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動；另外，ＣＨ３６１僅在復位后的１μｓ內(nèi)一次性設定工作模式及參數(shù)，所以，如果外部設備的驅(qū)動能力很小或者是采用ＯＣ 集電極開路驅(qū)動，那么，系統(tǒng)僅在復位后的短時間內(nèi)實現(xiàn)下拉，而在其余時間屏蔽下拉或者轉(zhuǎn)換成上拉。表２和表３所列為設定工作模式和參數(shù)時所對應的數(shù)值（１ 即高電平，０ 即低電平）。
表2 工作模式設定表
| 數(shù) 據(jù) 線 | 數(shù) 據(jù) 線 的 設 定 說 明 | 設定值=0 | 設定值=1 |
| D0 | 設定系統(tǒng)復位后A15地址線的默認值 | 復位后為0 | 復位后為1 |
| D1 | 選擇PCI設備標識（ID） | 外部提供ID | CH361默認1D |
| D4 | 選擇復用引腳63的功能 | IOP_HIT | MEM_WR |
| D5 | 設定I/O端口存取速度、擴展ROM容量 | 60ns、8kB | 240ns、32kB |
| D7和D6 | 提供給產(chǎn)品制造商使用，數(shù)據(jù)線的狀態(tài)從PCI設備配置空41H中讀取 | ||
表3 引腳復用設定表
| 數(shù)據(jù)線D4-D3-D2的設定值 | 選擇復用引腳59 | 引腳功能說明 |
| D4-D3-D2=000或者100 | INT_REQ | 本地中斷請求輸入 |
| D4-D3-D2=001 | IOP_WAIT | 本地設備數(shù)據(jù)等請求 |
| D4-D3-D2=010 | EXT_WR | 本地數(shù)據(jù)輸入緩存寫使能 |
| D4-D3=011或者110或者111 | SYS_EX | 獨立控制輸出，復位后為0 |
| D4-D3-D2=101 | 獨立控制輸出，復位后為1 |
４ ＣＨ３６１的典型應用
４．１ 與ＰＣＩ總線的連接電路
圖２所示是ＣＨ３６１與ＰＣＩ總線進行連接的接口電路，圖中，電容Ｃ１～Ｃ４用于電源退耦，而Ｃ２～Ｃ４應分別并聯(lián)在ＣＨ３６１的三對電源引腳上。圖中，ＰＣＩ總線的電源線引腳可以自由選擇，但數(shù)量不得少于４對。ＣＨ３６１屬于高頻數(shù)字電路，因此，設計ＰＣＢ板需要參考ＰＣＩ總線規(guī)范。
４．２ 與存儲器的連接電路
圖３是ＣＨ３６１與ＳＲＡＭ６２２５６存儲器的接口電路。圖中，ＣＨ３６１通過ＭＥＭ＿ＲＤ和ＭＥＭ＿ＷＲ與存儲器Ｕ２（型號是ＳＲＡＭ６２２５６）連接。因為ＣＨ３６１只在ＰＣＩ設備配置空間中提供擴展ＲＯＭ基址寄存器，而計算機ＢＩＯＳ通常不會為ＳＲＡＭ設置擴展ＲＯＭ基址，所以在讀寫存儲器Ｕ２前，需要設置擴展ＲＯＭ基址寄存器，以將存儲器Ｕ２映射到存儲器空間。也就是說，向ＣＨ３６１的擴展ＲＯＭ基址置入地址值０Ｅ００００００１（該地址不能與其它設備的存儲器地址相沖突，最低位置１是為了啟用擴展ＲＯＭ）后，Ｕ２即被映射到０Ｅ０００００００Ｈ至０Ｅ０００７ＦＦＦＨ 的地址空間，這樣，當計算機讀寫０Ｅ０００１２３４Ｈ 地址的存儲器時，實際上就是讀寫存儲器Ｕ２的１２３４Ｈ地址的內(nèi)容。
如果將普通的ＳＲＡＭ換成雙端口ＳＲＡＭ，則ＣＨ３６１可以通過雙端口存儲器與外部的單片機或者ＤＳＰ交換數(shù)據(jù)。ＣＨ３６１使用８位數(shù)據(jù)總線，所以，向ＳＲＡＭ寫入數(shù)據(jù)只能以字節(jié)為單位進行，但從ＳＲＡＭ讀出數(shù)據(jù)則能夠以字節(jié)、字、雙字為單位進行。ＣＨ３６１通過存儲器與外部電路交換數(shù)據(jù)的實測速度可以達到每秒１．５Ｍ字節(jié)。
４．３ 連接擴展ＲＯＭ
圖４是ＣＨ３６１與擴展ＲＯＭ的接口電路。ＣＨ３６１可通過ＭＥＭ＿ＲＤ與ＲＯＭ芯片Ｕ３（型號是２７Ｃ５１２）進行連接。它支持ＥＰＲＯＭ和閃存Ｆｌａｓｈ－Ｍｅｍｏｒｙ，容量可以是３２ｋＢ或者６４ｋＢ。如果將ＳＹＳ＿ＥＸ用于Ａ１６地址線，則最大容量可達１２８ｋＢ。一般情況下?ＣＨ３６１可以直接支持３２ｋＢ容量的擴展ＲＯＭ（即２７Ｃ２５６芯片的容量），也可以在擴展ＲＯＭ的程序中通過控制Ａ１５地址線支持６４ｋＢ容量的ＲＯＭ芯片。下拉電阻Ｒ１用于ＣＨ３６１的工作模式設定，因為圖中的數(shù)據(jù)線Ｄ０連接了下拉電阻，所以，系統(tǒng)復位后，地址線Ａ１５為低電平以選擇Ｕ３的低３２ｋＢ（地址為００００Ｈ－７ＦＦＦＨ），而在需要讀?。眨车母撸常玻耄聲r（地址為８０００Ｈ－０ＦＦＦＦＨ），可以通過寫芯片控制寄存器的位０來重新設定Ａ１５地址線，ＳＹＳ ＥＸ連接Ａ１６地址線時與Ａ１５的用法類似。另外，由于ＰＣＩ擴展ＲＯＭ中的內(nèi)容通常被ＢＩＯＳ復制到ＲＡＭ內(nèi)存中，所以需要設置ＣＨ３６１的擴展ＲＯＭ基址以重新將Ｕ３映射到存儲器空間。ＣＨ３６１的Ａ１５引腳不僅能用作地址線，還可以自由控制，例如在需要同時連接ＳＲＡＭ和ＲＯＭ時，可通過Ａ１５切換兩者的片選。ＰＣ機中的擴展ＲＯＭ相當于一個電子盤，如果在其中寫入引導程序和應用程序，那么，即使計算機沒有硬盤和操作系統(tǒng)，擴展ＲＯＭ中的引導程序和應用程序也能夠控制計算機以實現(xiàn)某些特定的功能。如，無硬盤ＰＣ機用于工業(yè)控制或控制作業(yè)流程等。
圖５是ＣＨ３６１ 的應用接口電路。利用讀選通／使能ＩＯＰ ＲＤ和寫選通／使能ＩＯＰ ＷＲ可 控制７４ＬＳ１３９的譯碼使能，然后由７４ＬＳ１３９對地址進行譯碼即可輸出２路讀控制和２路寫控制，再經(jīng)７４ＬＳ２４５輸入緩沖和７４ＬＳ３７４鎖存輸出， 即可獲得２組每組８位緩沖輸入和２組每組８位鎖存輸出。如將ＣＨ３６１的Ｉ／Ｏ基址設定為５Ａ００Ｈ，則讀?。担粒埃埃榷丝诰褪亲x取第一組緩沖輸入，寫入５Ａ０１Ｈ端口就是寫入第二組鎖存輸出。如果ＣＨ３６１沒有連接擴展ＲＯＭ或者存儲器，則空閑的地址線Ａ１４～Ａ８以及Ａ１５便可直接作為輸出控制線。Ａ１５～Ａ０地址設定寄存器在系統(tǒng)復位后為低電平，并且只能以字為單位進行讀寫。如要設定Ａ１３為高電平?Ａ９為低電平?其它位保持不變，則首先必須讀取該寄存器，然后將讀出數(shù)據(jù)中的位１３置１、位９置０ ，最后再寫回該寄存器。圖５是一個簡單示例，ＣＨ３６１的輸入輸出信號與ＴＴＬ／ＣＭＯＳ 兼容，因而可以連接ＡＤＣ／ＤＡＣ／ＭＣＵ等芯片，由于其輸出引腳的驅(qū)動電流大于１０ｍＡ，因而可以在串接限流電阻后驅(qū)動ＬＥＤ。此外，ＣＨ３６１還提供了８根地址線Ａ７～Ａ０以可用于Ｉ／Ｏ地址譯碼，但由于偏移地址０ＦＦＨ至０Ｆ０Ｈ范圍為專用功能寄存器的地址，所以Ｉ／Ｏ地址譯碼只對偏移地址０ＥＦＨ至００Ｈ范圍有效，且長度不應超過２４０字節(jié)。一般情況下，如果使用的Ｉ／Ｏ端口長度不超過１２８字節(jié)，則可使用Ａ７作為外部電路的片選線。而當偏移地址為７ＦＨ至００Ｈ范圍時，Ａ７就可以輸出低電平有效的片選信號，如果偏移地址超過８０Ｈ，Ａ７將輸出高電平，此時，Ｉ／Ｏ端口的片選信號無效。
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