PCI總線協(xié)議的FPGA實現(xiàn)及驅(qū)動設計

　　圖３中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件信號ａ、ｂ、ｃ定義如下：ａ代表配置空間訪問條件，ｂ代表Ｉ／Ｏ空間或內(nèi)存空間訪問條件，ｃ代表總線傳輸開始條件。這三個條件的實現(xiàn)由后面的命令譯碼模塊給出。
　　
　?。桑模蹋攀窍到y(tǒng)的缺省狀態(tài)，表示總線當前空閑。通常，設備處在ＩＤＬＥ狀態(tài)時，要檢測來自ＰＣＩ總線和后級設備的信號，以便設備作出合適的響應。設備處于Ｓ＿ＤＡＴＡ狀態(tài)時完成第一次數(shù)據(jù)傳輸，直接無條件跳到ＢＡＣＫＯＦＦ狀態(tài)。設備在ＢＡＣＫＯＦＦ狀態(tài)時進行多個數(shù)據(jù)傳輸，直至主設備斷開訪問。需要注意的是：任何對Ｉ／Ｏ空間、配置空間以及內(nèi)存空間的突發(fā)傳輸?shù)牡刂烦^了設備映射地址的范圍時，從設備要在此狀態(tài)建立ＳＴＯＰ信號，斷開訪問。當幀信號無效或主設備終止傳輸時，設備回到初始的ＩＤＬＥ狀態(tài)。ＢＵＳ＿ＢＵＳＹ狀態(tài)時總線忙，表示總線正在被其它設備使用。有兩條轉(zhuǎn)移路徑，若總線仍然被占用，則停留在ＢＵＳ＿ＢＵＳＹ狀態(tài)，否則返回空閑狀態(tài)ＩＤＬＥ。
　　
　?。玻?地址譯碼和命令譯碼模塊
　　
　　地址譯碼模塊主要檢測ＰＣＩ地址與本ＰＣＩ卡的基地址是否匹配，可以通過ＡＤ[３１：００]信號線上的值與設置的基地址作比較判斷。如果ＰＣＩ地址落在設置的基地址范圍內(nèi)，則ＰＣＩ卡響應當前的總線操作。
　　
　　命令譯碼模塊指示ＰＣＩ卡響應不同的總線命令，通過檢測Ｃ／ＢＥ[３：０]＃信號線上的值，與表１列出的總線命令作比較，完成命令譯碼。
　　
　?。?Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ系統(tǒng)下驅(qū)動程序的設計
　　
　　對ＰＣＩ設備而言，驅(qū)動程序提供了獲?。校茫煽ǖ呐渲每臻g信息、勾掛ＰＣＩ中斷、總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。本文介紹使用Ｎｕｍｅｇａ公司的ＶｔｏｏｌｓＤ軟件進行驅(qū)動設計的方法。
　　
　?。常?尋找ＰＣＩ卡并讀取配置空間信息
　　
　　配置空間包含了系統(tǒng)初始化ＰＣＩ設備所必需的信息，首先需要遍歷整個硬件樹結構來尋找指定的ＰＣＩ設備。對于每一個設備，比較其廠商號（Ｖｅｎｄｏｒ ＩＤ）和設備編號Ｄｅｖｉｃｅ ＩＤ，如果與設計的ＰＣＩ卡的信息匹配，則讀取它的配置空間信息。
　　
　?。常?Ｉ／Ｏ方式下的讀寫操作
　　
　?。桑戏绞较碌淖x寫比較簡單。在得到ＰＣＩ設備基地址信息后，通過Ｃ＋＋語言中的端口讀寫函數(shù)ｉｎｐｄ和ｏｕｔｐｄ即可完成。舉例如下：
　　
　?。裕澹恚穑剑撸椋睿穑洌ǎ纾拢幔螅澹粒洌洌颍澹螅螅澹螅?；／／ Ｔｅｍｐ中得到讀出的數(shù)據(jù)
　　
　?。撸铮酰簦穑洌ǎ纾拢幔螅澹粒洌洌颍澹螅螅澹螈煟模幔簦幔?； ／／向基地址寫入數(shù)據(jù)
　　
　　其中，ｇＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓｅｓ為基地址值，Ｄａｔａ為寫操作時的數(shù)據(jù)。
　　
　?。常?內(nèi)存方式下的讀寫
　　
　　對于內(nèi)存方式下的讀寫，一個重要問題就是地址的映射。因為硬件設備讀寫的是物理內(nèi)存，但應用程序讀寫的是虛擬地址，所以存在著將物理內(nèi)存地址映射到用戶程序線性地址的問題。
　　
　　映射功能通過調(diào)用ＶｔｏｏｌｓＤ軟件的標準庫函數(shù)完成。根據(jù)給定的物理地址和所要求的空間大小，在系統(tǒng)內(nèi)存中分配相應空間。首先，用ＰａｇｅＲｅｓｅｒｖｅ函數(shù)分配當前保留頁的線性地址空間，再利用ＰａｇｅＣｏｍｍｉｔＰｈｙｓ函數(shù)的服務對開始的線性地址空間分配相應的物理地址空間。程序如下：
　　
　?。眨蹋希危?ｎＰａｇｅｓ＝＿ＮＰＡＧＥＳ＿（ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓＳｉｚｅＩｎＢｙｔｅｓ）；
　　
　?。蹋椋睿澹幔颍剑校幔纾澹遥澹螅澹颍觯澹ǎ校遥撸樱伲樱裕牛廷煟睿校幔纾澹螈煟校遥撸疲桑兀牛模?；
　　
　?。校幔纾澹茫铮恚恚椋簦校瑁螅ǎ校粒牵牛危眨停ǎ蹋椋睿澹幔颍?，ｎＰａｇｅｓＰＡＧＥＮＵＭ （ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓ），ＰＣ＿ＩＮＣＲ ｜ ＰＣ＿ＷＲＩＴＥＡＢＬＥ ｜ ＰＣ＿ＵＳＥＲ）；
　　
　?。蹋椋睿校幔纾澹蹋铮悖耄ǎ校粒牵牛危眨停ǎ蹋椋睿澹幔颍?，ｎＰａｇｅｓ０）；
　　
　　其中，ＰｈｙｓＡｄｄｒｅｓｓ為給定的物理地址，ＳｉｚｅＩｎＢｙｔｅｓ為需要的空間大小。
　　
　　建立了物理ＲＡＭ到系統(tǒng)內(nèi)存的映射后，就可以利用Ｃ＋＋語言中的文件操作基類ＣＦｉｌｅ類完成數(shù)據(jù)的讀寫。首先使用ＣＦｉｌｅ類的成員函數(shù)Ｏｐｅｎ打開文件，為保證數(shù)據(jù)讀寫的準確無誤，必須使用二進制方式打開；接下來使用Ｒｅａｄ和Ｗｒｉｔｅ成員函數(shù)進行文件讀寫；完畢后用Ｃｌｏｓｅ成員函數(shù)關閉文件。
　　
　　３．４ 中斷的勾掛和處理
　　
　　首先在ＯＮ＿ＤＥＶＩＣＥ＿ＩＮＩＴ函數(shù)中完成中斷的初始化。即通過前面讀取的ＰＣＩ設備的中斷號，使用ＶＰＩＣＤ＿Ｖｉｒｔｕａｌｉｚｅ＿ＩＲＱ函數(shù)進行中斷勾掛，并調(diào)用ＶＰＩＣＤ＿Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ＿Ｕｎｍａｓｋ函數(shù)開中斷。
　　
　?。遥裕茫桑遥眩龋幔睿洌欤澹剑郑校桑茫模撸郑椋颍簦酰幔欤椋澹撸桑遥眩ǎΓ桑遥眩洌澹螅悖?；

　?。郑校桑茫模撸校瑁螅椋悖幔欤欤撸眨睿恚幔螅耄ǎ遥裕茫桑遥眩龋幔睿洌欤澹?；
　　然后在ＲＴＣＩｎｔ＿Ｈａｎｄｌｅｒ函數(shù)中進行中斷處理，可以進行各種操作，例如向應用程序發(fā)送自定義的消息來通知中斷的發(fā)生。
　　
　?。常?與應用程序的通信
　　
　　一般地，應用程序通過ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ函數(shù)調(diào)用ＶｘＤ驅(qū)動程序，得到一個ＶｘＤ的文件句柄。使用如下的語句可以打開一個名為ｍｙｄｒｉｖｅｒ．ＶＸＤ的文件，得到的句柄保存在ｈＶｘＤ中。
　　
　?。瑁郑模剑茫颍澹幔簦澹疲椋欤澹ā澹埽埽埽埽埽埽恚洌颍椋觯澹颍郑兀摹澧煟?，０，０，ＣＲＥＡＴＥ－ＮＥＷ，ＦＩＬＥ－ＦＬＡＧ－ＤＥＬＥＴＥ－ＯＮ－ＣＬＯＳＥ，０）；
　　
　　通過句柄ｈＶｘＤ和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ函數(shù)就可以與驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)傳輸。
　　
　　本文采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＦＬＥＸ６０００系列芯片，型號為ＥＰＦ６０１６ＴＣ１４４－３，實現(xiàn)了簡化的從設備模式ＰＣＩ協(xié)議，并在Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ系統(tǒng)下實現(xiàn)驅(qū)動程序的設計。整個系統(tǒng)工作良好。資源占用情況如下：可用Ｉ／Ｏ引腳１１３根，占用５１根，占用率４５％；可用邏輯單元數(shù)１３２０個，占用１５１個，占用率１１％。
　　
　　簡化的ＰＣＩ協(xié)議的實現(xiàn)占用較少的邏輯資源，可以靈活方便地進行功能添加和改進，同時可以在同一塊芯片中集成其他用戶模塊，實現(xiàn)不同功能，以降低成本。目前，本系統(tǒng)已經(jīng)應用在數(shù)據(jù)采集和處理、圖像處理等方面。