基于MPC8280的PCI驅動設計方案

　　摘要 芯片MPC8280的主頻最高為450 MHz，僅靠運行在其上的軟件雖可實現(xiàn)路由交換功能，但交換容量僅約為40 Mbit·s-1，無法滿足多路千兆交換性能要求。利用MPC8280的PCI口外接千兆交換芯片BCM56514，能突破這一性能瓶頸。基于MPC8280的PCI驅動，使得MPC8280通過PCI內(nèi)存空間讀寫操作、配置空間讀寫操作和I/O空間的讀寫操作，并實現(xiàn)對BCM56514的配置、控制及路由表的更新，從而使MPC8280在路由交換領域得以應用。

　　近年來，多媒體通信技術應用迅猛發(fā)展，對網(wǎng)速的要求也迅速提升。為適應這一趨勢，與網(wǎng)絡相關的終端設備和路由交換設備的性能均亟需提升。在當今中國，計算機作為網(wǎng)絡終端設備，網(wǎng)口的標配速率已由100 Mbit·s-1改為1 000 Mbit·s-1，交換機、路由器等作為路由交換設備，交換容量量級也由原來100 Mbit·s-1上升到1 000 Mbit·s-1甚至10 Gbit·s-1。MPC8280是由Freescale公司推出的雙地址總線雙處理器芯片，自其推出以來，因其豐富的外圍接口已在航空航天、通信電子、醫(yī)療器械、交通設施等領域得到廣泛應用，然而在今日迫切需求的大容量路由交換領域，卻因其最高主頻為450 MHz的限制，依靠運行在MPC8280上的軟件扣除中斷處理、系統(tǒng)管理等開銷外，實現(xiàn)的交換容量僅為40 Mbit·s-1，在多路千兆交換應用中存在性能瓶頸。利用MPC8280的PCI口外接千兆交換芯片BCM56514，使得運行在MPC8280上的軟件僅作路由計算和路由表的維護，而將交換控制交由BCM56514實現(xiàn)，可突破性能瓶頸。完成PCI驅動設計是這一方法能得以實施的先決條件，MPC8280通過PCI內(nèi)存空間讀寫操作、配置空間讀寫操作和I/O空間讀寫操作，實現(xiàn)對交換芯片的配置、控制及路由表的更新，從而使MPC 8280在大容量路由交換領域得到成熟應用。

　　1 PCI知識介紹

　　PCI為Peripheral Component Interconnect的縮寫，是一種總線規(guī)范，用于外圍設備互聯(lián)。目前使用2.2版本的PCI規(guī)范。主要由時鐘信號(PCI_CLK)、控制信號 (FRAME、IRDY、DEVSEL、TRADY、STOP、IDSEL)、地址數(shù)據(jù)復用信號AD[31：0]及校驗和錯誤指示信號(SERR、PERR)構成。地址和數(shù)據(jù)信號可擴展到64 bit，時鐘信號常用33 MHz，可擴展到66 MHz，速率可達528 MByte/s。采用分段分層結構，其總線拓撲結構如圖1所示。

　　2 PCI驅動設計

　　PCI驅動通過配置寄存器，完成總線初始化，并提供PCI配置空間讀寫、PCI內(nèi)存空間讀寫、PCI I/O空間讀寫和中斷函數(shù)接口。上層應用利用這些操作接口發(fā)現(xiàn)外部交換芯片，并能獲取交換芯片信息，實現(xiàn)對外接交換芯片的配置管理、路由表更新、狀態(tài)回讀等操作，最終實現(xiàn)PCI驅動設計。

　　2.1 PCI驅動流程設計

　　首先通過設置寄存器，使芯片跳出PCI重啟狀態(tài)，接著根據(jù)系統(tǒng)的地址分配對Outbound和Inbound寄存器組進行配置，然后對PCI使用的字節(jié)序、錯誤狀態(tài)和Master模式進行配置，最后使能PCI內(nèi)存空間讀寫和配置空間讀寫。使用UML的活動圖對PCI驅動流程設計建模如圖2所示。

　　2.2 配置空間讀寫設計

　　指令按照一定的數(shù)據(jù)格式優(yōu)先寫到CONFIG_ADDR寄存器，然后通過向CONFIG_DATA寄存器填入數(shù)據(jù)，完成寫操作，或從CONFIG_DATA讀出數(shù)據(jù)，完成讀操作。無論CONFIG_ADDR寄存器的數(shù)據(jù)是否需要改變，每次操作都必須先對CONFIC_ADDR寄存器操作，然后才可對CONFIC_DATA寄存器操作，否則操作無效。指令數(shù)據(jù)格式如圖3所示。

　　配置空間操作時，地址譯碼過程如下：例如Device Number為0b01011時，對應的十進制數(shù)為11，則Bit[31：11]中的Bit11置1，其他Bit為0，此時在硬件上將IDSEL信號連接到Bit11的PCI設備將被選中;若Device Number為0b01100時，對應的十進制數(shù)為12，則Bit[31：11]中的Bit12置1，其他Bit為0，此時在硬件上將IDSEL信號連接到Bit12的PCI設備將被選中;Device Number的特殊定義如下;0b01010將選定Bit[31];0b11111將執(zhí)行特別操作;0b00000將對PCI橋自身進行操作。譯碼結果的格式如圖4所示。

　　共有兩種操作類型：了ype 0操作和Type1操作。Type0操作適用于目標設備和PCI橋在同一總線上，PCI橋直接根據(jù)從上層總線接收到指令中的Device Number進行地址譯碼，并將Bit[31：11]數(shù)據(jù)中對應的Bit置1，Bit[1：0]設置成0x00，在PCI總線配置操作的地址時段，將譯碼結果發(fā)送到PCI總線的AD[31：0]上。

　　Type1操作適用于目標設備和PCI橋不在同一總線上，需經(jīng)過PCI橋將完整的數(shù)據(jù)繼續(xù)向下傳遞。當PCI橋在配置空間操作的地址時隙從AD[31：0]收到指令時，判斷目標設備是否在其負責的范圍內(nèi)，若不在，將不處理。若在，則將AD[31：0]的數(shù)據(jù)和PCI_C/_BE完整的向下傳遞;若發(fā)現(xiàn)目標設備為本層設備，將操作變?yōu)門ype0操作，選中目標設備。

　　2.3 內(nèi)存空間讀寫設計

　　MPC8280的PCI內(nèi)存讀寫分為MPC8280主動發(fā)起的PCI內(nèi)存空間讀寫和MPC8280被動引起的PCI內(nèi)存空間讀寫。在進行PCI內(nèi)存空間讀寫時，需地址譯碼。

　　MPC8280主動發(fā)起的PCI內(nèi)存空間讀寫，MPC8280側地址譯碼流程如圖5所示。先對操作地址進行判斷，若落在MPC8280的內(nèi)部存儲器映射寄存器(IMMR)范圍內(nèi)，接著就需判斷是否落在PCI寄存器，根據(jù)判斷結果決定是否對PCI寄存器進行操作或不做處理。若不是落在MPC8280的IMMR范圍，需判讀是否落在PCI OutBound空間，若落于PCI OutBound空間，則需根據(jù)寄存器的配置，對地址進行譯碼，并將譯碼后的結果在地址時隙被發(fā)送到PCI總線的地址管腳，若未落在PCI OutBound空間，卻落于PCIBR0或PCIBR1寄存器定義的范圍內(nèi)，則將地址直接通過地址時隙發(fā)送至PCI總線的地址管腳。