什么是PCI總線？其接口芯片的應(yīng)用

PCI （Peripheral Component Interconnect）總線是一種高性能局部總線，是為了滿足外設(shè)間以及外設(shè)與主機(jī)間高速數(shù)據(jù)傳輸而提出來的。在數(shù)字圖形、圖像和語音處理，以及高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理等對數(shù)據(jù)傳輸率要求較高的應(yīng)用中，采用PCI總線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以解決原有的標(biāo)準(zhǔn)總線數(shù)據(jù)傳輸率低帶來的瓶頸問題。

1 PCI局部總線特點(diǎn)

* 傳輸率高：在33MHz的時(shí)鐘頻率下，對于32位的PCI總線，峰值數(shù)據(jù)傳輸可以達(dá)到132MB/s；64位的PCI總線可達(dá)264MB/s。對于64位的66MHz時(shí)鐘的PCI總線，可以達(dá)到528MB/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)ISA的5MB/s和EISA的33MB/s傳輸率。

*線性突發(fā)傳輸：減少了地址操作，更有效地利用總線的帶寬來傳輸數(shù)據(jù)，可以確保總線滿載數(shù)據(jù)。

*采用獨(dú)立于處理器的結(jié)構(gòu)：圖為PCI總線開發(fā)的設(shè)備是針對PCI的，不受處理器的限制，所以PCI設(shè)備的設(shè)計(jì)獨(dú)立于處理器的升級。

*自動配置功能：每個(gè)PCI設(shè)備有256字節(jié)的配置寄存器，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用。

*軟件透明：在與PCI設(shè)備通信時(shí)，軟件驅(qū)動程序使用相同的命令集和狀態(tài)定義。

2 PCI接口的兩種設(shè)計(jì)方法

PCI 接口的設(shè)計(jì)必須符合PCI總線規(guī)范定義的電氣特性和時(shí)序要求。有兩種PCI接口的實(shí)現(xiàn)方案：使用可編程邏輯器件（FPGA或CPLD）和專用PCI接口芯片。使用可編程邏輯器件，可以選擇實(shí)現(xiàn)部分PCI規(guī)范的一個(gè)子集，這種方法比較靈活，但開發(fā)難度大，開發(fā)周期長。采用專用PCI接口芯片，可以縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)難度。

3 CY7C90449PV介紹

CY7C09449PV 是Cypress公司推出的PCI主/從接口芯片，符合PCI2.2規(guī)范，可以直接與很多微處理器進(jìn)行無縫連接。CY7C9449V提供16KB的雙端口共享存儲器（SRAM），用來在PCI總線和局部處理器間傳輸數(shù)據(jù)；I2O消息傳輸單元具有4個(gè)32位FIFO，用來實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列和中斷功能；局部總線時(shí)鐘最大50MHz，單一3.3V電源供電；對3.3V和5V的PCI信號兼容，使用160引腳的TQFP封裝。

3.1 CY7C09449PV結(jié)構(gòu)

CY7C09449PV的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 功能模塊介紹

CY7C09449PV 提供64字節(jié)的PCI頭標(biāo)區(qū)配置寄存器空間。其中Vender ID、Device ID、Revision ID、；Header Type、Class Code用于設(shè)備的識別。命令寄存器（Command）包含設(shè)備控制位，包括允許存儲器讀寫響應(yīng)、I/O讀寫響應(yīng)等。狀態(tài)寄存器（Status）用于記錄 PCI總線相關(guān)事件的狀態(tài)信息。基址寄存器0（BAR0）提供設(shè)備在PCI存儲空間起始地址，31～15可讀寫，通知系統(tǒng)BIOS此設(shè)備所要求的PCI存儲空間為32KB，任何對31～15位與BAR0相符合的PCI存儲空間訪問的，CY7C09449PV都會影響并接受傳輸。基址寄存器1（BAR1）是 CY7C09449PV的I/O指針空間的地址。

CY7C09449PV 提供PCI總線接口、局部處理器總線接口和I2C串行EEPROM接口，以及內(nèi)部16KB雙端口SRAM、I2O消息傳輸單元和控制寄存器。數(shù)據(jù)的傳輸可以在PCI總線和局部處理器總線間進(jìn)行。PCI總線和局部總線都能通過操作寄存器對I2C接口進(jìn)行操作。

PCI 總線和局部處理器總線間可以通過共享的雙端口存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于共享存儲器是“臨界資源”，CY7C09449PV在仲裁寄存器（CRB_FLAGS）中，為PCI總線和局部處理器部各提供了4個(gè)仲裁檔志位（L0，P0，L1，P1，L2，P2，P3，P3），來對共享存儲器進(jìn)行并發(fā)互斥訪問。對了實(shí)現(xiàn)線性突發(fā)傳輸，提供了DMA控制寄存器，PCI總線和局部處理器總線都能通過DMA控制寄存器，來啟動突發(fā)傳輸。為了保證對DMA 控制器的互斥訪問，DMA控制寄存器也提供了仲裁標(biāo)志位。CY7C09449PV為局部處理器提供了一個(gè)映射到整個(gè)PCI地址空間的8KB存儲器窗口。通過這個(gè)窗口，局部處理器可以不經(jīng)過共享存儲器，直接對PCI地址空間進(jìn)行訪問，直接訪問寄存器（DAHBASE）負(fù)責(zé)對這個(gè)窗口的操作。

CY7C09449PV的I2O消息傳輸單元具有符合智能I/O（Intelligent I/O）1.5規(guī)范的消息隊(duì)列和斷功能，由4個(gè)深度為32的32位FIFO（Inbound Free/Post，Outbound Free/Post）和共享存儲器來實(shí)現(xiàn)。這4個(gè)FIFO也能用作通用FIFO。

PCI總線和局部處理器間的消息也能通過郵箱來傳輸。主機(jī)通過寫Host to Local Data Mailbox（HLDATA）郵箱寄存器，向局部處理器傳送消息數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生中斷標(biāo)志位，等局部處理器讀取消息數(shù)據(jù)后，中斷標(biāo)志位自動復(fù)位。局部處理器能通過寫（Local To Host Data Maibox）郵箱寄存器，向主機(jī)發(fā)送消息數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生中斷標(biāo)志位。主機(jī)讀取消息數(shù)據(jù)后，標(biāo)志位自動復(fù)位。

通過I2C接口連接EEPROM，可以保存CY7C09449PV的初始化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括PCI總線和局部處理器總線的配置信息。在復(fù)位完成后， PY7C09449PV在響應(yīng)PCI總線和局部總線交易以前自動下載這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行初始化操作。通過I2C控制寄存器組可以對I2C端口進(jìn)行讀寫。I2C 控制寄存器組包括3個(gè)寄存器：I2C命令寄存器（NVCMD）、I2C讀數(shù)據(jù)寄存器（NVREAD）、I2C狀態(tài)寄存器（NVSTAT）。

CY7C09449PV 的中斷控制器為PCI總線和局部處理器總線分別提供了獨(dú)立的中斷掩碼和命令/狀態(tài)寄存器：HINT（主機(jī)中斷控制和狀態(tài)寄存器）、LINT（局部處理中斷控制和狀態(tài)處理器）。中斷源有：DMA完成、郵箱、FIFO非空、FIFO溢出等，以及1個(gè)外部中斷引腳。內(nèi)部資源如表1所列。

表1 CY7C9449PV內(nèi)部資源存儲映射

4 基于PCI與C32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

C32是一種32位的浮點(diǎn)DSP，具有較高的性價(jià)比，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與高速信號處理中得到了廣泛的應(yīng)用。使用CY7C09449PV作為接口芯片，可以實(shí)現(xiàn)PCI總線與基于C32的DSP系統(tǒng)的連接。

將CY7C09449PV 的RSTOUTD引腳與C32的復(fù)位信號相連，可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)對C32進(jìn)行復(fù)位。I2C接口引腳要接2.2KΩ到10kΩ的上位電阻。接口輸入引腳在不用時(shí)，要上拉到高電平或接地。圖2中的PLD實(shí)現(xiàn)C32對CY7C9449PV和A/D轉(zhuǎn)換器的片選，以及C32的復(fù)位BOOT LOADER所需的信號邏輯。EPROM存儲C32程序，SRAM存放數(shù)據(jù)和運(yùn)行時(shí)的程序，EEPROM存入CY7C09449PV的初始化信息。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

采集到的數(shù)據(jù)有兩種方案進(jìn)行傳輸，使用FIFO或DMA。FIFO傳輸可以保證順序的傳輸，但傳輸效率低，適用于速率要求較低的應(yīng)用。使用DMA進(jìn)行傳輸，能充分利用PCI總線PCI總線的突發(fā)傳輸能力，適用于對傳輸率要求較高的情況。共享存儲器分為模塊A和模塊B。DSP先把采集到的數(shù)據(jù)寫入模塊A，等數(shù)據(jù)寫滿后，啟動模塊A的DMA傳輸；同時(shí)將接下來采集到的數(shù)據(jù)寫入模塊B，等模塊B數(shù)據(jù)裝滿后，啟動模塊B的DMA傳輸，這樣循環(huán)下云，可以使數(shù)據(jù)的采集和DMA傳輸并行進(jìn)行。