高速PCI總線接口卡的開發(fā)

摘要：從系統(tǒng)的角度介紹高速PCI總線接口卡開發(fā)的整個過程，其中包括硬件電路的設計制作和軟件驅(qū)動的開發(fā)。介紹一些從實際設計過程中得出的應該注意的細節(jié)等。

PCI總線技術已經(jīng)應用于形形色色的微機接口中。同在聲卡、網(wǎng)卡甚至有些顯示都是基于PCI總線技術的，一些高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中也需要用到PCI總線技術。PCI總線技術的出現(xiàn)是為了解決由于微機總線的低速度和微處理器的高速度而造成的數(shù)據(jù)傳輸瓶勁問題，PCI局部總線是在ISA總線和CPU總線之間增加的一級總線。由于獨立于CPU的結(jié)構(gòu)，該總線增加了一種獨特的中間緩沖器的設計，從而與CPU及時鐘頻率無關，用戶可以將一些高速外設直接掛到CPU總線上，使之與其相匹配。PCI局部總線使得PC系列微機結(jié)構(gòu)也隨之升級為現(xiàn)在的基于PCI總線的三級總線結(jié)構(gòu)。PC機的三級總線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 PCI總線接口卡的開發(fā)

PCI局部總線最顯著的特征是速度快。ISA總線的傳輸速率為5MB/s，EISA總線的傳輸速率為33MB/s，PCI1.0標準定義的總線傳輸速率為132MB/s，PCI2.0標準定義的總線傳輸速率為264MB/s，PCI2.1和PCI2.2標準定義的總線傳輸速率為512MB/s。而新一代PCI-X技術則在原有PCI總線技術的基礎上增加了許多新的技術特征，利用PCI-X技術可以為千兆以太網(wǎng)卡、基于Ultra SCSI320的磁盤陣列控制器等高數(shù)據(jù)吞吐量的設備提供足夠的寬帶。1999年PCISIG（PCI特別興趣小組發(fā)布的PCI-X1.0標準最高可提供1GB/s的傳輸速率，而2003年推出的PCI-X2.0標準則最高可提供4.3GB/s的傳輸速率。

目前，PCI總線接口電路的選擇主要有兩種方案。一種是選用可編輯邏輯器件（PLD）。使用PLD，用戶可以靈活地開發(fā)出適合自己需要的具有特定功能的芯片，但PCI總線協(xié)議比較復雜，設計PCI控制接口難度較大，對于一般的工程項目來說，成本較大?，F(xiàn)在有許多生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠商都提供經(jīng)過嚴格測試的PCI接口功能模塊，用戶只需進行組合即可。另一種是選用PCI專用芯片組（又稱橋接電路），通過專用芯片來實現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標模塊的功能，將復雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對簡單的用戶接口，用戶只需設計轉(zhuǎn)換后的總線接口。本設計中選用PCI總線專用接口芯片來開發(fā)接口卡。

1.1 接口芯片介紹

PCI總線接口電路又分為主控設備和目標設備。主控設備可以控制總線，驅(qū)動地址、數(shù)據(jù)和控制信號；目標設備不能啟動總線操作，只能依賴于主控設備從其中讀取數(shù)據(jù)或向其傳送數(shù)據(jù)。主控設備芯片價格比較高，目標設備芯片價格則比較便宜，而且目標設備芯片比較簡單、易于操作。

目前兩大PCI專用接口芯片生產(chǎn)商是AMCC公司和PLX公司。AMCC公司的PCI接口芯片有S5920、S5933、S5935等。S5920是目標設備芯片；S5933既可以設置為主控設備芯片，又可以設置為目標設備芯片；S5935是S5933的改進版，同樣既可以設置為主控設備芯片，也可以設置為目標設備芯片。PLX公司在PCI接口芯片的設置生產(chǎn)中首屈一指，其目標設備芯片產(chǎn)品主要有PCI9030、PCI9052和PCI9050，PCI9050和PCI9052可以運用于ISA卡轉(zhuǎn)接PCI的設計中，PCI9030是專門為嵌入式系統(tǒng)設計的；主控設備芯片產(chǎn)品主要有PCI9054、PCI9080和PCI9060，PCI9060是最早的32位主控設備芯片，PCI9080是PCI9060的后繼產(chǎn)品，而PCI9054則是一種性價比很高的芯片，其性能比PCI9080、PCI9052更優(yōu)越。

由于主控設備芯片比較復雜，而且價格昂貴，所以對處理速度和傳輸速度要求不是特別高的場合應盡量選用目標設備芯片。本設計中選用PLX公司的PCI9052目標設備芯片來設計PCI接口電路。

1.2 PCI9052介紹

PCI9052是PLX公司繼PCI9050之后推出的低成本、低功耗、32位PCI總線接口芯片，利用它可以使局部總線快速轉(zhuǎn)換到PCI總線上。

PCI9052芯片的設計符合PCI2.1規(guī)范。它支持低成本從屬適配器，其局部總線可根據(jù)需要配置成復用或非復用模式的8、16或32位的局部總線。PCI總線側(cè)的時鐘頻率范圍為0～33MHz，局部總線與PCI總線的時鐘相互獨立，局部總線的時鐘頻率范圍為0～40MHz，兩種總線的異步運行方便了高低速設備的相互兼容。PCI9052芯片內(nèi)部有一個64字節(jié)的寫FIFO和一個32字節(jié)的讀FIFO，通過讀寫FIFO，可實現(xiàn)高性能的突發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，也可以進行連續(xù)的單周期操作。

1.3 硬件設計

由于PCI9052屬于目標設備芯片，只能依賴于主控設備從其中讀取數(shù)據(jù)或向其傳送數(shù)據(jù)，所以需要一個微處理器對通過PCI9052從PCI總線發(fā)送到局部總線的命令作出處理響應，或者把用戶想要傳送的數(shù)據(jù)以中斷的方式通知PCI總線來讀取。本設計中微處理器選用TI公司的C2000系列的16位DSP芯片TMS320LF2407。

TMS320LF2407是TI公司推出的定點DSP處理器，是一款性價比較高的芯片。它采用高性能靜態(tài)CMOS技術，供電電壓為3.3V,指令周期可達25ns，片內(nèi)有高達32K字的FLASH程序存儲器、1.5K字的數(shù)據(jù)/程序 RAM、544字雙口RAM（DARAM）和2K字的單口RAM（SARAM），可以分別擴展64K字外部程序存儲器、64K字外部數(shù)據(jù)存儲器和64K字I/O尋址空間；片內(nèi)還集成了包括CAN控制器在內(nèi)的多個外圍模塊及存儲器，可以運用于電機及逆變電路的控制中；10位16通道的A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為500ns；內(nèi)部自帶看門狗定時器模塊（WDT）和16位的串行外設接口模塊（SPI）。另外，該芯片有高達40個可單獨編程或復用的通用輸入/輸出引腳、一個串行通信接口（SCI）、一個并口和5個外部中斷。目前投入市場試用的C2000系列的32位DSP芯片TMS320LF2812采用的是150MHz的時鐘速率，其指令周期只為6.7ns，存儲器可以擴展到1M，速度更快，功能更強大。

PCI接口卡硬件總體設計如圖2所示。圖中，DB代表數(shù)據(jù)總線，AB代表地址總線，CB代表控制總線。