PCI總線接口芯片及其應(yīng)用

引言

PCI（PeripheralCompornentInterconnect，即外圍部件互連）總線是一種先進(jìn)的高性能32/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用局部總線，該總線是以INTEL為首的多家集團(tuán)設(shè)計(jì)的，PCI總線可以同時(shí)支持多組外圍設(shè)備，且處理器和時(shí)鐘頻率無關(guān)，可以提供高達(dá)132MB/s的數(shù)據(jù)傳送速率，PCI總線具有嚴(yán)格的規(guī)范，只要符合PCI規(guī)范的擴(kuò)展卡，那么，插入任何PCI系統(tǒng)就能可靠地工作，是當(dāng)今PC領(lǐng)域中流行的總線。

PCI總線協(xié)議非常復(fù)雜，目前實(shí)現(xiàn)PCI接口的有效方案分為兩種：即使用可編程邏輯器件和使用專用總線接口的器件，可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)PCI接口比較靈活，可以利用的器件比較多，現(xiàn)在有許多生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠商（如Xilinx的Logicore和Alerra的AMPP）都提供經(jīng)過嚴(yán)格測試的PCI接口功能模塊，用戶只要進(jìn)行組合設(shè)計(jì)即可，但這種方法難度較大，設(shè)計(jì)周期較長。而采用專用接口器件實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊的功能，則可將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對(duì)簡單的用戶接口，用戶只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。但這種方法難度較大，設(shè)計(jì)周期較長，而采用專用接口器件實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊的功能，則可將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對(duì)簡單的用戶接口，用戶只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。雖然這種方式不夠靈活，但由于其對(duì)PCI協(xié)議的良好支持，以及提供給設(shè)計(jì)者的良好接口，都大大減少了設(shè)計(jì)開發(fā)的難度和周期，現(xiàn)有的PCI接口芯片主要有AMC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI9805x系列。PLX公司的PCI9052就是一款較常用的總線接口芯片。

PCI9052芯片介紹

PCI9052是PLX技術(shù)公司繼PCI9050之后推出的低成本、低功耗、高性能總線接口芯片，通過該芯片可以使多種局部總線快速轉(zhuǎn)換到PCI總線上。

◇主要特點(diǎn)

（1）兼容PCIV2.1協(xié)議特性。PCI9052芯片與PCI協(xié)議V2.1版兼容，可支持低成本的從模式適配設(shè)備，也支持從ISA適配卡向PCI適配卡的轉(zhuǎn)換。

（2）采用直接從（目標(biāo)）模式傳送數(shù)據(jù)。支持突發(fā)存儲(chǔ)器映射和I/O映射方式，可從PCI總線到局部總線上存取數(shù)據(jù)。讀寫FIFO（先入先出）寄存器使得局部總線和PCI總線具有高性能的突發(fā)方式，PCI總線總是工作在突發(fā)方式，但是局部總線可以設(shè)置成突發(fā)方式或者連續(xù)單周期方式。

（3）帶有中斷發(fā)生器，可以從兩個(gè)局部總線中斷輸入中生成一個(gè)PCI中斷。

（4）PCI9052局部總線接口運(yùn)行于TTL時(shí)鐘，并可生成必要的內(nèi)部時(shí)鐘，局部TTL時(shí)鐘與PCI時(shí)鐘異步工作，并允許局部總線獨(dú)立于PCI時(shí)鐘工作，其緩沖PCI總線時(shí)鐘（BCLKO）可與局部總線時(shí)鐘（LCLK）相連。

（5）PCI9052局部總線配置可編程。支持復(fù)用或非復(fù)用的8/16/32bit局部總線，芯片有4字節(jié)使能（LBE[3：0]#）、26根地址線（LA[27：2]）和32/16/8bit數(shù)據(jù)線（LAD[31：0]）。

（6）支持先讀模式、即預(yù)取數(shù)據(jù)可從PCI9052內(nèi)部的FIFO寄存器讀取，用以代替局部總線，但地址必須是前一條地址的后續(xù)地址，且應(yīng)為32位寬度（下一地址=當(dāng)前地址+4）。

（7）所有控制、地址和數(shù)據(jù)信號(hào)都可由PCI9052直接生成，用于驅(qū)動(dòng)PCI和局部總線，而無需額外驅(qū)動(dòng)電路。

（8）帶有串行EEPROM接口，可用于加載配置信息，這對(duì)于裝載一個(gè)特定的適配設(shè)備信息（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào)、廠商類型碼和片選等）是很有用的。特別是將PCI9052轉(zhuǎn)換為ISA接口模式時(shí)，串行EEPROM是必需的。

（9）提供了四個(gè)局部片選信號(hào)，其基地址和每一個(gè)片選的范圍可由串行EEPROM配置，也可由主控制器在線編程。

（10）具有五個(gè)局部地址空間，基地址和每一個(gè)局部地址空間的范圍可由串行EEPROM配置或由主控制器在線編程。

（11）支持BigEndian和LittleEndian字節(jié)間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)局部總線是16位寬度或8位寬度時(shí)，PCI9052同時(shí)支持BigEndian字節(jié)模式轉(zhuǎn)換為字或字節(jié)寬度。

（12）為了匹配以前的接口讀/寫（RD#/WR#）信號(hào)，可以從時(shí)鐘周期的開始延時(shí)（例如ISA總線接口）。

（13）附加的LRDYi#（localreadyinput）握手信號(hào)可用于產(chǎn)生各種等待狀態(tài)，PCI9052內(nèi)有等待狀態(tài)發(fā)生器（讀/寫地址到數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)到地址之間）。

（14）局部總線預(yù)鎖存計(jì)數(shù)器可以編程為（無預(yù)鎖存）4、8、16或連續(xù)值（預(yù)鎖存計(jì)數(shù)器關(guān)閉）模式，如果使用了連續(xù)地址（必須是32位），則預(yù)鎖存數(shù)據(jù)可以作為緩沖數(shù)據(jù)來使用。

（15）PCI9052兼容PCIV2.1協(xié)議延時(shí)讀的4種模式，即PCI讀和寫刷新模式、PCI讀無刷新模式、PCI讀無寫模式和PCI寫模式。

（16）帶有一個(gè)可編程PCI讀寫重試延遲計(jì)時(shí)器，可以為PCI總線產(chǎn)生一個(gè)重試信號(hào)。

（17）帶有ISA邏輯接口模式，支持PCI總線到ISA總線的單周期存儲(chǔ)器（8位或16位）讀寫和I/O訪問。

（18）支持PCI目標(biāo)鎖定機(jī)制，PCI主控設(shè)備可以通過鎖定信號(hào)獨(dú)占對(duì)PCI9052的訪問。

（19）PCI總線傳輸速率達(dá)132MB/s。

◇結(jié)構(gòu)組成

圖1所示是由PCI總線接口芯片、局部總線接口和串行總線接口組成的接口電路。

◇器件功能

PCI9052作為總線目標(biāo)接口芯片，可為非PCI設(shè)備與PCI總線提供數(shù)據(jù)通道，PCI9052的主要功能如下：

（1）初始化

上電時(shí)，PCI9052的內(nèi)部寄存器將由PCI總線的RST信號(hào)復(fù)位成默認(rèn)值，并在局部總線上輸出LRESET信號(hào)，以檢驗(yàn)串行EEPROM，如果安裝了串行EEPROM且第一個(gè)16位字不全為1，則PCI9052用串行EEPROM中的值來配置片內(nèi)寄存器，否則使用缺省值。

（2）復(fù)位

當(dāng)PCI總線輸入復(fù)位信號(hào)時(shí)，PCI總線全部輸出呈高阻態(tài)，此時(shí)PCI9052整體復(fù)位并輸出LRESET信號(hào)，PCI總線上的主控設(shè)備也可以通過軟件設(shè)置雜項(xiàng)控制寄存器（CNTRL：50h）的第30位為1，來使PCI9052復(fù)位并輸出LRESET信號(hào)，此時(shí)PCI和局部配置寄存器的值不變，PCI9052將一直保持復(fù)位狀態(tài)，而且此時(shí)主設(shè)備只能訪問配置寄存器，而不能訪問局部總線。當(dāng)CNTRL[30]=0時(shí)，系統(tǒng)將清除PCI9052的復(fù)位狀態(tài)。

（3）串行EEPROM

復(fù)位后，PCI9052將檢查串行EEPROM是否存在，一個(gè)有效的低電平START位表示串行EEPROM存在，START位為1表示串行EEPROM不存在，串行EEPROM的第一個(gè)字如不全為“1”，PCI9052便可用它進(jìn)行配置，而如果串行EEPROM不存在或?yàn)榭?，PCI9052則采用缺省值配置，PCI9052總線上的主機(jī)可以對(duì)串行EEPROM進(jìn)行讀寫，雜項(xiàng)控制寄存器（CNTRL：50h）的[29：24]位控制著PCI9052對(duì)串行EEPROM的位進(jìn)行讀寫，將雜項(xiàng)控制寄存器位CNTRL[29]置1可以用串行EEPROM重新配置PCI9052。

（4）內(nèi)部寄存器訪問

PCI9052的內(nèi)部寄存器為總線接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了最大的靈活性，這些寄存器可以分為兩類：PCI配置寄存器和局部配置寄存器，兩類都可以通過PCI總線或串行EEPROM來配置。

（5）直接數(shù)據(jù)傳輸模式

PCI總線上的主設(shè)備能直接訪問局部總線上的從設(shè)備。PCI9052內(nèi)部的配置寄存器可譯碼和映射這些要訪問的局部地址空間，讀寫先入先出寄存器可支持PCI和局部總線之間的高性能突發(fā)傳輸方式。

（6）PCI中斷（INTA）

通過局部中斷輸入（LINTil和LINTi2）或軟件中斷（CNTRL寄存器30位）可以產(chǎn)生一個(gè)PCI中斷（INTA）通過PCI9052中斷控制/狀態(tài)寄存器可以禁止或使能某種中斷，PCI9052中斷控制/狀態(tài)寄存器同時(shí)可提供各個(gè)中斷的狀態(tài)指示。

（7）局部中斷（LINTi[2：1]）

PCI9052提供有2個(gè)局部中斷輸入（LINTi[2：1]，通過寄存器INT[2：1]），通過寄存器INTCSR；4Ch可將局部中斷設(shè)置成沿觸發(fā)或電平觸發(fā)方式，局部中斷能產(chǎn)生PCI中斷。

（8）系統(tǒng)出錯(cuò)

如果PCI命令寄存器中的使能奇偶校驗(yàn)位，檢測到一個(gè)地址奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)時(shí)，PCI9052將產(chǎn)生一個(gè)SERR信號(hào)。

PCI9052的應(yīng)用

PCI9052接口芯片作為通用PCI接口，其應(yīng)用場合和范圍是非常廣泛的。隨著PC機(jī)的發(fā)展，PCI擴(kuò)展槽已成為PC機(jī)主板的基本配置，而帶ISA擴(kuò)展槽的PC機(jī)已經(jīng)越來越少，ISA擴(kuò)展槽在PC機(jī)中徹底地消失的日子即將到來，在作者所在公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)中原有的ACTNET網(wǎng)絡(luò)接口卡是基于ISA總線的插件，現(xiàn)在則要利用PCI9052芯片的ISA模式來對(duì)原來的板卡進(jìn)行升級(jí)改造，以使原來的板卡在做少量改動(dòng)的情況下可以插在PCI總線插槽中正常工作。

這種PCI插卡的借口示意圖如圖2所示，它主要由一片PCI9052、ARCNET網(wǎng)絡(luò)控制器以及一些外圍器件構(gòu)成。

PCI9052的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中包含了一個(gè)獨(dú)立的ISA邏輯接口，用于為ISA總線到PCI總線提供一種簡單的轉(zhuǎn)換。它支持8位和16位數(shù)據(jù)寬度的ISA從設(shè)備，也可以是內(nèi)存映射或I/O映射。同時(shí)可直接從先讀模式來提高讀取數(shù)據(jù)的吞吐量，一旦ISA接口模式被使能，PCI9052將只執(zhí)行單個(gè)周期操作，應(yīng)當(dāng)特別注意的是，ISA接口模式下，串行EEPROM是必需的。

具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用兩種方法配置PCI9052以用于ISA接口模式：一是燒寫串行EEPROM方法，即使用燒寫器將數(shù)據(jù)寫入串行EEPROM；二是熱配置方法，也就是從PCI總線通過PCI9052芯片來燒寫串行EEPROM。

配置注意事項(xiàng)

當(dāng)為ISA接口模式進(jìn)行配置時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：

（1）存取ISA接口引腳時(shí)，要參照PCI9052引腳的C/ISA模式引腳圖來連線。

（2）空間0分配給ISA接口的內(nèi)存存取。

（3）空間1分配給ISA接口的I/O存取。

（4）無論在空間0還是在空間1，ISA訪問都是有效的。

（5）標(biāo)準(zhǔn)從周期能夠用于訪問空間2、空間3和串行EEPROM。

在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，要嚴(yán)格遵循PCI規(guī)范，電源和地線要盡可能寬且電源濾波要良好，在芯片的每個(gè)電源引腳，最好接0.01-0.1μF的濾波電容，一般來說，PCI編碼推薦做4層板，其實(shí)只要布線合理，做兩層板也是可以的，在連線時(shí)，要注意PCI規(guī)范中提到的反射波信號(hào)，由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一半要靠反射波來提升，所以對(duì)信號(hào)線的長度要求為：64位卡的32位信號(hào)具備的最大連線長度是1500mil，64位擴(kuò)展信號(hào)的附加信號(hào)的連線長度為2000mil，PCI的CLK長度2500mil±100mil，這些條件一定要嚴(yán)格遵守，尤其是CLK信號(hào)線長度的要保證在要求的范圍內(nèi)，否則，PCI插件工作將不正常，并會(huì)出一些怪現(xiàn)象，另外，PCI卡上最好在從槽上引的電源上多加幾個(gè)電容，所有電源都必須退藕。用作上拉或下拉的電阻一般取值2.2KΩ即可。

還有一個(gè)要注意的是，PCI信號(hào)中prsnt1和prsnt2必須至少有一個(gè)接地，否則，系統(tǒng)肯定找不到卡，主板就是靠這兩個(gè)信號(hào)來判斷這個(gè)插槽上是否有卡，而其接法同PCI卡使用的功率有關(guān)，具體的含義如下（Open表示懸空，Ground表示接地）:

prsnt1prsnt2含義

OpenOpennocard

GroundOpen25w

ObenGround15w

GroundGround7.5w

最后，由于PCI9052沒有提供符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE1149.1邊界掃描接口，PCI規(guī)范中涉及到的5個(gè)邊界掃描信號(hào)中的TRST、TCK、TMS要懸空、TDI和TDO在板上要短接，以免掃描鏈被打斷。

結(jié)束語

實(shí)踐證明，PCI9052是一款優(yōu)秀的PCI接口芯片，該芯片對(duì)基于ISA總線的接口向PCI的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便，設(shè)計(jì)者用它可避免直接面對(duì)復(fù)雜的PCI總線協(xié)議。因?yàn)?，用PCI9052開發(fā)的產(chǎn)品，可減少外圍器件，降低了開發(fā)難度，同時(shí)也縮短了開發(fā)周期，延長了產(chǎn)品的生命期。