基于PCI總線集成電路測試儀接口設(shè)計(jì)

摘要：為實(shí)現(xiàn)集成電路測試儀的軟硬件通信功能，通過比較通用的PCI通信接口的實(shí)現(xiàn)方法，為了簡化邏輯電路設(shè)計(jì)，使其更具通用性，采用了PCI專用接口芯片PCI9030，并使用可編程邏輯器件FPGA完成復(fù)雜的時(shí)序邏輯控制和地址譯碼，利用PCI驅(qū)動開發(fā)工具SDK提供的API函數(shù)，在VC6．0軟件開發(fā)平臺上設(shè)計(jì)專用的驅(qū)動程序。
關(guān)鍵詞：PCI總線；PCI9030；FPGA；SDK；驅(qū)動程序

0 引言
    如今社會的正常運(yùn)行已離不開集成電路產(chǎn)品，集成電路技術(shù)在社會各行各業(yè)，諸如，交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)林自動化、電力等等都有著廣泛的應(yīng)用，集成電路技術(shù)與社會的發(fā)展密切相關(guān)。集成電路行業(yè)的發(fā)展日趨專業(yè)化，逐漸形成設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試獨(dú)立并舉、相互依持、共同發(fā)展的新局面。其中集成電路測試作為芯片設(shè)計(jì)、芯片制造和芯片封裝的有力補(bǔ)充，推動了集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。集成電路測試的能力和水平的提高是保證集成電路性能、質(zhì)量的關(guān)鍵手段之一。
    目前廣泛用于集成電路封裝測試的設(shè)備是由計(jì)算機(jī)軟件控制，通過接口總線與硬件設(shè)備通信，能夠代替測試人員的大部分勞動，也稱為自動化測試系統(tǒng)(ATE)。其工作原理是：在計(jì)算機(jī)中使用測試軟件編寫待測芯片的測試程序，編寫測試程序的過程就是利用程序語言實(shí)現(xiàn)對測試系統(tǒng)硬件資源的調(diào)度，將測試圖形應(yīng)用于被測集成電路的管腳；使用測試軟件執(zhí)行測試程序，這個(gè)過程需要計(jì)算機(jī)與測試系統(tǒng)進(jìn)行通信，調(diào)用測試系統(tǒng)硬件電路的驅(qū)動函數(shù)，將控制命令經(jīng)計(jì)算機(jī)的I／O接口發(fā)送至測試硬件相應(yīng)的端口；測試儀硬件接口經(jīng)過譯碼電路譯碼之后驅(qū)動硬件動作實(shí)現(xiàn)既定的測試功能；測試的數(shù)據(jù)結(jié)果通過計(jì)算機(jī)的I／O接口返回；計(jì)算機(jī)對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、按一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別，將測試結(jié)果進(jìn)行顯示、控制分選機(jī)對被測器件進(jìn)行分選。

1 PCI總線及其接口的實(shí)現(xiàn)
    自動化集成電路測試系統(tǒng)(ATE)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

    本設(shè)計(jì)的接口總線選用的是PCI總線。PCI(Peripheral Component Interconnect)是一種由NI公司于1997年發(fā)布的基于計(jì)算機(jī)測量和自動化平臺的一種全新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。PCI總線采用32位突發(fā)方式傳輸?shù)木植靠偩€，工作頻率可達(dá)33 MHz，支持32 b／64 b的數(shù)據(jù)傳輸，并支持多總線主控和線性突發(fā)(Burst)模式傳送，在理論上數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到132 Mb／s。
    目前國內(nèi)外PCI總線接口實(shí)現(xiàn)方案主要有：采用專用的PCI接口芯片。采用專用芯片只需考慮用它來實(shí)現(xiàn)自己要求的功能，而不用考慮PCI芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣就縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，但靈活性較差，會造成一定的資源浪費(fèi)。利用IP核來實(shí)現(xiàn)PCI接口，利用基于PCI協(xié)議的IP核來實(shí)現(xiàn)PCI接口，這種設(shè)計(jì)開發(fā)速度較快，靈活性較好，但是IP核價(jià)格昂貴。采用FPGA實(shí)現(xiàn)PCI總線協(xié)議。采用CPLD／FPGA等可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)PCI接口，最大的優(yōu)點(diǎn)在于靈活的可編程性，可以節(jié)約系統(tǒng)的邏輯資源，系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，方便系統(tǒng)更新，缺點(diǎn)是開發(fā)難度大，周期長，系統(tǒng)檢驗(yàn)困難，且不具備通用性。本文設(shè)計(jì)了一種采用PCI專用接口芯片PCI9030實(shí)現(xiàn)PCI總線接口，并利用可編程邏輯器件FPGA完成復(fù)雜的時(shí)序邏輯控制和地址譯碼。該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是簡化了硬件電路的復(fù)雜性，縮短了開發(fā)周期，通用性較好。其硬件連接框圖如圖2所示。

2 PCI總線的信號定義
    PCI總線的信號主要包括PCI總線信號、E2PROM接口信號和局部總線信號。主要信號的電路連接圖如圖3所示。

2．1 PCI總線信號
    PCI總線信號包括CLK(時(shí)鐘信號)、(復(fù)位信號)、(幀周期信號)、C／BE[3．．0](總線命令／字節(jié)使能信號)、(主設(shè)備準(zhǔn)備好信號)、(目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好信號)、AD[31．．00](地址／數(shù)據(jù)信號)、PAR(奇偶校驗(yàn)信號)、(停止信號)、IDSEL(初始化設(shè)備選信號)、(設(shè)備選擇信號)、(數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告信號)、(系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告信號)、(中斷信號)等。這些信號由PCI9030芯片上的各管腳直接與PC機(jī)的PCI插槽對應(yīng)的端口相連。其中MODE信號是多路復(fù)用信號，這里使用多路復(fù)用功能，需要上拉10kΩ的電阻至3．3 V電源，邊界掃描功能不使用，引腳TRST應(yīng)該接地。
2．2 E2PROM的控制信號
    PCI總線接口芯片的配置信息需要通過E2PROM存儲并在沒備復(fù)位時(shí)加載。PCI9030的信號線EECS，EESK，EEDI和EEDO是專門用于E2PROM的連接，本沒計(jì)選用的E2PROM是NM93CS66L，該芯片擁有一個(gè)4 KB容量的低電平串行存儲器，在對芯片PCI9030執(zhí)行復(fù)佗操作時(shí)加載存儲信息，從而使PCI接口卡實(shí)現(xiàn)即插即用的功能。PCI9030與NM93CS66L的電路連接如圖4所示。

2．3 PCI局部總線信號
    PCI局部總線信號是指接口芯片對PCI總線信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后可以被外設(shè)設(shè)備使用的信號。通常，所需要設(shè)計(jì)的功能電路都會需要一定的邏輯控制，所以PCI9030提供的局部總線接口信號通常會引入FPGACPLD中實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯的控制以簡化電路。比較重要的信號有：LINTi1和LINTi2(本地中斷信號)、(本地總線等待信號)、(地址選通信號)、[3．．0](字節(jié)使能信號)、LD[31．．00](本地?cái)?shù)據(jù)總線信號)LA[23．，0](本地地址總線信號)、LCLK(本地總線時(shí)鐘信號)、(讀／寫控制信號)、(讀選通信號)、(寫選通信號)、(傳輸準(zhǔn)備好信號)等。其中，[3．．0j信號根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)總線寬度的不同而表示了不同的含義：
    (1)設(shè)置本地?cái)?shù)據(jù)總線的寬度是32位時(shí)，[3．．0]用來指示數(shù)據(jù)的有效位：：使能字節(jié)0，LD[31．．24]有效；：使能字節(jié)1，LD[23．．16]有效；：使能字節(jié)2，LD[15．．08]有效；：使能字節(jié)3，LD[07．．00]有效；
    (2)設(shè)置本地?cái)?shù)據(jù)總線的寬度是16位時(shí)，分別表示(高字節(jié)有效)、(低字節(jié)有效)、LA1(地址位1)信號：：，LD[07．．00]有效；：LA1；：沒有使用；：，LD[15．．08]有效；
    (3)設(shè)置本地?cái)?shù)據(jù)總線的寬度是8位時(shí)，表示LA1(地址位1)和LA0(地址位0)信號：：LA0；：LA1；：沒有使用；：沒有使用。

3 驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)
    PCI驅(qū)動程序是實(shí)現(xiàn)PCI板卡與PC機(jī)應(yīng)用軟件間的接口控制與數(shù)據(jù)傳遞的專用軟件，它可提供PCI板卡與PC機(jī)各類消息數(shù)據(jù)的讀、寫支持，以及對PCI板卡內(nèi)部程序的調(diào)度。在Windows XP操作系統(tǒng)上可以使用PLX公司提供的軟件工具開發(fā)包SDK來完成PCI9030驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)。SDK包含了用于開發(fā)PCI驅(qū)動的軟件工具和函數(shù)庫，主要有PLXMON軟件工具、API函數(shù)庫以及用于和操作系統(tǒng)兼容的設(shè)驅(qū)動程序。PLXMON是一個(gè)Wind ows圖形窗口的調(diào)試軟件。利用該工具可以對PCI設(shè)備進(jìn)行配置和更改，也可以將本地軟件下載到ROM或RAM中，用戶還可以通過它設(shè)置E2PROM來實(shí)現(xiàn)對PLX公司的PCI芯片的配置和調(diào)試。API函數(shù)庫是以DLL(動態(tài)連接庫)的形式提供的，被包裝在PlxApi.dll中。利用軟件開發(fā)工具VC 6．0設(shè)計(jì)PCI驅(qū)動程序時(shí)，需要將SDK中的PlxApi.dll、PlxApi.lib和PlxApi．h三個(gè)文件拷貝到所建VC工程的目錄下。在頭文件(．h)中添加語句include“PlxApi．h”包含API函數(shù)的頭文件，在調(diào)用API函數(shù)之前添加語句LoadLibrary(“PlxApi．lib”)加載API函數(shù)庫，之后就可以調(diào)用API函數(shù)設(shè)計(jì)需要的PCI驅(qū)動程序。通過PCI接口卡完成一次電參數(shù)測試過程的程序主要代碼如下：



4 結(jié)語
    利用PCI專用接口芯片與FPGA結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)PCI接口電路的簡化設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期；通過PLX公司的SDK軟件開發(fā)包可以很輕松地完成PCI芯片的配置和調(diào)試，在Windows XP操作系統(tǒng)中利用VC6．0軟件開發(fā)工具加載SDK中的API函數(shù)庫可以實(shí)現(xiàn)用于集成電路測試的PCI驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)。通過該接口電路實(shí)現(xiàn)了利用PC軟件控制硬件電路完成IC測試的功能。