PCI9030及其PCI總線接口電路設計
0 引 言
PXI總線系統(tǒng)的卓越性能和較低的價格，使得越來越多從事自動測試的工程技術人員開始關注PXI的發(fā)展。而PXI總線是PCI總線在儀器領域的擴展，可以將PXI總線分為PCI總線和PXI擴展的總線兩部分。將進行PCI總線接口電路的設計，從而為設計 PXI模塊儀器，組建PXI總線自動測試系統(tǒng)做好準備。
目前，PCI總線接口電路的實現(xiàn)主要有兩種方案：一是采用一片大容量FPGA／CPLD實現(xiàn)PCI總線接口邏輯；另一種是采用ASIC芯片完成PCI總線的接口電路。由于PCI總線速度高，協(xié)議復雜，采用第一種方案雖然應用很靈活，但是調試困難，開發(fā)周期長，而且采用一片工業(yè)級可用于PCI接口的 FPGA／CPLD完成PCI總線接口功能，遠比使用PCI接口芯片的成本高。采用第二種方案，功能強，價格低，穩(wěn)定性好，開發(fā)周期較短。通過對上述兩種接口方案的比較，從綜合開發(fā)難度、芯片功能、開發(fā)速度和開發(fā)經費等方面考慮，在此采用后一種方案完成PCI總線的接口設計。
1 PCI9030芯片及其主要特點
PCI9030是全球最大的PCI接口設備制造商PLXTechnology于1999年3月推出的全新的32 b／33 MHz PCI目標設備接口芯片。它采用PLX先進的SMARTarget技術，不僅為各種應用提供了最大的靈活性，而且大大簡化了系統(tǒng)設計，具有最高的性價比，能夠滿足各種應用的要求。PLX計劃用它替代應用廣泛的PCI9050和PCI9052。PCI9030主要有以下特點；
(1)采用PLX先進的SMARTarget技術，完全兼容PCI 2．2協(xié)議規(guī)范，PCI突發(fā)傳輸速率高達132 MB，／s，是第一個符合CompactPCI PICMG2．1標準的工業(yè)級目標設備接口芯片。
(2)支持高達60 MHz的局部總線操作，突發(fā)傳輸模式下速率可達240 MB／s，支持PCI目標預取模式、PCI目標可編程突發(fā)傳輸、PCI目標延遲寫模式和PMW(Posted Memory Writes)模式。
(3)資源豐富，應用靈活。它支持5個PCI to Lo-cal地址空間，擁有9個通用I／O(GPIOs)，4個可編程片選(CS[3…0])，中斷發(fā)生器／控制器，支持 Big／LittleEndian字節(jié)轉換，可提供PCI緩沖時鐘(33 MHz)，局部總線可編程讀寫選通定時等。
(4)局部總線的配置可編程，可支持復用或非復用模式的8位，16位或32位局部總線。
(5)PCI9030支持3．3 V，5 V電源容錯，因此在采用5 V電源的CPLD時，不需要進行電平轉換，可以直接連接，使得電路更加簡潔。
2 PCI總線接口電路
PCI總線開關模塊是在滿足PCI總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的前提下進行寫數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)回讀，完成PCI總線的基本數(shù)據(jù)傳送。寫數(shù)據(jù)時經過鎖存和繼電器驅動模塊來驅動繼電器工作，可以通過數(shù)據(jù)線回讀繼電器的狀態(tài)，以判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，其原理框圖如圖1所示。
PCI總線接口電路主要分為3個部分，即PCI總線接口、局部總線接口、串行E2PROM接口，如圖2所示。LCLK通過500 Ω電阻與BCLK0連接，為PCI9030提供本地時鐘信號。局部總線多路復用和非多路復用選擇是通過硬件實現(xiàn)。這里選用多路復用，故將PCI9030的 MODE引腳通過電阻上拉至3．3 V電源。邊界掃描JTAG不使用，PCI9030引腳TRST應該通過電阻接地。
局部總線采用8位數(shù)據(jù)總線，使用片選信號CSO和CS1，通用接口信號GPIO0和GPIO1。一般情況，所要實現(xiàn)的功能電路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FPGA／CPLD中，并實現(xiàn)控制邏輯以簡化電路。實例中采用EPM7128SQC100-10實現(xiàn)局部控制邏輯。
串行E2PROM接口部分采用93LC66B芯片，寫數(shù)據(jù)信號(EEDI)和讀數(shù)據(jù)信號(EEDO)需要接上拉電阻。
另外，還有一些問題需要注意。如果不用邊界掃描應將TDI和TDO連接起來。
在非熱插拔系統(tǒng)中，應將PCI9030的CPCISW引腳通過的電阻接地。
局域總線根據(jù)局域總線時鐘信號運行，并產生必要的內部時鐘信號。該時鐘與PCI時鐘異步運行。
BCLK0可以提供PCI緩沖時鐘，當其滿足應用要求時，可以省去本地時鐘芯片，否則需外接本地時鐘信號產生芯片。
在對E2PRoM編寫配置信息前，插入PCI板卡，BD_SEL需要上拉再接地才能進入系統(tǒng)，所以通過跳線接地，方便板卡調試。
PCI連接器上的兩個引腳PRSNT1和PRSNT2應根據(jù)實際最大功耗進行設置，具體設置見表1。
4 板卡調試
通常使用PLXmon軟件對板卡進行調試。在硬件沒有錯誤，E2PROM內容配置正確的情況下，將板卡插入PCI插槽，啟動PLXmon后會自動識別已插入的PCI板卡；然后就可以觀察PCI配置寄存器(PCR)和局部配置寄存器(LCR)的內容；觀察和修改E2PROM的內容。另外，用戶還可以進行內存和I／O端口的讀寫。
5 編寫WDM驅動程序
在WindowsXP操作系統(tǒng)下編寫WDM驅動程序，最常用的開發(fā)工具是 DriverStudio和WinDriv-er。在此采用DriverStudio編寫PCI板卡的驅動程序。首先，根據(jù)DriverStudio的圖形向導建立WDM功能驅動程序框架，硬件選擇PCI總線，填寫Device ID，Ven-dot。ID，子系統(tǒng)ID號和版本ID號；然后添加所需類和資源，包括KIoRange類、KMemoryRange類和設備接口、選擇讀寫存取方式、中斷資源、根據(jù)需要添加控制碼等。在生成驅動程序基本框架后，就要根據(jù)實際需求添加功能代碼。由于PCI9030為從設備芯片，不能主動發(fā)起總線傳輸，沒有DMA傳輸功能。因此，開發(fā)PCI設備驅動程序WDM主要是實現(xiàn)對I／O映射空間和內存映射空間的訪問。通常利用DriverStudio 提供的KIoRange類和KMemoryRange類就可以簡單的實現(xiàn)。PCI基地址寄存器0專用于對本地配置寄存器的內存訪問；PCI基地址寄存器1 專用于對本地配置寄存器的I／O訪問。通過訪問本地配置寄存器，可以充分利用PCI9030芯片內的資源，包括中斷控制器、GPIO、片選、局部總線可編程讀寫選通定時等。
編寫完基本代碼后，編譯即可生成*．sys和*．inf文件。根據(jù)需要可對*．inf文件做適當修改并拷貝到*．sys文件所在的文件夾中，即可安裝驅動程序。
6 結 語
正確的硬件電路連接是PCI板卡其他工作的基礎和保證，否則會導致PCI板卡根本上的失敗。E2PROM的配置是PCI板卡能否正常工作的關鍵，一點小的問題都會導致板卡不能正確識別和工作。調試工具和驅動軟件的選擇也應根據(jù)實際需要進行選擇，以提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)時間。
這里利用接口芯片實現(xiàn)PCI總線接口電路的設計，可以提高開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，同時驗證其可靠性和穩(wěn)定性，為下一步開發(fā)PXI總線接口電路打下了良好的基礎。
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