一種基于cpld的單片機(jī)與pci接口設(shè)計(jì)解決方案

1、一種基于一種基于CPLDCPLD的單片機(jī)與的單片機(jī)與PCIPCI接口設(shè)計(jì)解決方案接口設(shè)計(jì)解決方案8位單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，然而讓它直接與PCI總線設(shè)備打交道卻有其固有缺陷。8位單片機(jī)只有16位地址線，8位數(shù)據(jù)端口，而PCI總線2.0規(guī)范中，除了有32位地址數(shù)據(jù)復(fù)用AD[3～0]外，還有FRAME、IRDY、TRDY等重要的信號(hào)線。讓單片機(jī)有限的IO端口來直接控制如此眾多的信號(hào)線是不可能的。一種可行的方案就是利用CPLD作為溝通單

2、片機(jī)與PCI設(shè)備間的橋梁，充分利用CPLD中IO資源豐富、用戶可自定制邏輯的優(yōu)勢(shì)，來幫助單片機(jī)完成與PCI設(shè)備間的通信任務(wù)。1PCI接口設(shè)計(jì)原理1.1PCI總線協(xié)議簡(jiǎn)介這里只討論P(yáng)CI總線2.0協(xié)議，其它協(xié)議僅僅是在2.0的基礎(chǔ)上作了一些擴(kuò)展，僅就單片機(jī)與PCI設(shè)備間的通信來說，意義不大。PCI總線是高性能局部總線，工作頻率0～33MHz，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。在這里，我們只關(guān)心單片機(jī)與一個(gè)PCI設(shè)備間通信的情況，而且是以單片機(jī)與CP

3、LD一方作為主控方，另一方作為PCI從設(shè)備。這樣做的目的是為了簡(jiǎn)化問題，降低系統(tǒng)造價(jià)。PCI總線上信號(hào)線雖然多，但并不是每個(gè)信號(hào)都要用到。實(shí)際上PCI設(shè)備也并不會(huì)支持所有的信號(hào)線，比如錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR與SERR在網(wǎng)卡中就不支持。我們可以針對(duì)具體的應(yīng)用選擇支持其中部分信號(hào)線，還有一些信號(hào)線可以直接連電源或接地。下面簡(jiǎn)單介紹一下常用信號(hào)線的功能。AD[31～0]：地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用信號(hào)。在FRAME有效的第一個(gè)周期為地址，在IRDY與TR

4、DY同時(shí)有效的時(shí)候?yàn)閿?shù)據(jù)。CBE[3～0]：總線命令與字節(jié)使能控制信號(hào)。在地址中傳輸?shù)氖强偩€命令；在數(shù)據(jù)期內(nèi)是字節(jié)使能控制信號(hào)，表示AD[31～0]中哪些字節(jié)是有效數(shù)據(jù)。以下是總線命令編碼的說明：CBE[30]#命令類型說明CBE[30]#命令類型說明0000中斷應(yīng)答1000保留0001特殊周期1001保留0010IO讀1010配置讀0011IO寫1011配置寫0100保留1100存儲(chǔ)器多行讀0101保留1101雙地址周期0110存儲(chǔ)器

5、讀1110存儲(chǔ)器一行讀0111存儲(chǔ)器寫1111存儲(chǔ)器寫并無效PCI總線上所有的數(shù)據(jù)傳輸基本上都由以下三條信號(hào)線控制。FRAME：幀周期信號(hào)。由主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示一次訪問的開始和持續(xù)時(shí)間，F(xiàn)RAME有效時(shí)（0為有效，下同），表示數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行中，失效后，為數(shù)據(jù)傳輸最后一個(gè)周期。IRD：主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。由主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示主設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TRDY：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。由從設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示從設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)IRDY與TRD

6、Y同時(shí)有效時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸才會(huì)真正發(fā)生。另外，還有IDSEL信號(hào)用來在配置空間讀寫期間作為片選信號(hào)。對(duì)于只有一個(gè)PCI從設(shè)備的情況，它總可以接高電平。IDSEL信號(hào)由從設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示該設(shè)備已成為當(dāng)前訪問的從設(shè)備，可以不理會(huì)。在PCI總線上進(jìn)行讀寫操作時(shí)，PCI總線上的各種信號(hào)除了RST、IRQ、IRQC、IRQ之外，只有時(shí)鐘的下降沿信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，而在時(shí)鐘上升沿信號(hào)必須保持穩(wěn)定。1.2CPLD設(shè)計(jì)規(guī)劃出于對(duì)單片機(jī)和CPLD處理能力和系統(tǒng)成本

7、的考慮，下面的規(guī)劃不支持PCI總線的線性突傳輸?shù)刃枰B續(xù)幾個(gè)數(shù)據(jù)周期的讀寫方式，而僅支持一個(gè)址周期加一個(gè)數(shù)據(jù)周期的讀寫方式。對(duì)于大部分應(yīng)用而言，這種方式已經(jīng)足夠了。圖1是經(jīng)過簡(jiǎn)化后的PCI總線讀寫操作時(shí)序。在CPLD內(nèi)設(shè)有13個(gè)8位寄存器用來保存進(jìn)行一次PCI總線讀寫時(shí)所需要的數(shù)據(jù)，其中2PCI設(shè)計(jì)接口實(shí)現(xiàn)2.1CPLDVHDL程序設(shè)計(jì)我們針對(duì)8位單片機(jī)控制PCI以太網(wǎng)卡進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，CPLD器件選用Xilinx的XC95216系列。

8、針對(duì)以太網(wǎng)卡的特點(diǎn)在邏輯上進(jìn)行了再次簡(jiǎn)化，最終程序?qū)⑦m配進(jìn)XC95261芯片中，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)通過。以太網(wǎng)卡僅支持對(duì)配置空間和IO空間的讀寫操作，而且這兩個(gè)空間的地址都可以設(shè)置在0xFF以內(nèi)，所以可以只用一個(gè)pci_address0寄存器，其它地址都直接設(shè)為“0”；如果再限制，每次只往網(wǎng)卡寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，則可以只用一個(gè)pci_datas0寄存器，其它數(shù)值在具體操作時(shí)設(shè)成與pci_datas0寄存器的一樣即可。2.2單片機(jī)PCI讀寫C語

9、言程序設(shè)計(jì)在CPLD在幫助下，單片機(jī)讀寫PCI設(shè)備就變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。首先，將pci_cbe等寄存器都聲明為外部存儲(chǔ)器變量，并根據(jù)CPLD的設(shè)計(jì)指定地址。然后，傳遞適當(dāng)?shù)膮?shù)給以下兩個(gè)讀寫子函數(shù)，即可完成對(duì)PCI設(shè)備配置空間、IO空間、存儲(chǔ)器空間的讀寫操作。從PCI設(shè)備的返回?cái)?shù)據(jù)存放在全局變量savedata中。實(shí)際上在寫PCI設(shè)備時(shí)，也可以從pci_data中得到返回?cái)?shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)必須等于往PCI設(shè)備寫的數(shù)據(jù)。利用這一點(diǎn)可以進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)和

10、故障判斷，視具體應(yīng)用而定。bdateunignedrequestsbitIRDY0=request^4sbitFRAME0=request^5sbitVALID=request^7voidreadpci(unsignedaddrunsignedcbe)pci_address0=addrpci_cbe=cberequest=pci_requestwhile(!IRDY0savedata0=pci_data0savedata1=pci_da

11、ta1savedata2=pci_data2savedata3=pci_data3if(!VALID)printf(“Datareadisinvalid!“)voidwritepci(uaddruvalue0ucbe)datautemppci_address0=addrpci_datas0=value0pci_cbe=cberequest=pci_requestwhile(!(IRDY0if(!VALID)printf(“Datawri