pci接口扩展卡的快速开发方案

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1、PCI接口扩展卡的快速开发方案

2、第1摘要：介绍了PCI总线扩展卡的设计思路和方法，并结合一个多功能CAN通信I/O卡的设计实例，介绍了PCI总线扩展卡的软硬件设计流程，给出了一套快速可行的解决方案。随着计算机和控制技术的不断发展，很多工程人员都选用PC机作为控制系统的操作平台。为了能够和外部设备通信，PC机上提供了外置的USB、串口、并口及内置的ISA、PCI等接口。PCI总线接口速度快，系统占用率低，有完备的即插即用（PnP）管理体制，是目前计算机插卡式外设总线的事实标准。笔者设计了一块PCI总线多功能CAN通信I/O卡，可以

3、完成数字量I/O、CAN总线通信的功能。本文将根据笔者的实际经验，介绍PCI接口扩展卡的软硬件设计流程和一种快速开发方案。　　500)this.style.ouseg(this)">　　1PCI总线简介PCI总线标准由PCISIG（PCISpecialInterestGroup）制定，该组织的成员有Intel、IBM、DEC等公司。目前PC机中使用的PCI总线标准主要以PCI2.0为主，其频率为33MHz，字宽为32bit，电源电压为5V。新版的PCI标准向下兼容，并支持66MHz时钟，字宽为64bit，电压为3.3V。PCI总

4、线是一种时分复用的双向应答总线，传输发起方称为主设备，接收方称为从设备。主设备用RFAME信号指示，从设备拉低它的DEVSEL线来表示响应传输请求。PCI总线的数据传输以帧为单位，每次传输由一个地址周期（AddressPhase）和多个数据周期（DataPhase）组成，如图1所示。AD0～AD31首先给出本次传输的首地址，后面紧跟一个或多个32位（4字节）宽的数据，多个数据的地址自动递增。在地址周期，C/BE0～C/BE3这四根线的不同组合指示出在AD0～AD31上将要进行何种类型的操作，如C/BE0～C/BE3=0110表示

5、存储器读，C/BE0～C/BE3=0011表示I/O写。在数据周期，C/BE0～BE3对应AD0～AD31上四个字节的使能。IRDY和TRDY分别表示主设备准备好和从设备准备好。在传输过程中，只有IRDY和TRDY同时有效，传输才能继续；否则插入等待周期，用于在不同速度的设备之间协调工作。计算机的接口卡一般会用到I/O端口、存储器空间、中断及DMA等计算机资源。传统ISA接口卡通过更改跳线来避免多块卡之间的资源冲突，PCI接口卡则摒弃了硬件跳线，由软件统筹分配资源，这被称为即插即用。为实现此功能，PCI协议除了可以对I/O空间、

6、存储器空间读写外，还定义了对配置空间的读写（C/BE0～C/BE3=1010、1011）。所谓配置空间，是指映射到每块接口卡上的256字节的特殊功能寄存器。设计者事先在配置空间的指定位置写入需要申请使用的资源量，主板上电后，由PnP-Bios读取各卡的配置空间，对它们所需的资源进行统筹分配，再将分配结果写回对应的配置空间地址，完成自动配置。　　500)this.style.ouseg(this)">　　2PCI接口卡的硬件设计及调试以笔者设计的PCI卡为例，使用SJA1000实现CAN总线通信功能，需要映射32字节的存储器空间和

7、一个中断资源，在功能上属于PCI从设备（Target-onlyDevice）。SJA1000的对外接口电路可以直接与Intel8051、8096及ISA总线连接，但是不能与PCI总线直接连接，因此需要设备用于逻辑转换的接口电路。PCI接口电路的设计一般有两类方法：一类是使用FPGA/CPLD等可编程器件开发逻辑转换电路。根据实现功能的多少，所需的等效门密度约为5000～15000门，可自行编程或者购买已有“软核”（IPCORE）的产品实现；另一类是使用标准接口芯片对PCI总线逻辑信号解码。第一种方法开发成本高、难度大、周期长、测

8、试设备昂贵，但是批量生产成本很低，适合大规模全定制或半定制ASIC的生产。第二种方法相对简单、开发周期短、性价比合理，适合本方案采用。市场上的接口芯片供应商有PLX、AMCC、TI等公司。其中，PLX公司的接口芯片PLX9052价格便宜、供货渠道畅通、功能适用，因此这里选用PLX9052。采用PLX9052的接口卡在逻辑上可分成三个功能模块：PCI接口部分、EEPROM部分和局部总线部分，如图2所示。PLX9052提供完备的PCI从设备支持，PCI接口部分的47根信号线可以直接与PCI连接器（俗称金手指）连接。PCI连接器上有两

9、根特殊的引线PRSNT1#和PRSNT2#，它们不参与PCI协议操作，只用来告知主板该卡消耗的电功率。500)this.style.ouseg(this)">PLX9052将PCI总线上的操作转换为对局部总线的操作，即通过LAD0～LAD7、RD、Hz的通信速率