利用PCI1510實(shí)現(xiàn)PCI板卡的熱插拔測試

時(shí)間：2008-06-20 12:50:00

關(guān)鍵字：熱插拔 PCI板卡 BSP CARD

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[導(dǎo)讀]介紹了一種PCI-to-PCI接口的轉(zhuǎn)接卡，詳述了其系統(tǒng)組成和工作原理,并給出了實(shí)現(xiàn)方法。

    對于普通的PCI板卡，無論是總線的硬件結(jié)構(gòu)還是操作系統(tǒng)(如Windows序列操作系統(tǒng))都不支持熱插拔。在批量生產(chǎn)PCI板卡時(shí)，必須在關(guān)機(jī)的情況下插拔PCI板卡，然后開機(jī)測試，因此測試工作十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文介紹利用TI公司的PCI1510制作一個(gè)PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接卡，從硬件和軟件兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)PCI板卡的熱插拔。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

    利用PCI1510制作的PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接卡的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在電氣原理上類似于一款PCI總線到CardBus總線的接口電路板，但在物理形式上，CardBus總線并沒有使用PCMCIA插座，而是使用PCI插座。由于PCI板卡的電源要求同PCMCIA板卡的電源要求相差很大，這款PCI-to-PCI板卡的電源處理方法同一般PCMCIA接口板的電源處理方法有較大的差別。

    需要說明的是，一般PCMCIA接口板卡插入PCMCIA插槽后，系統(tǒng)能自動(dòng)識別板卡是否插入，但本文所設(shè)計(jì)的PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接板卡，由于PCI總線沒有板卡插入識別信號，所以在設(shè)計(jì)時(shí)增加了一個(gè)控制開關(guān)。當(dāng)控制開關(guān)斷開時(shí)，表示沒有待測PCI板卡插入；當(dāng)有待測PCI板卡插入時(shí)，操作者合上控制開關(guān)，通知系統(tǒng)已有待測PCI板卡插入，此時(shí)控制邏輯電路接收此信號并按PCI1510所要求的方式給出板卡插入識別信號。

    圖1中的PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接卡主要由以下幾個(gè)部分組成：總線轉(zhuǎn)換電路，主要由PCI1510及其配置電路24C02組成；控制邏輯電路，由ATF16V8C實(shí)現(xiàn)，其作用是根據(jù)操作者手動(dòng)給出的開關(guān)信號向PCI1510給出相應(yīng)的板卡插入和拔出信號，同時(shí)給出電源開關(guān)電路的控制信號；電源開關(guān)電路，由兩片IRF7404組成，根據(jù)控制邏輯電路給出的電源控制信號，分別接通或斷開PCI插槽的+5V和3.3V電源（如果需要＋12V電源，還要增加一片IRF7404）。

2 PCI板卡熱插拔測試的硬件實(shí)現(xiàn)

    從硬件上講，對于圖1所示的PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接卡，要實(shí)現(xiàn)外部PCI板卡的熱插拔，必須解決兩個(gè)問題：一是CardBus總線到PCI總線的轉(zhuǎn)換，二是要處理好轉(zhuǎn)接卡上PCI插座的電源問題。

2.1 從CardBus總線到PCI總線的轉(zhuǎn)換

    根據(jù)PCMCIA的設(shè)計(jì)規(guī)范[1]可知，CardBus總線類似于PCI總線，但CardBus總線是一種點(diǎn)對點(diǎn)總線，與PCI總線有較大差別。

    關(guān)于二者引腳的定義可以參考PCI設(shè)計(jì)規(guī)范[2]和PC卡設(shè)計(jì)規(guī)范[1]。下面著重?cái)⑹龆咭_定義的不同點(diǎn)并給出相應(yīng)的解決辦法：

    (1)CardBus總線沒有IDSEL信號，而PCI總線和PCI橋芯片必須有IDSEL信號，用來支持對PCI橋芯片配置空間的讀和寫操作。由于CardBus總線是點(diǎn)對點(diǎn)操作，在它上面只有一個(gè)設(shè)備，因此可在本轉(zhuǎn)接卡PCI插座的IDSEL引腳通過一個(gè)電阻（阻值為4.7～33）接到3.3V電源；

    (2)CardBus總線沒有SBO#和SDONE#信號，但一般的PCI板卡并不需要這兩個(gè)信號；

    (3)CardBus總線不支持64位總線擴(kuò)展，這對32位總線的PCI卡不產(chǎn)生影響。本文所述轉(zhuǎn)接卡也不支持64位總線的PCI板卡；

    (4)CardBus總線沒有JTAG引腳，而通常的PCI板卡并沒有利用JTAG功能，因而這一點(diǎn)并不影響本文所述轉(zhuǎn)接卡的適應(yīng)性；

    (5)CardBus總線有CSTSCHG引腳，這是CardBus總線的獨(dú)有功能，PCI總線并不需要，因而在設(shè)計(jì)時(shí)將它懸空；

    (6)CardBus總線有CAUDIO引腳，這也是CardBus總線的獨(dú)有功能，PCI總線也不需要它，因而在設(shè)計(jì)時(shí)將它懸空；

    (7)CardBus總線有CCLKRUN#引腳，PCI總線中沒有該引腳，本文在設(shè)計(jì)中按CardBus接口設(shè)計(jì)要求將其通過330?贅電阻接地；

    (8)CardBus總線只有一個(gè)INT#引腳，但對于常見的PCI板卡而言，通常只使用（或不用）一個(gè)PCI中斷信號INTA#，因而這個(gè)限制對大多數(shù)PCI板卡不構(gòu)成限制。

2.2 外部板卡插入的檢測和控制邏輯電路的設(shè)計(jì)

    PCI1510有四個(gè)控制信號：CCD1#、CCD2#、CVS1和CVS2，用來檢測是否有外部板卡的插入，并判別插入板卡的類型。PCI1510是一款PCMCIA接口的接口芯片，對于PCMCIA接口而言，可以在PCMCIA插座上插入三種類型的板卡[1]：16位數(shù)據(jù)/地址總線的存儲卡，32位數(shù)據(jù)/地址總線的CardBus卡和CardBay卡。由于將CardBus總線當(dāng)作PCI總線使用，因而當(dāng)本文所述轉(zhuǎn)接卡的PCI插座上有待測PCI板卡插入時(shí)，控制邏輯電路必須給PCI1510提供一個(gè)與CardBus板卡插入相似的板卡識別信號。

    根據(jù)PCI1510的數(shù)據(jù)手冊[3]和PCMCIA卡設(shè)計(jì)規(guī)范[1]，當(dāng)PCI1510檢測到CCD2#為低電平且CCD1#接CVS1、CVS2懸空時(shí)，PCI1510認(rèn)為外部總線接口已經(jīng)插入一個(gè)CardBus板卡；而當(dāng)CCD1#、CCD2#有一個(gè)為高電平時(shí)，PCI1510認(rèn)為外部總線上沒有板卡插入。因而本文按如下方式設(shè)計(jì)電路：CCD1#與CVS1短接，CVS2懸空，CCD2#通過上拉電阻接至可編程邏輯芯片ATF16V8C。PCI-to-PCI轉(zhuǎn)換卡邏輯電路和電源控制電路如圖2所示。

    在圖2所示的電路中，U300和U301為電源開關(guān)芯片IRF7404，實(shí)際上它們是P溝道場效應(yīng)管，其輸入電源引腳分別接轉(zhuǎn)接卡上的＋5V和+3.3V電源，輸出引腳則分別接至轉(zhuǎn)接卡PCI插座上的+5V和+3.3V電源引腳。U300和U301的控制信號由可編程邏輯芯片U302（ATF16V8C）的POWER_EN#提供。

    U302的輸入信號為：CARD_IN、PCI1510提供的電源控制信號VCCD0和VCCD1，輸出信號為CCD2＃和POWER_EN#。輸入輸出關(guān)系式為：
    CCD2#＝CARD_IN；
    POWER_EN#＝ !VCCD0+VCCD1；

    在轉(zhuǎn)接卡的PCI插座上沒有插入PCI板卡時(shí)，CON300斷開，CARD_IN為高電平，此時(shí)，CCD2#也為高電平；PCI1510給出的VCCD0、VCCD1均為高電平，POWER_EN#也為高電平，U300和U301沒有電源輸出，轉(zhuǎn)接卡的PCI插座上也沒有電源，同時(shí)插座上的信號線均處于高阻狀態(tài)；在待測PCI板卡插入后，當(dāng)操作者合上CON300時(shí)，CARD_IN為低電平，CCD2#也變?yōu)榈碗娖?，PCI1510檢測到有板卡插入，給出VCCD0為高電平，VCCD1為低電平，在邏輯電路中，POWER_EN#為低電平，電源電路給PCI插座提供＋5V和＋3.3V(也可以增加電路提供＋12V電源)電源，同時(shí)PCI1510激活板卡插座上的信號線，此時(shí)，待測PCI板卡開始正常工作。

    當(dāng)測試完畢時(shí)，操作者首先斷開CON300。此時(shí)根據(jù)前面的分析可知，轉(zhuǎn)接卡的PCI插座上的電源被切斷，信號線處于高阻狀態(tài)，這時(shí)，操作者可以在不關(guān)機(jī)的情況下拔下PCI板卡。

3 PCI板卡熱插拔測試的軟件實(shí)現(xiàn)

    圖1所示的 PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接卡在電氣原理上類似于一款PCI-to-PCMCIA轉(zhuǎn)接卡，常見的操作系統(tǒng)(如Windows XP， Windows 2000， Windows 98等）都支持PCMCIA板卡的熱插拔，而且這些常見的操作系統(tǒng)都帶有PCI1510的驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)本文所述PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接卡插入桌面計(jì)算機(jī)后，操作系統(tǒng)能自動(dòng)裝好轉(zhuǎn)接卡的驅(qū)動(dòng)程序。另外，待測PCI板卡插入轉(zhuǎn)接卡的PCI插槽后，操作者合上控制開關(guān)，操作系統(tǒng)將檢測到外部板卡的插入，并將待測PCI板卡識別成CardBus板卡，這樣就可以像測試CardBus板卡一樣測試PCI板卡，從而實(shí)現(xiàn)了PCI板卡的熱插拔測試。

    要使本文所述轉(zhuǎn)接卡正常工作，還必須正確配置圖1中E2PROM芯片，本文所述轉(zhuǎn)接卡的配置如表1所示。

盡管本文所述PCI-to-PCI轉(zhuǎn)接卡對待測PCI板卡存在著一些限制，即要求待測PCI板卡是32位數(shù)據(jù)/地址總線，只使用（或不用）一個(gè)PCI中斷（即INTA#），并且不使用SDO#和SDONE#信號線，不使用PCI總線上的JTAG接口，但這對于一些常見的PCI板卡而言并不是一個(gè)問題，本文所述轉(zhuǎn)接卡仍然具有廣泛的適應(yīng)性和較高的使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)
[1] PC Card Standard release 8.0，www.PCMCIA.org.2001，4.
[2] 劉顯慶，劉仁普.微機(jī)總線規(guī)范.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.
[3] PCI1510 Data Manual.www.ti.com.2004，12.