基于EPLD技術(shù)的PCI總線接口設(shè)計(jì)

PCI總線自其問(wèn)世以來(lái)，以其諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。本文在認(rèn)真分析PCI總線的接口信號(hào)和接口時(shí)序的基礎(chǔ)上，利用EPLD器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PCI總線接口。由于EPLD器件支持在線編程，所以可以根據(jù)使用要求將PCI總線接口配置成即插即用和非即插即用兩種形式，這種設(shè)計(jì)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

1 PCI總線概述

　　局部總線特別是PCI總線的發(fā)展，打破了PC數(shù)據(jù)傳送的瓶頸。傳統(tǒng)的PC總線結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足圖形系統(tǒng)和大型應(yīng)用程序的要求，所以在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展了局部總線。它將計(jì)算機(jī)外設(shè)從I/O總線上移下來(lái)，使它們更靠近系統(tǒng)處理器，從而提高了處理器和外設(shè)之間的傳送速度。

　　從設(shè)備的PCI接口至少需要47條信號(hào)線，而主控設(shè)備的PCI接口至少需要49條信號(hào)線，包括數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線、接口控制線、仲裁、總線命令以及系統(tǒng)線等。

　　PCI總線在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，地址節(jié)拍、總線命令在C/BE[0..3]上由主機(jī)輸出，用于說(shuō)明當(dāng)前PCI總線周期需要執(zhí)行的功能。其命令如表1所示。

2 PCI總線協(xié)議和讀寫(xiě)時(shí)序

　　PCI總線的傳輸機(jī)制是成組數(shù)據(jù)猝發(fā)傳輸，每組數(shù)據(jù)由一個(gè)地址脈沖和一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)脈沖組成。一般基本的PCI傳輸由三個(gè)信號(hào)控制：

　　信號(hào)由PCI主控設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示總線操作的開(kāi)始和結(jié)束;

　　信號(hào)由PCI主控設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在讀周期表示主控設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，在寫(xiě)周期表示AD[31..0]上數(shù)據(jù)有效;

　　信號(hào)由PCI從設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在讀周期，表示從設(shè)備準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，在寫(xiě)周期表示從設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)有效時(shí)，數(shù)據(jù)源設(shè)備需要無(wú)條件地設(shè)置XRDY有效，一旦主控設(shè)備使有效，中途不能改變狀態(tài)，直到信號(hào)無(wú)效或數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。

　　PCI是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，其讀操作的時(shí)序如圖1所示。當(dāng)進(jìn)行PCI讀傳輸時(shí)，首先置低，有效，讀傳輸開(kāi)始，同時(shí)AD[31..0]保持有效地址信號(hào)，C/BE[3..0]保持總線命令。如果總線命令為存儲(chǔ)器讀(0110)，AD[31..0]地址在從設(shè)備地址范圍內(nèi)，從設(shè)備置有效，主控設(shè)備驅(qū)動(dòng),表明主控設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。為避免總線沖突，接下來(lái)的一個(gè)周期AD[31..0]既不被主控設(shè)備驅(qū)動(dòng)，也不被從設(shè)備驅(qū)動(dòng)(該周期成為總線轉(zhuǎn)換周期)，此后AD[31..0]上出現(xiàn)數(shù)據(jù)，C/BE[3..0]變?yōu)樽止?jié)允許信號(hào)，主控設(shè)備開(kāi)始檢測(cè)信號(hào)。如果信號(hào)無(wú)效(為高電平)，則主控設(shè)備自動(dòng)插入等待周期，如果信號(hào)有效，則總線開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。在最后一個(gè)數(shù)據(jù)脈沖之后，主控設(shè)備將和 置為無(wú)效,表示傳輸結(jié)束。

    寫(xiě)傳輸時(shí)，由于地址均由主控設(shè)備提供，因此不存在總線轉(zhuǎn)換周期。其傳輸過(guò)程與讀周期基本類(lèi)似，只是C/BE[3..0]上的總線命令為存儲(chǔ)器寫(xiě)(0111)，具體的傳輸時(shí)序如圖2所示。

3 PCI總線的接口設(shè)計(jì)方案

    根據(jù)以上分析，選用ALTER的高速EPLD器件EPM7128S84來(lái)完成PCI總線接口的設(shè)計(jì)。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，選用存儲(chǔ)器作為從設(shè)備，其總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

下面將給出用AHDL語(yǔ)言編寫(xiě)的EPLD控制程序以及仿真結(jié)果。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)定從設(shè)備為非即插即用類(lèi)型的PCI插卡，直接將其地址空間配置為0X50000000~0X5FFFFFFF(或在計(jì)算機(jī)內(nèi)不與其他設(shè)備沖突的地址)，時(shí)鐘周期選用33MHz，具體的程序如下：

SUBDESIGN  pci_if

(

       clkin          ：   input；

       frame          ：   input；

       ad[31..0]      ：   input；

       cbe[3..0]      ：   input；

       irdy           ：   input；

       trdy           ：   output；

       devsel         ：   output；

       wr             ：   output；

       cs             ：   output；

       a[10..0]       ：   output；

)

variable

       count[1..0]    ：   DFF；

       da[31..0]      ：   DFF；

       wr1            ：   node；

       rd1            ：   node；

       sign1          ：   node；

       sign2          ：   node；

       sign4          ：   node；

       sign3          ：   node；

       cs1            ：   node；

begin

    count[1..0].clk=clkin；

　　count[1..0].clrn=!frame；

    sign1=(count[]==3)；

    if sign1 then count[].d=count[].q；

    else

    count[].d=count[].q+1；

    end if；

　　sign2=(count[]<1)&!frame；

　　sign3=(count[]>=2)&(count[]<=3)；

　　sign4=(count[]>=1)&(count[]<=3)；

    da[31..0].clk=sign2&!frame；

　　da[31..0].d=ad[31..0]；

　　cs1=!da31&da30&!da29&da28；

　　if cs1 then 

       devsel=!sign4；

       a[10..0]=ad[10..0]；

       wr1=!cbe3&cbe2&cbe1&cbe0；

       rd1=!cbe3&cbe2&cbe1&!cbe0；

       if rd1&!irdy then

                     trdy=!sign3；

    　               !cs=cs1&!frame；

                     wr=rd1&!frame；

                 end if；

                     if wr1&!irdy then

                     trdy=!sign4；

                     !cs=cs1&!frame；

                     !wr=wr1&frame；

                     end if；

        end if；

end ；  

　　仿真結(jié)果如圖4所示。