AMCCS5933 在PCI板卡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

PCI總線是計(jì)算機(jī)主機(jī)中最常見(jiàn)的總線。它是一種高性能的32/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線，支持猝發(fā)傳輸，傳輸峰值速率可達(dá)528MB/s，而且還支持自動(dòng)配置。由于PCI總線協(xié)議的復(fù)雜性，其接口電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不容易。但采用通用PCI接口芯片卻能達(dá)到事半功倍的效果。PCI通用接口芯片對(duì)于PCI協(xié)議的良好支持及其提供給板卡設(shè)計(jì)者的良好接口都大大減小了PCI板卡設(shè)計(jì)者的工作量?，F(xiàn)有的PCI接口芯片主要有AMCC公司的 AMCCS59XX系列和PLXTECH公司的PLX系列。本文將對(duì)AMCC公司的AMCCS5933芯片的原理及其在PCI板卡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 工作原理

　　AMCCS5933的原理框圖如圖1所示。由圖1可知AMCCS5933起到的是一個(gè)橋路的作用，即它是PCI總線與本地總線之間的一個(gè)橋路。

AMCCS5933既可以作PCI從設(shè)備，又可以作PCI主控設(shè)備。PCI配置空間可以通過(guò)一EEPROM來(lái)配置。AMCCS5933為設(shè)計(jì)者提供了三種數(shù)據(jù)傳輸方式：PASS THRU方式、FIFO方式和MAILBOX方式。通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序?qū)偩€控制寄存器設(shè)置來(lái)控制總線操作和數(shù)據(jù)的傳輸?？偩€控制寄存器有兩組：PCI總線控制寄存器和本地總線控制寄存器，分別用來(lái)控制PCI總線和本地總線的操作。

2 AMCCS5933 引腳

　　AMCCS5933引腳圖如圖2所示。

3 AMCCS5933在PCI板卡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 配置空間

　　每一個(gè)PCI設(shè)備都要有相應(yīng)的配置空間，AMCCS5933通過(guò)EEPROM來(lái)設(shè)置配置空間，AMCC公司提供一個(gè)NVBUILDER的軟件，可以通過(guò)AMCCS5933對(duì)EEPROM進(jìn)行讀寫(xiě)。EEPROM可以為串行，也可以為8位并行。設(shè)計(jì)者只需使用NVBUILD就可以完成PCI配置空間的設(shè)置。

3.2 總線控制寄存器的訪問(wèn)

　　PCI總線控制寄存器只有主機(jī)才能訪問(wèn)，主機(jī)通過(guò)PCI總線進(jìn)行I/O讀寫(xiě)操作來(lái)訪問(wèn)這些寄存器。

本地總線控制寄存器只有本地邏輯才能訪問(wèn)，與其有關(guān)的引腳有ADR[6..2]、BE[3..0]#、SELECT#、WR#、RD#和數(shù)據(jù)地址總線DQ[31..0]。

　　讀時(shí)序如圖3所示，寫(xiě)時(shí)序?qū)D中RD#替換為WR#即可。

ADR[6..2]提供被訪問(wèn)寄存器的地址，BE[3..0]#制定訪問(wèn)是雙字中的哪些字節(jié)，WR#為寫(xiě)使能，RD#為讀使能，SELECT#為操作使能，都為低電平有效。

3.3 MAILBOX方式的使用

　　AMCCS5933內(nèi)部有8個(gè)MAILBOX：4個(gè)輸出MAILBOX，四個(gè)輸入MAILBOX。PCI方的輸入MAILBOX對(duì)應(yīng)于本地的輸出MAILBOX，輸出MAILBOX則對(duì)應(yīng)于輸入MAILBOX。

　　MAILBOX主要用于主機(jī)方與本地邏輯之間的通信，例如傳輸一些自定義的控制字、狀態(tài)信息等。

　　主機(jī)對(duì)MAILBOX的訪問(wèn)通過(guò)I/O讀寫(xiě)來(lái)完成，本地邏輯對(duì)MAILBOX的訪問(wèn)則通過(guò)訪問(wèn)本地控制寄存器的方式來(lái)完成。

MIALBOX的空滿狀態(tài)由控制寄存器MBEF(PCI)和AMBEF(本地)來(lái)表征。

3.4 FIFO方式下的數(shù)據(jù)傳輸

3.4.1基本數(shù)據(jù)傳輸

　　AMCCS5933內(nèi)部有兩個(gè)單向FIFO：輸出FIFO和輸入FIFO，主機(jī)和本地邏輯可以以訪問(wèn)控制寄存器的方式來(lái)訪問(wèn)FIFO，也可以通過(guò)WRFIFO#、RDFIFO#、WFULL、RDEMPTY、BPCLK這幾個(gè)引腳來(lái)直接讀寫(xiě)FIFO。在設(shè)計(jì)當(dāng)中一般采用后一種方法。直接讀寫(xiě)FIFO有兩種工作方式：同步方式和異步方式。在同步方式下，WRFIFO#、RDFIFO#為FIFO讀寫(xiě)使能信號(hào)，在BPCLK的上跳沿寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)，輸出引腳BPCLK輸出33MHz信號(hào)。在異步方式下，WRFIFO#、RDFIFO#為FIFO讀寫(xiě)信號(hào)。WRFULL為輸出FIFO滿信號(hào)，RDEMPTY為輸入FIFO空信號(hào)。

3.4.2 DMA的實(shí)現(xiàn)

　　在FIFO方式下可以實(shí)現(xiàn)DMA傳輸。

　　DMA傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)步驟：

　　(1)通過(guò)NVBUILD軟件設(shè)置DMA傳輸?shù)目刂品綖橹鳈C(jī)或本地邏輯，以下假設(shè)為主機(jī)控制。

　　(2)設(shè)置有關(guān)的PCI總線控制寄存器。

     MWAR  DMA寫(xiě)地址寄存器   填入接收數(shù)據(jù)存放的起始地址

     MWTC  DMA寫(xiě)計(jì)數(shù)器       填入接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

     MRAR  DMA 讀地址寄存器  填入發(fā)送數(shù)據(jù)起始地址

     MRTC  DMA  讀計(jì)數(shù)器     填入發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

　　(3) 啟動(dòng)DMA傳輸

　　通過(guò)設(shè)置MCSR寄存器啟動(dòng)DMA傳輸。

　　由本地邏輯控制的DMA傳輸步驟，只需將控制方式改為本地邏輯控制，然后由本地邏輯來(lái)設(shè)置相應(yīng)的寄存器。

3.5 PASS THRU方式下的數(shù)據(jù)傳輸

　　配置空間中的基址寄存器為PCI系統(tǒng)資源分配(內(nèi)存和I/O空間的分配)提供了一種機(jī)制，PCI設(shè)備在基址寄存器中填入所需資源的類型和大小，基址寄存器的0位為1表示為內(nèi)存空間，為0則表示為I/O空間，1、2位則指定內(nèi)存或I/O空間是分配在1M地址以下，還是分配在任意地址空間，3位表示能否預(yù)取，4～31位表示所需分配的內(nèi)存或I/O空間的大小。PCI BIOS啟動(dòng)后讀取各個(gè)PCI設(shè)備配置空間中的基址寄存器，獲取每個(gè)PCI設(shè)備分配所需的資源類型和大小等信息，并且為這些PCI設(shè)備分配好所設(shè)定的資源，然后再將分配的內(nèi)存空間或地址空間的基地址回寫(xiě)到PCI設(shè)備的各個(gè)基址寄存器中。

　　配置空間中有6個(gè)基址寄存器，與PASS THRU方式有關(guān)的是基址寄存器1～4，基址寄存器0被指定為AMCCS5933分配I/O資源，基址寄存器6保留不用。

　　PASS THRU 方式下的數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠嘘P(guān)引腳：PTATN#、PTRDY#、PTNUM[1：0]、PTBE[3：0]#、BE[3..0]#、PTADR#、　　PTWR、PTBURST#、DQ[31..0]

　　PTNUM[1：0]表示由哪個(gè)基址寄存器所分配的內(nèi)存空間或I/O空間。

　　PASS THRU方式下的數(shù)據(jù)傳輸主要由AMCCS5933芯片與本地邏輯電路通過(guò)上述引腳信號(hào)的交互、握手來(lái)完成，時(shí)序如圖4所示。

PASS THRU的握手時(shí)序可以通過(guò)可編程邏輯以同步狀態(tài)機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)，用ALTERA的AHDL硬件編程語(yǔ)言可以很容易地實(shí)現(xiàn)它。

3.6 中斷的設(shè)置與產(chǎn)生

　　AMCCS5933有兩個(gè)中斷引腳：INTA#和IRQ#。INTA#為PCI總線信號(hào)用于產(chǎn)生系統(tǒng)PCI中斷，IRQ#是本地總線信號(hào)用于產(chǎn)生本地邏輯的中斷。  

　　MAILBOX的空滿變化、DMA讀寫(xiě)傳送的完成都可以產(chǎn)生中斷，中斷的使用方法如下：

　　A PCI設(shè)備中斷INTA#

　　(1)在配置空間中斷引腳寄存器填入中斷引腳，單功能設(shè)備選INTA#。

　　(2)從配置空間矢量寄存器中獲取中斷矢量。

　　(3)在PCI總線控制寄存器中，設(shè)置產(chǎn)生的條件，如MAILBOX變滿產(chǎn)生中斷、DMA寫(xiě)完成產(chǎn)生中斷等。

　　(4)在中斷處理程序中，讀取PCI總線控制寄存器INTCSR和MBEF當(dāng)前值，確定中斷源并做相應(yīng)中斷處理。

　　(5)清中斷及退出中斷處理程序，清中斷通過(guò)往INTCSR相應(yīng)的中斷標(biāo)志位寫(xiě)“1”來(lái)完成。

　　B 本地設(shè)備中斷 IRQ#

　　(1)在本地總線控制寄存器AINT中，設(shè)置產(chǎn)生的條件，如MAILBOX變滿產(chǎn)生中斷 、DMA寫(xiě)完成產(chǎn)生中斷等。

　　(2)在本地中斷處理程序中，讀取本地總線控制寄存器AINT和AMBEF當(dāng)前值，確定中斷源并做相應(yīng)中斷處理。

　　(3)清中斷并退出中斷處理程序，清中斷通過(guò)往AINT相應(yīng)的中斷標(biāo)志位寫(xiě)“1”來(lái)完成。

4 PCB 板繪制要點(diǎn)

　　(1)推薦采用四層板。

　　(2)電源引腳加0.1μF電容濾波。

　　(3)AMCCS5933 PCI數(shù)據(jù)線與插口距離小于1.5英寸。

　　(4)AMCCS5933 PCI時(shí)鐘線與插口距離等于(2.5+或-0.1)英寸，且只能在PCB的同一層。

　　(5)AMCCS5933 其他PCI引腳與插口距離小于2英寸。