PCI總線是現(xiàn)今最為流行的控制總線之一，它廣泛地應用在計算機中，目前嵌入式設備中的很多解決方案都包含了PCI總線。在多主設備的PCI系統(tǒng)應用中，必須為各個主設備提供仲裁授權(quán)信號。為了使PCI設備能夠更方便地應用在嵌入式系統(tǒng)中，本文介紹一種基于飛思卡爾MPC5200B的低成本PCI總線仲裁器邏輯擴展的設計方法，此方法可以在已有的PCI仲裁器的基礎上，實現(xiàn)擴展PCI總線上主設備的個數(shù)，從而滿足多PCI設備的設計要求，提高系統(tǒng)的擴展性要求，在體積、功能、成本等諸多方面都有很好的應用前景。
MPC5200B
飛思卡爾公司的MPC5200B是基于PowerPC架構(gòu)下的一款性能卓越的微處理器。它具有760MIPS、帶浮點運算單元(FPU)、低功耗等特點。該處理器采用高性能的e300內(nèi)核，集成了高性能存儲控制器、中斷控制器、 DMA控制器、PCI控制器、以太網(wǎng)控制器以及USB、CAN 2.0A/B、I2C等豐富的接口。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 MPC5200B 框圖
MPC5200B能夠快速提供數(shù)據(jù)吞吐和處理。集成的 BestComm DMA控制器可降低主e300核心傳送I/O密集數(shù)據(jù)的負荷。集成的雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR)內(nèi)存控制器的有效內(nèi)存總線速度達到266MHz，能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)訪問。 BestComm DMA 控制器和DDR內(nèi)存支持的高速PCI 接口能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)輸入和輸出。
MPC5200B內(nèi)部集成了一個PCI總線仲裁器，但其仲裁只支持兩個外部PCI主設備(包含MPC5200B的PCI模塊)。為了增加PCI主設備，我們必須對PCI仲裁器進行擴展。
PCI總線仲裁
PCI總線是一種共享式的總線，可以連接多個主設備，但由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫毾硇裕恳粫r刻只能由一個主設備占用總線。因此，為了有效地利用PCI總線帶寬，總線上必須設置一個仲裁器。
每個具有主設備功能的PCI設備必須提供兩個與仲裁有關的信號：REQ#(請求總線信號)和GNT#(總線授權(quán)信號)。由需要發(fā)起PCI傳輸事務的設備發(fā)出 REQ#信號，由PCI總線仲裁器裁決后給出GNT#信號。接到GNT#信號的PCI設備將在下一次總線空閑后開始操作。
PCI總線仲裁的裁決過程可以在PCI傳輸期間完成，并不占用PCI總線的帶寬，這被稱為隱式仲裁：即需要發(fā)起PCI操作的設備可以隨時發(fā)出請求REO#，PCI仲裁器立即批準該請求并給出GNT#。但實際的傳輸過程一定要等到當前傳輸完畢、線空閑后才可以開始。
具體設計及仿真
以MPC5200B外擴兩個主PCI設備為例，依據(jù)PCI仲裁原理及MPC5200B PCI控制器接口，邏輯擴展方式如圖2所示。其中邏輯單元(Logic Unit)就是本文詳細闡述的部分。
MPC5200B含有一個片上PCI總線仲裁器，現(xiàn)在需要對外擴展其仲裁功能，以滿足多主PCI設備的需求。
對于外擴PCI主設備而言，有兩對REQ#和GNT#信號需要和MPC5200B片上PCI仲裁器進行通訊;對于MPC5200B而言，邏輯單元就是它一對一的主PCI設備，通訊信號為相關的PCI總線控制信號。邏輯單元電路如圖3所示。
圖3 MPC5200B PCI仲裁邏輯擴展電路
圖3b MPC5200B PCI仲裁邏輯擴展電路(續(xù))
PCI總線復位信號對邏輯電路復位后，如果僅有一個總線請求，則相對應的總線授權(quán)信號MASTER_GNT通過由此總線請求控制的MUX進行輸出，實現(xiàn)總線“請求-授權(quán)”過程。
如果兩PCI外設同時產(chǎn)生總線請求信號REQ0#和REQ1#，則DR(Dual Require)信號配合PCI_PRAME和PCI_CLK，鎖住NG(Next Grant)信號的更新，直到當前幀傳輸完畢。
由圖4可以看出，仿真環(huán)境模擬了一個設備申請和兩個設備同時申請的情況，并分別給出了總線授權(quán)信號(GNT)，驗證了仲裁器擴展邏輯的正確性。
圖4 MPC5200B PCI仲裁邏輯擴展電路仿真
結(jié)語
PCI總線協(xié)議抽象性很強，且時序邏輯復雜。本文采用簡單的邏輯設計實現(xiàn)了對于PCI仲裁器擴展，已經(jīng)在CPLD中實現(xiàn)，成功應用于MPC5200B的PCI仲裁器邏輯擴展。
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