當前位置:首頁 > EDA > 電子設計自動化
[導讀]引言8位單片機在嵌入式系統(tǒng)中應用廣泛,然而讓它直接與PCI總線設備打交道卻有其固有缺陷。8位單片機只有16位地址線,8位數(shù)據(jù)端口,而PCI總線2.0規(guī)范中,除了有32位地址數(shù)據(jù)復用AD[3~0]外,還有FRAME、IRDY、TRDY等重

引言

8位單片機在嵌入式系統(tǒng)中應用廣泛,然而讓它直接與PCI總線設備打交道卻有其固有缺陷。8位單片機只有16位地址線,8位數(shù)據(jù)端口,而PCI總線2.0規(guī)范中,除了有32位地址數(shù)據(jù)復用AD[3~0]外,還有FRAME、IRDY、TRDY等重要的信號線。讓單片機有限的I/O端口來直接控制如此眾多的信號線是不可能的。一種可行的方案就是利用CPLD作為溝通單片機與PCI設備間的橋梁,充分利用 CPLD中I/O資源豐富、用戶可自定制邏輯的優(yōu)勢,來幫助單片機完成與PCI設備間的通信任務。

1 PCI接口設計原理

1.1 PCI總線協(xié)議簡介

這里只討論PCI總線2.0協(xié)議,其它協(xié)議僅僅是在2.0的基礎上作了一些擴展,僅就單片機與PCI設備間的通信來說,意義不大。PCI總線是高性能局部

總線,工作頻率0~33MHz,可同時支持多組外圍設備。在這里,我們只關心單片機與一個PCI設備間通信的情況,而且是以單片機與CPLD一方作為主控方,另一方作為PCI從設備。這樣做的目的是為了簡化問題,降低系統(tǒng)造價。

PCI 總線上信號線雖然多,但并不是每個信號都要用到。實際上PCI設備也并不會支持所有的信號線,比如錯誤報告信號PERR與SERR在網(wǎng)卡中就不支持。我們可以針對具體的應用選擇支持其中部分信號線,還有一些信號線可以直接連電源或接地。下面簡單介紹一下常用信號線的功能。

AD[31~0]:地址數(shù)據(jù)多路復用信號。在FRAME有效的第一個周期為地址,在IRDY與TRDY同時有效的時候為數(shù)據(jù)。

C/BE[3~0]:總線命令與字節(jié)使能控制信號。在地址中傳輸?shù)氖强偩€命令;在數(shù)據(jù)期內是字節(jié)使能控制信號,表示AD[31~0]中哪些字節(jié)是有效數(shù)據(jù)。以下是總線命令編碼的說明:

C/BE[30]# 命令類型說明C/BE[30]# 命令類型說明

0 0 0 0 中斷應答 1 0 0 0 保留

0 0 0 1 特殊周期 1 0 0 1 保留

0 0 1 0 I/O讀 1 0 1 0 配置讀

0 0 1 1 I/O寫 1 0 1 1 配置寫

0 1 0 0 保留 1 1 0 0 存儲器多行讀

0 1 0 1 保留 1 1 0 1 雙地址周期

0 1 1 0 存儲器讀 1 1

1 0 存儲器一行讀

0 1 1 1 存儲器寫 1 1 1 1 存儲器寫并無效

PCI總線上所有的數(shù)據(jù)傳輸基本上都由以下三條信號線控制。

FRAME:幀周期信號。由主設備驅動,表示一次訪問的開始和持續(xù)時間,F(xiàn)RAME有效時(0為有效,下同),表示數(shù)據(jù)傳輸進行中,失效后,為數(shù)據(jù)傳輸最后一個周期。

IRD:主設備準備好信號。由主設備驅動,表示主設備已經準備好進行數(shù)據(jù)傳輸。

TRDY:從設備準備好信號。由從設備驅動,表示從設備已經準備好進行數(shù)據(jù)傳輸。當IRDY與TRDY同時有效時,數(shù)據(jù)傳輸才會真正發(fā)生。

另外,還有IDSEL信號用來在配置空間讀寫期間作為片選信號。對于只有一個PCI從設備的情況,它總可以接高電平。IDSEL信號由從設備驅動,表示該設備已成為當前訪問的從設備,可以不理會。

在PCI總線上進行讀寫操作時,PCI總線上的各種信號除了RST、IRQ、IRQC、IRQ之外,只有時鐘的下降沿信號會發(fā)生變化,而在時鐘上升沿信號必須保持穩(wěn)定。

1.2 CPLD設計規(guī)劃

出于對單片機和CPLD處理能力和系統(tǒng)成本的考慮,下面的規(guī)劃不支持PCI總線的線性突傳輸?shù)刃枰B續(xù)幾個數(shù)據(jù)周期的讀寫方式,而僅支持一個址周期加一個數(shù)據(jù)周期的讀寫方式。對于大部分應用而言,這種方式已經足夠了。圖1是經過簡化后的PCI總線讀寫操作時序。

在CPLD內設有13個8位寄存器用來保存進行一次PCI總線讀寫時所需要的數(shù)據(jù),其中pci_address0~pci_address3是讀寫時的地址數(shù)據(jù);

 


圖1 簡化的PCI寫操作時序

pcidatas0~pci_datas3 是要往PCI設備寫的數(shù)據(jù);pci_cbe[3~0]保存地址周期時的總線命令;pci_cbe[7~4]保存數(shù)據(jù)周期時的字節(jié)使能命令;pci_data0~pci_data3保存從PCI設備返回的數(shù)據(jù);pci_request是PCI總線讀寫操作狀態(tài)寄存器,用于向單片機返回一些信息。當單片機往pci_cbe寄存器寫入一個字節(jié)的時候,會復位CPLD中的狀態(tài)機,觸發(fā)CPLD進行PCI總線的讀寫操作;單片機則通過查詢 pci_request寄存器得知讀寫操作完成,再從pci_data寄存器讀出PCI設備返回的數(shù)據(jù)。

CPLD中狀態(tài)機的狀態(tài)轉移圖如圖2所示。每一個狀態(tài)對應FRAME與IRD信號的一種輸出,而其它輸入輸出信號線可由這兩個信號線和pci_cbe的值及TRDY的狀態(tài)決定。當FRAME為有效時,AD[31~0]由pci_address驅動,而C/BE[3~0]由pci_cbe低4位驅動;當 IRDY有效時,C/BE[3~0]視總線命令,要么由pci_cbe高4位驅動,要么設為高阻態(tài),而AD[31~0]在pci_cbe[0]為“0” (PCI讀命令)時,設為高阻態(tài),而在pci_cbe[0]為“1” (PCI寫命令)時由pci_datas驅動。另外一方面,一旦TRDY信號線變?yōu)榈碗娖?,AD[31~0]線上的數(shù)據(jù)被送入pci_data寄存器,而 C/BE[3~0]線上的數(shù)據(jù)被送入pci_request寄存器的低4位。

 


圖2 狀態(tài)轉移圖

考慮到在不正常情況下,PCI設備不會對PCI總線作出響應,即TRDY不會有效,為了不使狀態(tài)機陷入狀態(tài)S2的僵持局面,另外增設了一個移位計

數(shù)器mycounter。當IRD信號有效時,計數(shù)器開始計數(shù)。計數(shù)溢出之后,不論PCI總線操作是否完成,狀態(tài)機都會從狀態(tài)S2轉移到狀態(tài)S3,即結束PCI總線操作。當TRDY有效時,會立即置位mycounter.cout。

PCI 總線操作是否正確完成,可查詢pci_request的最高位是否為“1”,而IRDY與FRAME的值可分別查詢pci_request的第4位和第5 位。這兩位反映了PCI總線操作所處的狀態(tài),兩位都為“1”時可以認為PCI總線操作已經完成。在實踐中,如果單片機的速度不是足夠快的話,可以認為 PCI總線操作總是即時完成的。

2 PCI設計接口實現(xiàn)

2.1 CPLD VHDL程序設計

我們針對8位單片機控制PCI以太網(wǎng)卡進行了程序設計,CPLD器件選用Xilinx的XC95216系列。針對以太網(wǎng)卡的特點在邏輯上進行了再次簡化,最終程序將適配進XC95261芯片中,并在實踐中檢驗通過。

以太網(wǎng)卡僅支持對配置空間和I/O空間的讀寫操作,而且這兩個空間的地址都可以設置在0xFF以內,所以可以只用一個pci_address0寄存器,其它地址都直接設為“0”;如果再限制,每次只往網(wǎng)卡寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù),則可以只用一個pci_datas0寄存器,其它數(shù)值在具體操作時設成與 pci_datas0寄存器的一樣即可。

2.2 單片機PCI讀寫C語言程序設計

在CPLD在幫助下,單片機讀寫 PCI設備就變得相當簡單。首先,將pci_cbe等寄存器都聲明為外部存儲器變量,并根據(jù)CPLD的設計指定地址。然后,傳遞適當?shù)膮?shù)給以下兩個讀寫子函數(shù),即可完成對PCI設備配置空間、I/O空間、存儲器空間的讀寫操作。從PCI設備的返回數(shù)據(jù)存放在全局變量savedata中。

實際上在寫PCI設備時,也可以從pci_data中得到返回數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)必須等于往PCI設備寫的數(shù)據(jù)。利用這一點可以進行差錯檢驗和故障判斷,視具體應用而定。

bdate unigned char request;

sbit IRDY0=request^4;

sbit FRAME0=request^5;

sbit VALID="request"^7;

void readpci(unsigned char addr,unsigned char cbe){

pci_address0=addr;

pci_cbe=cbe;

request="pci"_request;

while(!IRDY0 & FRAME0)) request="pci"_request;

savedata0=pci_data0;

&

nbsp; savedata1=pci_data1;

savedata2=pci_data2;

savedata3=pci_data3;

if(!VALID)printf("Data read is invalid! ");

}

void writepci(uchar addr,uchar value0,uchar cbe){

data uchar temp;

pci_address0=addr;

pci_datas0=value0;

pci_cbe=cbe;

request="pci"_request;

while(!(IRDY0 & FRAME0)) request="pci"_request;

if(!VALID)printf("Data write is invalid!");

}

3 結論

用CPLD實現(xiàn)單片機與PCI總線接口的并行通信,電路結構簡單、體積小,1片CPLD芯片足夠,并且控制方便,實時性強,通信效率高。本設計方法已成功地應用于作者開發(fā)的各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,用作單片機與PC104之間的并行數(shù)據(jù)通信,效果非常理想。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉