單片機(jī)總線接口芯片及其ISA模式應(yīng)用

引　言

PCI（Peripheral Component Interconnect）總線，即外圍部件互連總線，是一種先進(jìn)的高性能32／64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用局部總線。PCI總線與處理器和時(shí)鐘頻率無關(guān)，可以提供高達(dá)132MB／s的數(shù)據(jù)傳送速率；它具有嚴(yán)格的規(guī)范，只要符合PCI規(guī)范的擴(kuò)展卡插入任何PCI系統(tǒng)就能可靠地工作。但由于PCI總線協(xié)議的復(fù)雜性，其接口的實(shí)現(xiàn)比VESA、ISA和MCA等總線要困難得多。

目前，開發(fā)PCI接口設(shè)備有兩種方法：一種方法是采用可編程邏輯芯片，它的最大好處是比較靈活，用戶可以根據(jù)自己的需要開發(fā)出適合于特定功能的芯片，而不必實(shí)現(xiàn)PCI的全部功能?，F(xiàn)在有許多生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠商，如Xilinx的LogiCore和Altera的AMPP都提供經(jīng)過嚴(yán)格測試的PCI接口功能模塊，用戶只要進(jìn)行組合設(shè)計(jì)即可。另一種常用的方法是使用專用接口器件，通過專

用芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊的功能，將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對簡單的用戶接口，用戶只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。

專用接口芯片具有較低的成本和通用性，能夠有效降低接口設(shè)計(jì)的難度，縮短開發(fā)時(shí)間?，F(xiàn)有的PCI接口芯片主要有AMCC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI90xx系列。在PLX系列產(chǎn)品中，PCI9052是一款常用的PCI總線目標(biāo)接口芯片，該芯片最大的特色是帶有一個(gè)ISA接口，通過它可以實(shí)現(xiàn)ISA總線到PCI總線的無縫連接，這為目前仍存在的ISA插件移植到PCI提供了極大的方便。

利用PCI9052的ISA模式進(jìn)行PCI的開發(fā)可以簡化設(shè)備開發(fā)過程，但難度還是較大。設(shè)計(jì)者不僅要理解掌握手冊中的要點(diǎn)，還要學(xué)習(xí)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的方法和過程。為了讓大家能夠系統(tǒng)地了解利用PCI9052的ISA模式進(jìn)行PCI板卡開發(fā)的過程和方法，本文從硬件設(shè)計(jì)、配置寄存器的編寫、板卡調(diào)試和驅(qū)動(dòng)程序的編寫等方面介紹了PCI9052的開發(fā)過程。

2　PCI9052的ISA接口模式

2．1　基本特點(diǎn)

PCI9052是PLX公司繼PCI9050之后推出的低成本PCI總線接口芯片，它符合PCI2．1規(guī)范，可作為PCI總線目標(biāo)設(shè)備實(shí)現(xiàn)基本的傳送要求；它有5個(gè)局部地址空間和4個(gè)局部設(shè)備片選信號(hào)，局部總線與PCI總線時(shí)鐘相互獨(dú)立運(yùn)行。通過配置EEPROM的內(nèi)容可以將PCI9052設(shè)定為ISA接口模式，通過8位或16位內(nèi)存或I／O映射可直接使PCI總線與ISA總線相連，從而將ISA總線快速地轉(zhuǎn)換到PCI總線上。

在我們的數(shù)控測井系統(tǒng)中，原來的通信控制模塊是基于ISA總線的插件，端口地址為0X100～0X10F，總線寬度是16位，可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出，有中斷功能?，F(xiàn)在，我們利用PCI9052芯片的ISA模式對原來的板卡進(jìn)行升級(jí)改造，使原來的板卡在做少量改動(dòng)的情況下可以插在PCI總線插槽中正常工作。

2．2　引腳介紹及連接

在不同的模式下，PCI9052的部分引腳有不同的定義和功能。工作在ISA模式下，其主要引腳如圖1所示。

PCI9052硬件連接正確與否直接關(guān)系到芯片能否正常工作，某些引腳處理不當(dāng)往往會(huì)引起芯片工作不正常或死機(jī)。在圖1中，9052左上方的信號(hào)和PCI信號(hào)相連，左下方信號(hào)和串行EEPROM相連，右邊的信號(hào)和局部總線信號(hào)相連，也就是和ISA總線信號(hào)相連。

PCI端主要信號(hào)完全符合PCI規(guī)范要求，直接和PCI總線上對應(yīng)的引腳相連即可。 ISA端連接如下：在我們的板卡中由于只涉及到I／O，且為16位寬的數(shù)據(jù)，因此，MEMWR＃、MEMRD＃、SBHE＃和BALE信號(hào)可以不用。

LAD〔15：0〕是16位的數(shù)據(jù)總線。LA〔23：2〕和ISAA〔1：0〕共同組成ISA的地址總線，對于8位的數(shù)據(jù)總線，ISAA〔1：0〕相當(dāng)于LA〔1：0〕，它們一起進(jìn)行地址譯碼。而對于16位的數(shù)據(jù)線，每次讀寫兩個(gè)字節(jié)，這時(shí)ISAA〔0〕不用，ISAA〔1〕和LA〔23：2〕一起進(jìn)行地址譯碼。需要注意的是，并不是所有的地址線都要進(jìn)行地址譯碼，這里要根據(jù)板卡上實(shí)際I／O口空間的大小選擇譯碼地址線的數(shù)目。對于我們的板卡，LA〔3：2〕和ISAA〔1〕地址譯碼是必需的（ISAA〔1〕為低位），當(dāng)然，所有的地址線都參加地址譯碼也是可以的。

IOWR＃和IOWD＃是局部端口讀寫信號(hào)。LCLK是ISA端時(shí)鐘信號(hào)，按芯片要求外接8MHz的時(shí)鐘。LRESET＃是9052芯片上電時(shí)PCI端復(fù)位后所發(fā)出的對ISA端進(jìn)行復(fù)位的信號(hào)。在ISA模式下，該信號(hào)輸出高有效。

LINTi1和LINTi2是局部總線中斷輸入信號(hào)，這里，我們只

用到LINTi1信號(hào)，由于9052內(nèi)部沒有對這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行上拉或下拉處理，因此，在外部將LINTi2上拉或下拉到一個(gè)確定的狀態(tài)。

NOWS＃是無等待標(biāo)志信號(hào)，此引腳上拉或接地可以減少等待的時(shí)鐘數(shù)。LRDY＃是局部準(zhǔn)備就緒信號(hào)，如果局部芯片沒有提供該信號(hào)，一般對它進(jìn)行下拉或接地處理。CHRDY是局部通道準(zhǔn)備好信號(hào)，一般要進(jìn)行上拉處理。LHOLD是局部總線請求信號(hào)，應(yīng)該進(jìn)行下拉或接地處理。MODE是模式選擇信號(hào)，由于我們使用的是ISA非復(fù)用模式，因此該引腳接地。

在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，要嚴(yán)格遵循PCI規(guī)范。電源和地線要盡可能寬且電源濾波要良好，在芯片的每個(gè)電源引腳最好接0．1μF的濾波電容。由于PCI時(shí)鐘信號(hào)的一半要靠反射波來提升，因此，時(shí)鐘信號(hào)CLK走線長度近似為2500 mil。prstn1和prstn2兩者必須有一個(gè)接地，主板就是靠這兩個(gè)信號(hào)來判斷這個(gè)插槽上是否有卡的。用作上拉或下拉的電阻一般取值2．2 k歐姆即可。一般來說，PCI板卡推薦做4層板，其實(shí)只要布線合理做兩層板也是可以的。

串行EEPROM端信號(hào)有以下幾種：時(shí)鐘信號(hào)（EECK）、讀數(shù)據(jù)信號(hào)（EEDO）、寫數(shù)據(jù)信號(hào)（EEDI）和片選信號(hào)（EESC），分別和EEPROM相應(yīng)管腳相連即可。

2．3　串行EEPROM的配置

與ISA總線相比，PCI總線支持三個(gè)物理空間：存儲(chǔ)器地址空間、I／O地址空間和配置空間。配置空間是PCI所特有的一個(gè)空間，所有的PCI設(shè)備必須提供配置空間。串行EEPROM存儲(chǔ)了PCI9052重要的配置信息，如設(shè)備號(hào)DID、制造商號(hào)VID、子設(shè)備號(hào)SDID、子制造商號(hào)SVID、中斷號(hào)、設(shè)備類型號(hào)、局部空間基地址、局部空間描述符、片選響應(yīng)以及局部響應(yīng)控制CNTRL等信號(hào)。EEPROM的內(nèi)容非常重要，它直接關(guān)系到整個(gè)板卡能否正常工作，在設(shè)計(jì)時(shí)要非常注意。

系統(tǒng)加電時(shí)，通過PCI的RST復(fù)位以后，PCI9052首先檢測EEPROM是否存在。如果檢測到EEPROM首字不是FFFFH，PCI9052將依次讀取EEPROM的內(nèi)容來初始化內(nèi)部寄存器。PCIBIOS根據(jù)配置寄存器的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)資源分配，這樣，整個(gè)PCI設(shè)備的資源才不會(huì)發(fā)生沖突，從而實(shí)現(xiàn)了PCI總線的即插即用的特性。

PCI9052的內(nèi)部寄存器為總線接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了最大的靈活性，這些寄存器可以分為兩類：PCI配置寄存器和局部配置寄存器。PCI配置寄存器有6個(gè)基地址寄存器，這些基地址是在系統(tǒng)中的物理地址。其中，基地址0和基地址1分別是以內(nèi)存方式和I／O方式訪問局部配置寄存器的基地址，基地址2和基地址3分別映射到局部基地址0和局部基地址1。局部總線配置寄存器用于設(shè)定局部總線的工作方式，如基地址和地址范圍等。實(shí)際上，9052在PCI和ISA總線之間起到一個(gè)翻譯作用，要訪問ISA端地址只需對PCI端基地址進(jìn)行操作就可以了。對于我們的設(shè)計(jì)，EEPROM的值及裝入順序如表1所示。

表1中，DID和VID是PLX公司的標(biāo)志，一般不能更改。操作系統(tǒng)就是通過DID、VID、SDID、SVID及設(shè)備類型碼來識(shí)別不同廠家的設(shè)備的。

在ISA模式下，局部空間1必須映射為I／O空間，局部空間0必須映射為內(nèi)存空間。另外要注意：在ISA模式下雖然不存在片選信號(hào)，但我們必須設(shè)置它，使它的值和局部空間1的基地址和范圍相匹配，否則，局部地址空間無法響應(yīng)PCI的控制指令。同樣，如果用到局部地址空間0，也要設(shè)置它的值。

對于PCI9052芯片，它的配置寄存器的內(nèi)容是在芯片復(fù)位時(shí)通過串行EEPROM加載的。在ISA模式下，串行EEPROM一定不能省略，我們一般使用松下公司的NM93CS46或與之兼容的存儲(chǔ)器。配置寄存器的內(nèi)容編寫完以后，可以用編程器寫入EEPROM中。另外，也可以通過主機(jī)在線燒寫，但由于各種原因，成功率很低。

3 板卡調(diào)試         

板卡做好以后，就可以插入主機(jī)板的PCI插槽中進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試的過程中，為了跟蹤信號(hào)的變化通常要用到數(shù)字示波器，另外，還需要一個(gè)軟件調(diào)試工具。PLX公司提供了一個(gè)905X的專用調(diào)試軟件PLXmon，我們可以從它的網(wǎng)站免費(fèi)下載。PLXmon包括以下功能：PCI總線的探測與選擇；配置寄存器的檢查和修改；內(nèi)存空間的顯示、修改和填充；EEPROM內(nèi)容的讀寫等。利用這個(gè)工具，我們可以很清楚地看到EEPROM的內(nèi)容以及PCI配置寄存器和局部端配置寄存器的內(nèi)容，另外，用戶還可以進(jìn)行內(nèi)存和I／O端口的讀寫。

此外，我們也可以用WinDriver或SoftICE軟件進(jìn)行板卡調(diào)試，但總的來說，使用起來都不如PLXmon方便。有了開發(fā)工具，設(shè)計(jì)者就可以根據(jù)板卡的具體要求進(jìn)行調(diào)試了。

4　驅(qū)動(dòng)程序的編寫

板卡調(diào)試成功以后就可以編寫驅(qū)動(dòng)程序了。目前，編寫驅(qū)動(dòng)程序最常用的工具是VtoolsD和WinDriver，它們都是專門的驅(qū)動(dòng)開發(fā)工具。尤其是WinDriver，開發(fā)人員不需要掌握WINDOWS驅(qū)動(dòng)編程的知識(shí)，利用它的向?qū)Чぞ?，能很快地開發(fā)出高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)程序。

在Windows9x環(huán)境下，操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理硬件資源，出于安全性考慮，ring3層應(yīng)用程序不能直接訪問硬件（I／O端口訪問除外），因此，必須編寫運(yùn)行在ring0層的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（VxD）來響應(yīng)系統(tǒng)底層的中斷。如果板卡只有I／O操作，而沒有用到中斷和內(nèi)存操作，可以不用編寫驅(qū)動(dòng)程序，直接在應(yīng)用程序里實(shí)現(xiàn)輸入輸出就可以了。編程的方法是先找到板卡，再找到卡中與我們用到的局部空間相對應(yīng)的PCI基地址，然后就可以根據(jù)要求對這個(gè)基地址進(jìn)行操作了。如果在WINDOWS98以上版本的操作系統(tǒng)下，就要編寫WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序了。

5　結(jié)束語

由于PCI總線數(shù)據(jù)吞吐量大，傳輸速率高，在微機(jī)接口設(shè)計(jì)中，基于PCI總線的設(shè)計(jì)成為主流。PCI9052是一款優(yōu)秀的PCI接口芯片，設(shè)計(jì)者用它可避免直接面對復(fù)雜的PCI總線協(xié)議，降低了設(shè)計(jì)難度，從而使用戶可以集中精力解決具體的應(yīng)用問題，縮短了開發(fā)周期。實(shí)踐證明，PCI9052為開發(fā)作為總線接口目標(biāo)設(shè)備的產(chǎn)品，特別是對基于ISA總線的接口板向PCI的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便。