引言
IDT70V28L(雙口RAM)的存取時間大于20ns，PCI9052工作于25MHz，其存取時間要大于雙口RAM的存取時間。PCI9052是發(fā)起交易的主動者，相當于一個慢速器件訪問快速器件，通過可編程器件，可以把PCI9052讀寫控制信號直接傳遞給IDT70V28L，完成時序的匹配。
為將PCI9052的局部邏輯轉(zhuǎn)換為雙口RAM的讀寫控制信號和地址信號，本設計采用了可編程器件來實現(xiàn)它們之間的接口邏輯電路。在可編程器件設計中，狀態(tài)機的設計方法是應用最廣泛的設計方法之一。有限狀態(tài)機是一種簡單、結(jié)構(gòu)清晰、設計靈活的方法，它易于建立、理解和維護，特別應用在具有大量狀態(tài)轉(zhuǎn)移和復雜時序控制的系統(tǒng)中，更顯其優(yōu)勢。鑒于其優(yōu)勢，本設計采用了Verilog HDL描述的狀態(tài)機來實現(xiàn)該接口的時序邏輯，并通過仿真工具驗證了該設計的正確性。
1 PCI9052和雙DRAM
1．1 PCI9052簡介
PCI9052是PLX公司繼PCI9050之后開發(fā)的低價位總線目標接口芯片，低功耗，符合PCI2．1規(guī)范，它的局部總線(LOCAL BUS)可以通過可編程設置為8／16／32位的(非)復用總線，數(shù)據(jù)傳輸率可達到132Mb／s。它的主要功能和特性如下：
(1)異步操作。PCI9052的Local Bus與PCI總線的時鐘相互獨立運行，兩總線的異步運行方便了高、低速設備的兼容。Local Bus的運行時鐘頻率范圍為0～40MHz，TTL電平；PCI的運行時鐘頻率范圍0～33MHz。
(2)可編程的局部總線配置。PCI9052支持8位、16位或32位Local Bus，它們可以是復用或非復用。PCI9052有4個字節(jié)允許(LBE[3：0]#)信號，26條地址線(LA[27：2])，乖和32位、16位、8位數(shù)據(jù)線(LAD[3l：0])。
(3)直接從(目標)數(shù)據(jù)傳送模式。PCI9052支持從PCI總線到Local Bus的猝發(fā)存儲器映射空間的傳送和I／O訪問。讀和寫FIFO允許在PCI和局部總線之間的高性能猝發(fā)。PCI總線被允許猝發(fā)，這樣Local Bus能被設置成猝發(fā)或持續(xù)單周期。
(4)4個局部片選。PCI9052提供4個片選，每個片選的基地址和范圍被編程成獨立的由SEEPROM或主機。
(5)5個局部地址空間。每個局部地址空間的基地址和范圍被由SEEPROM或主機編程成唯一的。
1．2 雙口RAM
IDT70V28是高速64k×16的雙端口靜態(tài)RAM。它能被設計為1024kb的雙端口RAM或者是32位字主從雙端口RAM。該雙口RAM提供兩個獨立的具有控制、地址和I／O引腳的端口。它的主要特性如下：a．可同時訪問雙端口同一存儲器空間；b．高速存儲訪問，訪問速度可達到20ns；c．低功耗運行；d．同過將多個設備級聯(lián)，可以方便地將數(shù)據(jù)線寬擴展到32位或更高；e．具有‘busy’和‘interrupt’旗語。避免訪問沖突：f．可以獨立訪問端口。
2 PCI和雙口RAM之間的接口設計
為了解決PCI9052和雙口RAM之間讀寫時序不匹配的問題，采用可編程邏輯器件CYCLONE-II來實現(xiàn)它們之間的接口電路，其信號連接關系如圖1所示。
PCI9052對雙口RAM發(fā)出讀寫指令需在FPGA配置完之后，這可以通過查詢CONF_DONE(和USERl相連)和INIT_DONE(和USER3相連)來確定FPGA是否配置完成。如采樣INIT_DONE信號，當其為高，表明FPGA配置完成；如采樣CONF_DONE，當其為高，則PCI9052還需要等待tCD2UM(min=18 μs，max=40 μs)時間后，才能對雙口RAM進行讀寫操作雙口RAM使用的是IDT70V28L，它的存取時間大于20ns。PCI9052采用非復用、單周期讀／寫模式，工作于25MHz時鐘，PCI訪問存儲器是以32位位寬，每讀寫操作一次在Local Bus上都對應2次16位位寬的操作，為了防止相鄰二次交易的沖突，每次狀態(tài)機都是以檢測ADS信號有效開始一次讀寫訪問，且插入一個NXDA等待周期。具體讀寫操作實現(xiàn)過程如下。
2．1 PCI9052寫過程
寫過程是用狀態(tài)機加以描述，該狀態(tài)機有6個狀態(tài)，分別是寫空閑、寫開始、寫等待數(shù)據(jù)、寫過程、寫過程等待和寫結(jié)束。具體的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。
當系統(tǒng)復位后，BTERM、M S被拉高，LHOLD、MODE拉低，寫控制信號無效，狀態(tài)機處于寫空閑狀態(tài)。
當狀態(tài)機處于寫空閑狀態(tài)時，在每次上升沿采樣到ADS有效和LW R為高電平，且訪問雙口RAM空間(CS0或CSl有效)，狀態(tài)機就進入寫開始狀態(tài)。在寫開始狀態(tài)，狀態(tài)機等待未進行一定的操作。接著是寫等待數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時根據(jù)片選信號CS0和CSl的值譯出SEML、CEOL、CElL，并輸出有效的地址和控制信號R WL、UBL、LBL到雙口RAM。接著是寫過程狀態(tài)，為了得到有效的數(shù)據(jù)，該過程未對輸入輸出操作。然后是寫過程等待狀態(tài)，此時，置LRDY信號有效且輸出有效的數(shù)據(jù)到雙口RAM。最后是寫結(jié)束狀態(tài)，將片選信號CEOI。、CElL、SEMI。置位無效，在該過程的下一個周期將其余的寫控制信號置為無效，狀態(tài)機恢復為寫空閑狀態(tài)。
2．2 PCI9052讀過程
讀過程也是用狀態(tài)機加以描述，該狀態(tài)機有6個狀態(tài)，分別是讀空閑、讀開始、讀等待數(shù)據(jù)、讀過程、讀過程等待和讀結(jié)束。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖3所示。
當系統(tǒng)復位后，BTERM、M S被拉高，LHOLD、MODE拉低，讀控制信號無效，狀態(tài)機處于寫空閑狀態(tài)。
當狀態(tài)機處于讀空閑狀態(tài)時，在每次上升沿采樣到ADS有效和LW R為低電平，且訪問雙口RAM空間(CS0或CSl有效)，狀態(tài)機轉(zhuǎn)到讀開始狀態(tài)。接著是讀等待數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時根據(jù)片選信號CS0和CSl的值譯出SEML、CE0L、CElL，并輸出有效的地址和控制信號R WL、UBL、LBL、OEL到雙口RAM。接著是讀過程狀態(tài)，為了得到有效的數(shù)據(jù)，該過程未對輸入輸出操作。然后是讀過程等待狀態(tài)，此時，置LRDY信號有效且輸出有效的數(shù)據(jù)到PCI9052。最后是寫結(jié)束狀態(tài)，在該過程的下一個周期將讀控制信號置為無效，狀態(tài)機恢復為讀空閑狀態(tài)。
3 FPGA仿真實現(xiàn)
在Modelsim開發(fā)平臺下，實現(xiàn)了PCI9052讀寫雙口RAM的仿真過程，該仿真波形如圖4所示。從仿真波形可以看出該代碼可以實現(xiàn)將PCI90-52的讀寫控制信號轉(zhuǎn)換成雙口RAM的讀寫控制信號，完成時序的匹配。
4 結(jié)語
本設計采用了可編程邏輯芯片來實現(xiàn)PCI訪問雙口RAM的接口電路，該接口電路具有可改性與適用性。隨著微電子技術的發(fā)展，可編程器件的容量已經(jīng)達到千萬門級，越來越多過去必須由專用芯片或器件才能完成的工作現(xiàn)在都可以通過設計軟件由FPGA來實現(xiàn)了。硬件的軟件化已經(jīng)成為電子行業(yè)中不可阻擋的趨勢。
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