PCI總線接口芯片PCI 9052及其應用

PCI（Peripheral Compornent Interconnect，即外圍部件互連）總線是一種先進的高性能32/64位地址數(shù)據(jù)復用局部總線，該總線是以INTEL為首的多家集團設計的，PCI總線可以同時支持多組外圍設備，且處理器和時鐘頻率無關(guān)，可以提供高達132MB/s的數(shù)據(jù)傳送速率，PCI總線具有嚴格的規(guī)范，只要符合PCI規(guī)范的擴展卡，那么，插入任何PCI系統(tǒng)就能可靠地工作，是當今PC領域中流行的總線。

PCI總線協(xié)議非常復雜，目前實現(xiàn)PCI接口的有效方案分為兩種：即使用可編程邏輯器件和使用專用總線接口的器件，可編程邏輯器件實現(xiàn)PCI接口比較靈活，可以利用的器件比較多，現(xiàn)在有許多生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠商（如Xilinx的Logicore和Alerra的AMPP）都提供經(jīng)過嚴格測試的PCI接口功能模塊，用戶只要進行組合設計即可，但這種方法難度較大，設計周期較長。而采用專用接口器件實現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標模塊的功能，則可將復雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對簡單的用戶接口，用戶只要設計轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。但這種方法難度較大，設計周期較長，而采用專用接口器件實現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標模塊的功能，則可將復雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對簡單的用戶接口，用戶只要設計轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。雖然這種方式不夠靈活，但由于其對PCI協(xié)議的良好支持，以及提供給設計者的良好接口，都大大減少了設計開發(fā)的難度和周期，現(xiàn)有的PCI接口芯片主要有AMC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI9805x系列。PLX公司的PCI9052就是一款較常用的總線接口芯片。

PCI9052芯片介紹

PCI9052是PLX技術(shù)公司繼PCI9050之后推出的低成本、低功耗、高性能總線接口芯片，通過該芯片可以使多種局部總線快速轉(zhuǎn)換到PCI總線上。

◇ 主要特點

（1）兼容PCI V2.1協(xié)議特性。PCI9052芯片與PCI協(xié)議V2.1版兼容，可支持低成本的從模式適配設備，也支持從ISA適配卡向PCI適配卡的轉(zhuǎn)換。

（2）采用直接從（目標）模式傳送數(shù)據(jù)。支持突發(fā)存儲器映射和I/O映射方式，可從PCI總線到局部總線上存取數(shù)據(jù)。讀寫FIFO（先入先出）寄存器使得局部總線和PCI總線具有高性能的突發(fā)方式，PCI總線總是工作在突發(fā)方式，但是局部總線可以設置成突發(fā)方式或者連續(xù)單周期方式。

（3）帶有中斷發(fā)生器，可以從兩個局部總線中斷輸入中生成一個PCI中斷。

（4）PCI9052局部總線接口運行于TTL時鐘，并可生成必要的內(nèi)部時鐘，局部TTL時鐘與PCI時鐘異步工作，并允許局部總線獨立于PCI時鐘工作，其緩沖PCI總線時鐘（BCLKO）可與局部總線時鐘（LCLK）相連。

（5）PCI9052局部總線配置可編程。支持復用或非復用的8/16/32bit局部總線，芯片有4字節(jié)使能（LBE [3：0]#）、26根地址線（LA[27：2]）和32/16/8bit數(shù)據(jù)線（LAD[31：0]）。

（6）支持先讀模式、即預取數(shù)據(jù)可從PCI9052內(nèi)部的FIFO寄存器讀取，用以代替局部總線，但地址必須是前一條地址的后續(xù)地址，且應為32位寬度（下一地址=當前地址+4）。

（7）所有控制、地址和數(shù)據(jù)信號都可由PCI9052直接生成，用于驅(qū)動PCI和局部總線，而無需額外驅(qū)動電路。

（8）帶有串行EEPROM接口，可用于加載配置信息，這對于裝載一個特定的適配設備信息（網(wǎng)絡節(jié)點號、廠商類型碼和片選等）是很有用的。特別是將PCI9052轉(zhuǎn)換為ISA接口模式時，串行EEPROM是必需的。

（9）提供了四個局部片選信號，其基地址和每一個片選的范圍可由串行EEPROM配置，也可由主控制器在線編程。

（10）具有五個局部地址空間，基地址和每一個局部地址空間的范圍可由串行EEPROM配置或由主控制器在線編程。

（11）支持Big Endian和Little Endian字節(jié)間的轉(zhuǎn)換。當局部總線是16位寬度或8位寬度時，PCI9052同時支持Big Endian字節(jié)模式轉(zhuǎn)換為字或字節(jié)寬度。

（12）為了匹配以前的接口讀/寫（RD#/WR#）信號，可以從時鐘周期的開始延時（例如ISA總線接口）。

（13）附加的LRDYi#（local ready input）握手信號可用于產(chǎn)生各種等待狀態(tài)，PCI9052內(nèi)有等待狀態(tài)發(fā)生器（讀/寫地址到數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)到地址之間）。

（14）局部總線預鎖存計數(shù)器可以編程為（無預鎖存）4、8、16或連續(xù)值（預鎖存計數(shù)器關(guān)閉）模式，如果使用了連續(xù)地址（必須是32位），則預鎖存數(shù)據(jù)可以作為緩沖數(shù)據(jù)來使用。

（15）PCI9052兼容PCI V2.1協(xié)議延時讀的4種模式，即PCI讀和寫刷新模式、PCI讀無刷新模式、PCI讀無寫模式和PCI寫模式。

（16）帶有一個可編程PCI讀寫重試延遲計時器，可以為PCI總線產(chǎn)生一個重試信號。

（17）帶有ISA邏輯接口模式，支持PCI總線到ISA總線的單周期存儲器（8位或16位）讀寫和I/O訪問。

（18）支持PCI目標鎖定機制，PCI主控設備可以通過鎖定信號獨占對PCI9052的訪問。

（19）PCI總線傳輸速率達132MB/s。

◇ 結(jié)構(gòu)組成

圖1所示是由PCI總線接口芯片、局部總線接口和串行總線接口組成的接口電路。

◇ 器件功能

PCI9052作為總線目標接口芯片，可為非PCI設備與PCI總線提供數(shù)據(jù)通道，PCI9052的主要功能如下：

（1）初始化

上電時，PCI9052的內(nèi)部寄存器將由PCI總線的RST信號復位成默認值，并在局部總線上輸出LRESET信號，以檢驗串行EEPROM，如果安裝了串行EEPROM且第一個16位字不全為1，則PCI9052用串行EEPROM中的值來配置片內(nèi)寄存器，否則使用缺省值。

（2）復位

當PCI總線輸入復位信號時，PCI總線全部輸出呈高阻態(tài)，此時PCI9052整體復位并輸出LRESET信號，PCI總線上的主控設備也可以通過軟件設置雜項控制寄存器（CNTRL：50h）的第30位為1，來使PCI9052復位并輸出LRESET信號，此時PCI和局部配置寄存器的值不變，PCI9052將一直保持復位狀態(tài)，而且此時主設備只能訪問配置寄存器，而不能訪問局部總線。當CNTRL[30]=0時，系統(tǒng)將清除PCI9052的復位狀態(tài)。

（3）串行EEPROM

復位后，PCI9052將檢查串行EEPROM是否存在，一個有效的低電平START位表示串行EEPROM存在，START位為1表示串行EEPROM不存在，串行EEPROM的第一個字如不全為“1”，PCI9052便可用它進行配置，而如果串行EEPROM不存在或為空，PCI9052則采用缺省值配置，PCI9052總線上的主機可以對串行EEPROM進行讀寫，雜項控制寄存器（CNTRL：50h）的[29：24]位控制著PCI9052對串行EEPROM的位進行讀寫，將雜項控制寄存器位CNTRL[29]置1可以用串行EEPROM重新配置PCI9052。

（4）內(nèi)部寄存器訪問

PCI9052的內(nèi)部寄存器為總線接口的設計與實現(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，兩類都可以通過PCI總線或串行EEPROM來配置。

（5）直接數(shù)據(jù)傳輸模式

PCI總線上的主設備能直接訪問局部總線上的從設備。PCI9052內(nèi)部的配置寄存器可譯碼和映射這些要訪問的局部地址空間，讀寫先入先出寄存器可支持PCI和局部總線之間的高性能突發(fā)傳輸方式。

（6）PCI中斷（INTA）

通過局部中斷輸入（LINTil和LINTi2）或軟件中斷（CNTRL寄存器30位）可以產(chǎn)生一個PCI中斷（INTA）通過PCI9052中斷控制/狀態(tài)寄存器可以禁止或使能某種中斷，PCI9052中斷控制/狀態(tài)寄存器同時可提供各個中斷的狀態(tài)指示。

（7）局部中斷（LINTi[2：1]）

PCI9052提供有2個局部中斷輸入（LINTi[2：1]，通過寄存器INT[2：1]），通過寄存器INTCSR；4Ch可將局部中斷設置成沿觸發(fā)或電平觸發(fā)方式，局部中斷能產(chǎn)生PCI中斷。

（8）系統(tǒng)出錯

如果PCI命令寄存器中的使能奇偶校驗位，檢測到一個地址奇偶校驗出錯時，PCI9052將產(chǎn)生一個SERR信號。

PCI9052的應用

PCI9052接口芯片作為通用PCI接口，其應用場合和范圍是非常廣泛的。隨著PC機的發(fā)展，PCI擴展槽已成為PC機主板的基本配置，而帶ISA擴展槽的PC機已經(jīng)越來越少，ISA擴展槽在PC機中徹底地消失的日子即將到來，在作者所在公司設計生產(chǎn)的火災報警控制系統(tǒng)中原有的ACTNET網(wǎng)絡接口卡是基于ISA總線的插件，現(xiàn)在則要利用PCI9052芯片的ISA模式來對原來的板卡進行升級改造，以使原來的板卡在做少量改動的情況下可以插在PCI總線插槽中正常工作。

這種PCI插卡的借口示意圖如圖2所示，它主要由一片PCI9052、ARCNET網(wǎng)絡控制器以及一些外圍器件構(gòu)成。

PCI9052的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中包含了一個獨立的ISA邏輯接口，用于為ISA總線到PCI總線提供一種簡單的轉(zhuǎn)換。它支持8位和16位數(shù)據(jù)寬度的ISA從設備，也可以是內(nèi)存映射或I/O映射。同時可直接從先讀模式來提高讀取數(shù)據(jù)的吞吐量，一旦ISA接口模式被使能，PCI9052將只執(zhí)行單個周期操作，應當特別注意的是，ISA接口模式下，串行EEPROM是必需的。

具體設計時，可以使用兩種方法配置PCI9052以用于ISA接口模式：一是燒寫串行EEPROM方法，即使用燒寫器將數(shù)據(jù)寫入串行EEPROM；二是熱配置方法，也就是從PCI總線通過PCI9052芯片來燒寫串行EEPROM。

配置注意事項

當為ISA接口模式進行配置時，必須注意以下幾點：

（1）存取ISA接口引腳時，要參照PCI9052引腳的C/ISA模式引腳圖來連線。

（2）空間0分配給ISA接口的內(nèi)存存取。

（3）空間1分配給ISA接口的I/O存取。

（4）無論在空間0還是在空間1，ISA訪問都是有效的。

（5）標準從周期能夠用于訪問空間2、空間3和串行EEPROM。

在設計電路板時，要嚴格遵循PCI規(guī)范，電源和地線要盡可能寬且電源濾波要良好，在芯片的每個電源引腳，最好接0.01-0.1μF的濾波電容，一般來說，PCI編碼推薦做4層板，其實只要布線合理，做兩層板也是可以的，在連線時，要注意PCI規(guī)范中提到的反射波信號，由于驅(qū)動信號的一半要靠反射波來提升，所以對信號線的長度要求為：64位卡的32位信號具備的最大連線長度是1500mil，64位擴展信號的附加信號的連線長度為2000mil，PCI的CLK長度2500mil