基于EPLD技術的PCI總線接口設計

PCI總線自其問世以來，以其諸多優(yōu)點，在當今的計算機系統(tǒng)中得到了廣泛應用，已經(jīng)成為計算機設備的標準接口。本文在認真分析PCI總線的接口信號和接口時序的基礎上，利用EPLD器件設計實現(xiàn)了PCI總線接口。由于EPLD器件支持在線編程，所以可以根據(jù)使用要求將PCI總線接口配置成即插即用和非即插即用兩種形式，這種設計方式結構簡單、集成度高，具有較高的實用價值。

1 PCI總線概述

　　局部總線特別是PCI總線的發(fā)展，打破了PC數(shù)據(jù)傳送的瓶頸。傳統(tǒng)的PC總線結構不能滿足圖形系統(tǒng)和大型應用程序的要求，所以在此基礎上產(chǎn)生和發(fā)展了局部總線。它將計算機外設從I/O總線上移下來，使它們更靠近系統(tǒng)處理器，從而提高了處理器和外設之間的傳送速度。

　　從設備的PCI接口至少需要47條信號線，而主控設備的PCI接口至少需要49條信號線，包括數(shù)據(jù)/地址復用總線、接口控制線、仲裁、總線命令以及系統(tǒng)線等。

　　PCI總線在進行數(shù)據(jù)傳輸時，地址節(jié)拍、總線命令在C/BE[0..3]上由主機輸出，用于說明當前PCI總線周期需要執(zhí)行的功能。其命令如表1所示。

2 PCI總線協(xié)議和讀寫時序

　　PCI總線的傳輸機制是成組數(shù)據(jù)猝發(fā)傳輸，每組數(shù)據(jù)由一個地址脈沖和一個或幾個數(shù)據(jù)脈沖組成。一般基本的PCI傳輸由三個信號控制：

　　信號由PCI主控設備驅動，表示總線操作的開始和結束;

　　信號由PCI主控設備驅動，在讀周期表示主控設備準備接收數(shù)據(jù)，在寫周期表示AD[31..0]上數(shù)據(jù)有效;

　　信號由PCI從設備驅動，在讀周期，表示從設備準備好傳輸數(shù)據(jù)，在寫周期表示從設備準備好接收數(shù)據(jù)。

當數(shù)據(jù)有效時，數(shù)據(jù)源設備需要無條件地設置XRDY有效，一旦主控設備使有效，中途不能改變狀態(tài)，直到信號無效或數(shù)據(jù)傳送結束。

　　PCI是地址/數(shù)據(jù)復用總線，其讀操作的時序如圖1所示。當進行PCI讀傳輸時，首先置低，有效，讀傳輸開始，同時AD[31..0]保持有效地址信號，C/BE[3..0]保持總線命令。如果總線命令為存儲器讀(0110)，AD[31..0]地址在從設備地址范圍內(nèi)，從設備置有效，主控設備驅動,表明主控設備準備好接收數(shù)據(jù)。為避免總線沖突，接下來的一個周期AD[31..0]既不被主控設備驅動，也不被從設備驅動(該周期成為總線轉換周期)，此后AD[31..0]上出現(xiàn)數(shù)據(jù)，C/BE[3..0]變?yōu)樽止?jié)允許信號，主控設備開始檢測信號。如果信號無效(為高電平)，則主控設備自動插入等待周期，如果信號有效，則總線開始傳輸數(shù)據(jù)。在最后一個數(shù)據(jù)脈沖之后，主控設備將和 置為無效,表示傳輸結束。

寫傳輸時，由于地址均由主控設備提供，因此不存在總線轉換周期。其傳輸過程與讀周期基本類似，只是C/BE[3..0]上的總線命令為存儲器寫(0111)，具體的傳輸時序如圖2所示。

3 PCI總線的接口設計方案

根據(jù)以上分析，選用ALTER的高速EPLD器件EPM7128S84來完成PCI總線接口的設計。為簡化起見，選用存儲器作為從設備，其總體結構如圖3所示。

下面將給出用AHDL語言編寫的EPLD控制程序以及仿真結果。為簡單起見，設定從設備為非即插即用類型的PCI插卡，直接將其地址空間配置為0X50000000~0X5FFFFFFF(或在計算機內(nèi)不與其他設備沖突的地址)，時鐘周期選用33MHz，具體的程序如下：

SUBDESIGN pci_if

(

clkin ： input；

frame ： input；

ad[31..0] ： input；

cbe[3..0] ： input；

irdy ： input；

trdy ： output；

devsel ： output；

wr ： output；

cs ： output；

a[10..0] ： output；

)

variable

count[1..0] ： DFF；

da[31..0] ： DFF；

wr1 ： node；

rd1 ： node；

sign1 ： node；

sign2 ： node；

sign4 ： node；

sign3 ： node；

cs1 ： node；

begin

count[1..0].clk=clkin；

　　count[1..0].clrn=!frame；

sign1=(count[]==3)；

if sign1 then count[].d=count[].q；

else

count[].d=count[].q+1；

end if；

　　sign2=(count[]1)!frame；

　　sign3=(count[]>=2)(count[]=3)；

　　sign4=(count[]>=1)(count[]=3)；

da[31..0].clk=sign2!frame；

　　da[31..0].d=ad[31..0]；

　　cs1=!da31da30!da29da28；

　　if cs1 then

devsel=!sign4；

a[10..0]=ad[10..0]；

wr1=!cbe3cbe2cbe1cbe0；

rd1=!cbe3cbe2cbe1!cbe0；

if rd1!irdy then

trdy=!sign3；

　 !cs=cs1!frame；

wr=rd1!frame；

end if；

if wr1!irdy then

trdy=!sign4；

!cs=cs1!frame；

!wr=wr1frame；

end if；

end if；

end ；

　　仿真結果如圖4所示。