PCI總線接口芯片PCI 9052及其應(yīng)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(fù)用局部總線，該總線是以intel為首的多家集團設(shè)計的，pci總線可以同時支持多組外圍設(shè)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(dāng)今pc領(lǐng)域中流行的總線。

pci總線協(xié)議非常復(fù)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(shè)計即可，但這種方法難度較大，設(shè)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(biāo)模塊的功能，則可將復(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)計轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。但這種方法難度較大，設(shè)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(biāo)模塊的功能，則可將復(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(shè)計者的良好接口，都大大減少了設(shè)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(shè)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(biāo)）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(shè)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(fù)用或非復(fù)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(yù)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(yīng)為32位寬度（下一地址=當(dāng)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(shè)備信息（網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(yù)鎖存計數(shù)器可以編程為（無預(yù)鎖存）4、8、16或連續(xù)值（預(yù)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(yù)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(biāo)鎖定機制，pci主控設(shè)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(biāo)接口芯片，可為非pci設(shè)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(fù)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(fù)位

當(dāng)pci總線輸入復(fù)位信號時，pci總線全部輸出呈高阻態(tài)，此時pci9052整體復(fù)位并輸出lreset信號，pci總線上的主控設(shè)備也可以通過軟件設(shè)置雜項控制寄存器（cntrl：50h）的第30位為1，來使pci9052復(fù)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(fù)位狀態(tài)，而且此時主設(shè)備只能訪問配置寄存器，而不能訪問局部總線。當(dāng)cntrl[30]=0時，系統(tǒng)將清除pci9052的復(fù)位狀態(tài)。

（3）串行eeprom

復(fù)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(shè)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(shè)備能直接訪問局部總線上的從設(shè)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(shè)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(yīng)用

pci9052接口芯片作為通用pci接口，其應(yīng)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(shè)計生產(chǎn)的火災(zāi)報警控制系統(tǒng)中原有的actnet網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(shè)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(yīng)當(dāng)特別注意的是，isa接口模式下，串行eeprom是必需的。

具體設(shè)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(dāng)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(biāo)準從周期能夠用于訪問空間2、空間3和串行eeprom。

在設(shè)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±100mil，這些條件一定要嚴格遵守，尤其是clk信號線長度的要保證在要求的范圍內(nèi)，否則，pci插件工作將不正常，并會出一些怪現(xiàn)象，另外，pci卡上最好在從槽上引的電源上多加幾個電容，所有電源都必須退藕。用作上拉或下拉的電阻一般取值2.2kω即可。

還有一個要注意的是，pci信號中prsnt1和prsnt2必須至少有一個接地，否則，系統(tǒng)肯定找不到卡，主板就是靠這兩個信號來判斷這個插槽上是否有卡，而其接法同pci卡使用的功率有關(guān)，具體的含義如下（open表示懸空，ground表示接地）:

prsnt1 prsnt2 含義

open open no card

ground open 25w

oben ground 15w

ground ground 7.5w

最后，由于pci9052沒有提供符合工業(yè)標(biāo)準ieee 1149.1邊界掃描接口，pci規(guī)范中涉及到的5個邊界掃描信號中的trst、tck、tms要懸空、tdi和tdo在板上要短接，以免掃描鏈被打斷。

結(jié)束語

實踐證明，pci9052是一款優(yōu)秀的pci接口芯片，該芯片對基于isa總線的接口向pci的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便，設(shè)計者用它可避免直接面對復(fù)雜的pci總線協(xié)議。因為，用pci9052開發(fā)的產(chǎn)品，可減少外圍器件，降低了開發(fā)難度，同時也縮短了開發(fā)周期，延長了產(chǎn)品的生命期。