基于EP2SGX系列FPGA的PCI接口設計

0 引 言
在現代雷達數據處理系統和其他應用系統中，傳統的ISA、EISA等總線已逐漸無法適應高速數據傳輸的要求。而PCI局部總線以其高性能、低成本、使用方便和適應性等優點成為大多數系統的主流總線。其中常用的33 MHz、32位的PCI總線尖峰傳輸速率為132 MB／s。PCI總線接口相對其他總線接口來說是比較復雜的，它有著嚴格的同步時序要求，且為了實現即插即用和自動配置，PCI總線的配置空間有許多配置寄存器需要設置。本文在簡要介紹PCI總線及其特點的基礎上，介紹了如何利用FPGA設計PCI總線的接口電路，并給出了設計PCI總線接口時應注意的一些問題。

1 PCI總線與數據傳輸規范
PCI總線信號可劃分為如圖1所示的幾種類型。其中64位總線擴展信號、資源鎖存信號和邊界掃描信號是可選的。

PCI總線上的數據傳送是基于猝發傳送的機制，一個猝發傳送包括一個地址相和一個或多個數據相。基本的PCI傳輸由FRAME#、IRDY#和TRDY#信號控制。當數據有效時，數據資源需要無條件設置xRDY#信號(寫操作為IRDY#，讀操作為TRDY#)。接收方可在適當時間發出它的xRDY#信號。FRAME#信號有效后的第一個時鐘上升沿是地址周期的開始，此時傳送地址信息和總線命令。下一個時鐘上升沿開始一個(或多個)數據周期，當IRDY#和TRDY#同時有效時，數據在主、從設備之間傳送。在此期間，可由主設備或從設備分別利用IRDY#和TRDY#的無效而插入等待周期。PCI總線傳輸包含讀、寫和中止3個內容，圖2和圖3所示的時序圖顯示了PCI總線讀、寫操作的傳輸過程。

2 設計考慮及芯片選擇
目前PCI接口主要有2種實現方式：使用專用接口芯片和采用可編程器件。專用芯片如PLX公司的9050等，專用芯片可以實現完整的PCI主控模塊和目標模塊接口功能，將復雜的PCI總線接口轉換為相對簡單的用戶接口。缺點是缺少靈活性，用戶可能只用到了部分的PCI接口功能，造成了一定的邏輯資源浪費。采用FPGA的優點在于其靈活的可編程性，首先PCI接口可以依據插卡功能進行最優化設計，而不必實現所有的PCI功能，可以節約系統的邏輯資源。其次可以將PCI插卡上的其他用戶邏輯與PCI接口邏輯集成在一個芯片上，實現緊湊設計。再者當系統升級時，只需對可編程器件重新進行邏輯設計，而無需更新PCB版圖。