PCI總線接口芯片9054及其應用

概述

pci9054是由美國plx公司生產的先進的pci i/o加速器，采用了先進的plx數據流水線結構技術，是32位、33mhz的pci總線主i/o加速器；符合pci本地總線規范2.2版，突發傳輸速率達到132mb/s，本地總線支持復用/非復用的32位地址/數據；有m、c、j三種模式；針對不同的處理器及局總線特性可選，盡量減少中間邏輯；具有可選的串行eeprom接口，本地總線時鐘可和pci時鐘異步。pc9054內部有6種可編程的fifo，以實現零等待突發傳輸及本地總線和pci總線之間的異步操作；支持主模式、從模式、dma傳輸方式，因其強大的功能可應用于適配卡和嵌入式系統中。pci 9054是一種性價比較高的pci橋路芯片，比pci9080、pci9050等性能更優越。

pci 9054其內部原理如圖1所示。它采用先進的plx數據管道結構技術，是32bit、33mhz的pci總線主i/o加速器。

pci9054主要特性如下：

·符合pci v2.1，v2.2規范，包含pci電源管理特性。

·支持vpd（vital product data）的pci擴展。

·支持pci雙地址周期，地址空間高達4gb。

·具備120準備報文單元，完全兼容120 v1.5規范。

·提供了兩個獨立的可編程dma控制器，每個通道均支持塊和

scatter/gather的dma方式，dma通道0支持請求dma方式。

·在pci啟動模式下，pci 9054可插入類型1和類型2的配置周期。

·pci和local bus數據傳送速率高達132mb/s。

·支持本地總線直接接口motorola mpc850或mpc860系列、intel i960系列、ibm ppc401系列及其它類似總線協議設備。 ·本地總線速率高達50mhz；支持復用/非復用的32bit地址/數據；本地總線有三種模式；m模式、c模式和j模式，可利用模式選擇引腳加以選擇。

·具有可選的串行eeprom接口。

·具有8個32bit mailbox寄存器和2個32位doorbell寄存器。

功能描述

pci9054的物理總線接口

pci9054提供了三種物理總線接口：pci總線接口，local總線接口及串行eprom接口。local總線的數據寬度為32位，時鐘頻率可達到50mhz并且支持數據預取功能。

pci9054的總線操作包括pci總線操作和本地總線操作。對于pci總線操作，它完全遵守2.2版本pci規范。pci9054本地總線支持非多路復用32位地址/數據總線，多路復用32位和8位，16位或32位本地總線設備從屬訪問，運行速率高達50mhz，可以獲得200mb/s的本地總線突發傳輸速率。

pci9054的local總線與pci總線之間數據傳輸有三種方式：主模式(direct master)、從模式(direct slave)和dma方式。其內部具有兩個dma數據通道，雙向數據通路上各有6個fifo進行數據緩沖，可同時進行高速的數據接收和發送。8個32位maibox寄存器可為雙向數據通路提供消息傳送。

pci9054還提供了一個串行eeprom接口，容量2k字節。在配置存儲器中存放了廠家標志、設備標志以及本地總線的基地址空間、i/o空間和中斷控制信號等信息。初始化時，系統自動將串行eeprom中的配置參數裝入pci配置寄存器，并根據本地總線對內存、i/o端口和中斷的需求統一劃分，自動配置。其中本地端寄存器也可以由本地cpu讀寫，直接進行配置。

pci9054工作模式

pci9054有3種工作模式：c、m和j模式。m模式主要針對motorola公司高性能mpc850/860的應用而設計，主要應用在電信領域。j模式的接口設計相對比較復雜，通常用的是c模式。

c模式下pci9054分為pci initiator操作和pci target操作。在pci initiator操作過程中，本地處理器或本地總線主控設備能夠直接通過pci9054訪問pci總線，發起local-to-pci的數據傳輸。而在pci target操作過程中，pci總線主控設備可以以可編程的等待狀態、總線寬度和突發傳輸功能訪問pci9054的三個本地空間(空間0，空間1和擴充rom空間)。

pci9054的dma突發模式

pci9054集成了兩個相互獨立的dma通道，每個通道都支持block dma和scatter/gather dma，通道0還支持demand dma傳輸方式
block dma要求pci主機或local主機提供pci和local的起始地址、傳輸字節數、傳輸方向。主機設定dma開始位啟動數據傳輸，一旦傳輸完成，pci9054設定dma"傳輸結束位"結束dma。如果啟動中斷允許位，在傳輸結束時pci9054將向主機申請中斷。在dma傳輸中，pci9054既是pci總線的主控器又是local總線的主控器。

scatter/gather dma要求主機在pci空間或local空間設定descriptor模塊，模塊包括pci和local的起始地址、傳輸字節數、傳輸方向和下一個descriptor模塊的地址。pci9054載入第一個descriptor模塊并發起傳輸，連續加載下一個模塊，直到它偵測到“鏈結束位”有效，pci 9054設置“傳輸結束位”，或者申請pci或local中斷。這種模式下，pci9054也可以在每個模塊加載時有效中斷信號，結束dma傳輸。若descriptor模塊在本地存儲空間，可以編程使dma控制器在每次dma傳輸結束后清除傳輸字節數。

pci9054寄存器

pci9054內部提供了5種寄存器：pci配置寄存器、本地端配置寄存器、運行時間runtime寄存器、dma寄存器和120信息寄存器。下面對pci配置寄存器和本地端配置寄存器的功能做簡要介紹。

pci配置寄存器也就是我們常說的pci配置空間，它提供了配置pci的一些信息。其中venderid，deviceid，revisionid，headertype，classcode用于pci設備的識別。

命令寄存器（command）包含設備控制位，包括允許存儲器讀寫響應等。

狀態寄存器（status）用于記錄pci總線的相關事件。

pci配置寄存器提供了6個基地址寄存器，這些基地址都在系統中的物理地址范圍內，其中base0和base1用來訪問其他配置寄存器的基地址，base1是其他配置寄存器映射到pci端內存的基地址，base2是其他寄存器映射到pci端i/o的基地址。

可以通過pci端內存和pci端i/o來訪問local配置寄存器與其他3種寄存器。base2~5四個空間提供了訪問本地端所接的4個芯片（當然可以少于4個），它們將本地端的芯片通過本地端地址（在local配置寄存器中設）翻譯成pci的地址，也就是將本地的芯片映射到系統的內存或i/o口。這樣使得用程序操作這一段內存（或i/o）實際上就是對本地的芯片操作。

本地端配置寄存器提供了本地端的一些信息，如圖2 c模式部分時序圖

lclk：輸入信號，時鐘信號

lhold：輸入信號，申請使用本地總線

lholfa：輸入信號，對lhold應答

基于pci9054的pci接口設計

pci 9054 以其強大的功能和簡單的用戶接口，為pci總線接口的開發提供了一種簡潔的方法，設計者只需設計出本地總線接口控制電路，即可實現與pci總線的高速數據傳輸。

圖3是應用pci9054作為接口芯片，開發pci總線擴展卡的總體硬件框架圖

下面簡單介紹以pci9054為接口芯片的網卡設計。

硬件設計

見圖4

第一部分是9054和pci插槽間的連接信號線。這些信號包括地址數據復用信號ad[31:0]，總線命令信號c/be[3:0]#和pci協議控制信號par、frame#、irdy#、trdy#、stop#、idsel、perr#和serr#。

第二部分是9054與eeprom的連線。這里有四根信號線：eesk、eedo、eedi、eecs，串行eeprom的數據通過燒寫編程的方式，也可以通過本地cpu直接編程的方式來完成初始化。

第三部分就是9054與應用電路的連接。其中la地址總線、ld數據總線、lbe#字節使能信號和cpld相連；lw/r讀寫信號、blast#、ready#、ads#和8051單片機相連。

pci9054工作在初始化器模式時，要求本地端的總線是32位的。在這里，用cpld實現將80c51單片機的8位數據與16位地址轉換成32位的數據和地址，使用ram的目的是提高8051的數據傳輸速度和處理復雜的tcp/ip協議，eeprom用來保存相關的信息狀態等。

軟件設計

軟件程序主要分為兩大部分，一是對pci9054芯片的pci端配置寄存器和本地端配置寄存器進行正確的編程配置；二是網絡通訊，包括網卡初始化、發送控制和接收控制3部分。

結束語

在實踐開發中我們發現，用pci9054開發各種高速數據采集系統、圖象處理系統等pci設備，能夠減少許多相應的外圍器件，降低開發難度，縮短開發周期，大幅度壓縮成本。