一種基于CPLD的單片機與PCI接口設計方案

在CPLD內設有13個8位寄存器用來保存進行一次PCI總線讀寫時所需要的數據，其中pci_address0～pci_address3是讀寫時的地址數據；

圖1 簡化的PCI寫操作時序

pcidatas0～pci_datas3是要往PCI設備寫的數據；pci_cbe[3～0]保存地址周期時的總線命令；pci_cbe[7～4]保存數據周期時的字節使能命令；pci_data0～pci_data3保存從PCI設備返回的數據；pci_request是PCI總線讀寫操作狀態寄存器，用于向單片機返回一些信息。當單片機往pci_cbe寄存器寫入一個字節的時候，會復位CPLD中的狀態機，觸發CPLD進行PCI總線的讀寫操作；單片機則通過查詢pci_request寄存器得知讀寫操作完成，再從pci_data寄存器讀出PCI設備返回的數據。

CPLD中狀態機的狀態轉移圖如圖2所示。每一個狀態對應FRAME與IRD信號的一種輸出，而其它輸入輸出信號線可由這兩個信號線和pci_cbe的值及TRDY的狀態決定。當FRAME為有效時，AD[31～0]由pci_address驅動，而C/BE[3～0]由pci_cbe低4位驅動；當IRDY有效時，C/BE[3～0]視總線命令，要么由pci_cbe高4位驅動，要么設為高阻態，而AD[31～0]在pci_cbe[0]為“0” （PCI讀命令）時，設為高阻態，而在pci_cbe[0]為“1” （PCI寫命令）時由pci_datas驅動。另外一方面，一旦TRDY信號線變為低電平，AD[31～0]線上的數據被送入pci_data寄存器，而C/BE[3～0]線上的數據被送入pci_request寄存器的低4位。

圖2 狀態轉移圖

考慮到在不正常情況下，PCI設備不會對PCI總線作出響應，即TRDY不會有效，為了不使狀態機陷入狀態S2的僵持局面，另外增設了一個移位計

PCI總線操作是否正確完成，可查詢pci_request的最高位是否為“1”，而IRDY與FRAME的值可分別查詢pci_request的第4位和第5位。這兩位反映了PCI總線操作所處的狀態，兩位都為“1”時可以認為PCI總線操作已經完成。在實踐中，如果單片機的速度不是足夠快的話，可以認為PCI總線操作總是即時完成的。

2 PCI設計接口實現

2.1 CPLD VHDL程序設計

我們針對8位單片機控制PCI以太網卡進行了程序設計，CPLD器件選用Xilinx的XC95216系列。針對以太網卡的特點在邏輯上進行了再次簡化，最終程序將適配進XC95261芯片中，并在實踐中檢驗通過。

以太網卡僅支持對配置空間和I/O空間的讀寫操作，而且這兩個空間的地址都可以設置在0xFF以內，所以可以只用一個pci_address0寄存器，其它地址都直接設為“0”；如果再限制，每次只往網卡寫入一個字節數據，則可以只用一個pci_datas0寄存器，其它數值在具體操作時設成與pci_datas0寄存器的一樣即可。