PCI9054芯片接口設(shè)計中若干問題的深入研究
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PIC9054是PLX公司推出的一種32位33MHz的PCI總線主控I/O加速器。它采用多種先進(jìn)技術(shù)，使復(fù)雜的PCI接口應(yīng)用設(shè)計變得相對簡單。該芯片是目前主流的PCI接口芯片之一，其功能和性能如下：
·符合PCI V2.2規(guī)范，包含PCI電源管理特性；
·支持PCI雙地址周期，地址空間高達(dá)4GB；
·提供兩個獨立的可編程DMA控制器，每個通道均支持塊和分散/集中的DMA方式；
·PCI與Local Bus之間數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)132MB/s；
·支持復(fù)用或非復(fù)用的32位局部總線操作，本地總線支持8位、16位和32位外圍設(shè)備和存儲設(shè)備，本地總線有三種工作模式：M模式、C模式和J模式，可通過模式選擇引腳加以選擇；
·PCI9054內(nèi)部有可編程的FIFO，可以實現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線與PCI總線之間的異步操作，本地總線速率高達(dá)50MHz。
·支持可編程突發(fā)管理、可編程預(yù)取數(shù)技術(shù)和可編程中斷產(chǎn)生；
·3.3V/5V兼容。
1 PCI9054的工作模式
PCI9054有M、C、J三種工作模式，可通過模式選擇控制引腳MODE[1:0]進(jìn)行控制。當(dāng)MODE[1:0]=“11”時，PCI9054工作在M模式；當(dāng)MODE[1:0]="00"時,PCI9054工作在C模式;當(dāng)MODE[1:0]=“01”時，PCI9054工作在J模式；當(dāng)MODE[1:0]="10"時，婁保留工作狀態(tài)。
M模式可與Motorola MPC850或MPC860系列高性能微處理器進(jìn)行無縫連接；C模式可與Intel i960系列高性能微處理器進(jìn)行無縫連接；J模式地址和數(shù)據(jù)線復(fù)用，應(yīng)用很復(fù)雜，不過在一些特殊的應(yīng)用場合，利用J模式和TI公司6000系列DSP的HPI口進(jìn)行接口，其控制邏輯將比其它模式簡單得多。
事實上，C模式能夠滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需求，而且C模式的本地總線操作時序最簡單，邏輯控制相對容易，其開發(fā)難度相對較低，因此，如無特殊需求，建議采用C模式。
2 總線仲裁
在PCI9054與本地總線的接口設(shè)計中，一般需采用一片可編程邏輯器件CPLD/FPGA進(jìn)行邏輯控制。在其控制邏輯中，總線仲裁邏輯是最關(guān)鍵、最核心的部分，直接影響計算機運行的穩(wěn)定性。如果總線仲裁邏輯設(shè)計不合理，當(dāng)計算機對PCI擴展板上的硬件資源進(jìn)行訪問時，計算機將會死機，因此PCI9054本地總線的所有控制邏輯必須服從于總線仲裁邏輯。
下面以C模式為例對PCI9054的總線仲裁邏輯進(jìn)行探討。在C模式下，PCI9054的143腳LHOLD和144腳LHOLDA是總線仲裁輸入輸出信號控制引腳，從公開發(fā)表的論文來看，有人將這兩個引腳直接與設(shè)計電路相連進(jìn)行總線仲裁邏輯設(shè)計。筆者在設(shè)計時也曾采用過這種方式，結(jié)果計算機運行很不穩(wěn)定，經(jīng)常莫名其妙地死機。仔細(xì)分析這種方式設(shè)計的電路會發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計電路其實是利用器件的引腳傳輸延時配合總線仲裁電路的時序關(guān)系的。一般情況下，當(dāng)環(huán)境溫度、工作電壓等外界因素變化時，大多數(shù)據(jù)邏輯器件的引腳延時會有相應(yīng)的變化，因此用器件引腳延時設(shè)計出的總線仲裁邏輯電路運行不穩(wěn)定應(yīng)該是預(yù)料之中的事。
利用D觸發(fā)器只在觸發(fā)時鐘有效邊沿對信號敏感的特性進(jìn)行設(shè)計，提高電路運行的穩(wěn)定性，是可編程邏輯器件設(shè)計中的一種常用技巧。圖1是PCI9054在C模式下對外設(shè)進(jìn)行單一周期寫操作的時序圖，圖2是利用可編程邏輯器件中的D觸發(fā)器設(shè)計出的總線仲裁電路。
在圖1中，ADS#、BLAST#和READY#信號的時序配合很重要，如果配合不好，計算機同樣會死機。要提高電路穩(wěn)定性，其設(shè)計思想與圖2中的總線仲裁邏輯電路的設(shè)計思想相似。從多次實驗情況來看，無論使用哪種工作模式，在該設(shè)計思想下設(shè)計出的本地總線控制邏輯電路運行非常穩(wěn)定，沒有死機的情況發(fā)生。
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