基于FPGA的PCI接口設計

1 PCI總線及其接口概述

PCI總線是高速同步總線，具有32bit總線寬度，工作頻率是33MHz，最大傳輸率為132Mbyte/s，遠遠大于ISA總線5Mbyte/s的速率。PICMG(PCI工業計算機制造商聯盟)制定的更加堅固耐用的Compact PCI總線規范，支持64位總線寬度，66MHz作頻率，最大傳輸率為528Mbye/s。基于PC機的高速數據采集系統和各種虛擬儀器，幾乎都選擇了PCI總線。在現代高速通訊、測試等領域的嵌入式應用中，Compact PCI總線大有超過VME和VXI總線的趨勢。PCI的高性能、高效率以及與現有標準的兼容性和充裕的發展潛力，是其它總線所不能及的，被計算機界公認為最具高瞻遠矚的局部總線標準。

PCI總線接口相對其它總線接口來說是比較復雜的，它不但有著嚴格的同步時序要求，而且為了實現即插即用和自動配置，PCI接口還必須有許多配置寄存器。根據用戶設備的性質不同，PCI設備分為MASTER(主設備)和TARGET(從設備)，因此PCI接口類型也就分為Master和TARGET兩種接口。概括地說，PCI接口主要包括PCI標準配置寄存器(64字節)、PCI 總線邏輯接口、用戶設備邏輯接口、數據緩沖區等。

作為一般應用設計工程師，為縮短開發周期，沒有必要自己去設計全部的復雜的接口邏輯，甚至可以不必完全理解PCI規范的細節，就能進行PCI用戶設備的設計。目前，市場上有一些專用PCI接口芯片，如AMCC公司的S5920(TARGET接口)、S5933(MASTER接口)等。使用這些專用PCI接口芯片，設計者只需要使用地址線、數據線以及少數幾個讀寫控制信號，就能實現PCI總線與PCI用戶設備之間的連接，類似ISA總線接口那么簡單方便。

隨著FPGA (現場可編程邏輯陣列請介紹一下Flash的全面管理問題。) 技術的快速發展，萬門以上乃至幾十萬門邏輯陣列的使用越來越普遍，FPGA的單片價格也大幅度下降。與專用PCI接口芯片相似，很多FPGA制造商都提供了PCI接口宏核邏輯(PCI MegaCore)。設計者可以將PCI用戶邏輯與PCI MegaCore集成在一片FPGA里，并且可以在頂層通過仿真來驗證PCI接口以及用戶邏輯設計的正確與否，這樣可以大幅度提高調試速度，縮短開發周期，提高電路板的集成度和系統的性能。

Altera公司提供了多種不同功能的PCI MegaCore，例如：pci _a(帶有DMA的32位MASTER/TARGET接口)，pci_mt64(支持64位的MASTER/TARGET接口)，pci_mt32(32位的MASTER/TARGET接口)，pci_t64(支持64位的TARGET接口)，pci_t32(32位的TARGET接口)等。不同的PCI MegaCore占用的資源是不同的，設計者可以根據PCI用戶設備的需求來選擇。

本文將介紹Altera公司提供的最簡單的32位PCI TARGET接口宏核邏輯pci_t32。重點介紹利用pci_t32進行PCI接口設計的方法及應用注意事項，并給出具體設計實例。其它PCI MegaCore的設計方法與此相類似。本文不介紹有關PCI規范的細節內容。

2 Pci_t32 MegaCore的內部結構及外圍信號

Pci_t32是ALTERA公司提供的最簡單的32位PCI TARGET接口宏核邏輯，支持33MHz和66MHz的PCI時鐘。
Pci_t32內部結構包含如下幾個模塊：
PCI總線配置寄存器，是符合PCI規范2.2版規定的所有配置寄存器。配置寄存器用于識別設備、控制PCI總線功能、提供PCI總線狀態等。
奇偶校驗模塊，用于對數據、地址、命令等進行奇偶校驗。
PCI側TARGET控制模塊(PCI target control block)，用于控制pci_t32(作為TARGET)與PCI總線的各種操作。
用戶設備側TARGET控制模塊(local target cONtrol block)，用于控制pci_t32(作為TARGET)與用戶邏輯的各種操作。
用戶設備側地址/數據/命令/字節使能模塊，接收和輸出用戶側的所有地址/數據/命令/字節使能等信號。