WIMAX系統(tǒng)中PCI接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　WIMAX是基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入城域網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)IEEE 802. 16標(biāo)準(zhǔn)，用Verilog HDL設(shè)計(jì)了PCI接口電路。

　　并在FPGA上實(shí)現(xiàn)了PCI接口的功能，重點(diǎn)描述了狀態(tài)機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果，使用EDA技術(shù)提高了開(kāi)發(fā)速度，滿(mǎn)足了系統(tǒng)的要求。

　　1.   引言

　　隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，為計(jì)算機(jī)與被控設(shè)備之間提供方便、實(shí)用通信方法的PCI(Peripheral Component Interconnection)總線(xiàn)接口成為必不可少的接口部件，其主要功能是完成用戶(hù)設(shè)備與PCI總線(xiàn)間的信息傳送接口。

　　使用可編程器件進(jìn)行PCI接口的設(shè)計(jì),可以將其他用戶(hù)邏輯與PCI接口邏輯集成在一個(gè)芯片上，提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度，縮短二次開(kāi)發(fā)周期、降低成本，提高系統(tǒng)的集成度和可靠性。

　　以下是在進(jìn)行WiMAX(World Interoperability for Microwave Access)的SOC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，按照PCI總線(xiàn)2.2版本的規(guī)范，根據(jù)PCI總線(xiàn)傳輸時(shí)序來(lái)進(jìn)行狀態(tài)機(jī)構(gòu)造，所設(shè)計(jì)的PCI總線(xiàn)接口既可支持PCI常規(guī)傳輸，也可支持PCI猝發(fā)（burst）傳輸。

　　2.   WiMAX系統(tǒng)構(gòu)成

　　2.1 WiMAX硬件系統(tǒng)構(gòu)成

　　IEEE802.16協(xié)議由MAC（鏈路）子層和PHY (物理)子層構(gòu)成，WiMAX系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示，其中物理子層對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行處理，也即圖中的‘基帶’模塊（BB: Base Band），該模塊的功能是進(jìn)行編碼/解碼、同步、帶寬請(qǐng)求、IFFT / FFT（快速傅立葉變換/反變換）、交織/反交織等處理；圖1中的其余部分與軟件系統(tǒng)一起構(gòu)成MCA子層，其主要功能是入網(wǎng)注冊(cè)、獲取鏈路參數(shù)、測(cè)距、基本能力協(xié)商等配置管理工作以及QoS(quality of Service) 。

　　終端通過(guò)PCI總線(xiàn)與工作站進(jìn)行通信，也可以通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的射頻天線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸。終端以無(wú)線(xiàn)方式與基站進(jìn)行通信，而基站與基站之間通過(guò)Internet進(jìn)行通信。

　　2.2 WiMAX硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程

                      圖1  WiMAX硬件系統(tǒng)構(gòu)成

　　在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)系統(tǒng)的功能和現(xiàn)有條件進(jìn)行合理的軟硬件功能劃分，然后按照自頂向下的方法進(jìn)行軟件和硬件系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)由圖1所示的各中層模塊構(gòu)成，在此基礎(chǔ)上再對(duì)各部分進(jìn)行細(xì)分，直至底層各子模塊的功能全部描述完畢。然后運(yùn)用EDA技術(shù)，使用Verilog HDL語(yǔ)言進(jìn)行各底層模塊、中層模塊直至頂層模塊的綜合功能設(shè)計(jì)、功能模擬和定時(shí)分析，通過(guò)仿真后下載到FPGA芯片中進(jìn)一步進(jìn)行功能驗(yàn)證和參數(shù)測(cè)試，然后進(jìn)行后端版圖的設(shè)計(jì)、直至流片成功。因篇幅所限下面只介紹系統(tǒng)中PCI模塊的設(shè)計(jì)仿真過(guò)程。

　　3.PCI總線(xiàn)接口模塊設(shè)計(jì)

　　3.1  PCI接口系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成

　　PCI接口由如下子模塊構(gòu)成：地址檢查模塊、glue模塊、校驗(yàn)?zāi)K、數(shù)據(jù)retry模塊、空間配置計(jì)數(shù)模塊、狀態(tài)機(jī)模塊及外部三總線(xiàn)邏輯。

　　地址檢查模塊用來(lái)檢查接受到的地址是否在配置空間所配置的地址范圍之內(nèi)；glue模塊在地址有效期間鎖存來(lái)自總線(xiàn)的PCI命令和地址信息，以備后用；校驗(yàn)?zāi)K在讀周期產(chǎn)生校驗(yàn)位，以確定所接受到的數(shù)據(jù)是否正確；數(shù)據(jù)retry模塊在PCI應(yīng)答了一個(gè)沒(méi)有READY(未準(zhǔn)備好)的讀/寫(xiě)操作時(shí)，PCI設(shè)備 retry數(shù)據(jù)(保持總線(xiàn))，直到計(jì)數(shù)器超時(shí)；PCI接口的核心模塊是空間配置模塊和狀態(tài)機(jī)模塊。空間配置模塊提供一套現(xiàn)行的、可預(yù)見(jiàn)的系統(tǒng)配置機(jī)構(gòu)的配置措施，使之實(shí)現(xiàn)完全的設(shè)備再定位而無(wú)需用戶(hù)干預(yù)進(jìn)行安裝、配置和引導(dǎo)，并由與設(shè)備無(wú)關(guān)的軟件進(jìn)行系統(tǒng)地址映射，以支持即插即用功能；狀態(tài)機(jī)控制保證了板卡能按正常的PCI時(shí)序工作，是PCI接口的核心部分。

　　3.2  PCI總線(xiàn)控制器狀態(tài)機(jī)模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　狀態(tài)機(jī)模塊包含了所有PCI狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移和實(shí)現(xiàn)，在一個(gè)給定的PCI操作期間，狀態(tài)機(jī)由IDLE狀態(tài)經(jīng)三條可能的路徑到達(dá)其它狀態(tài)。根據(jù)地址周期 PCI_CBE_l和PCI_IDESL上的值來(lái)決定是什么操作：配置空間的讀寫(xiě)、內(nèi)存和I/O的讀或?qū)憽CI設(shè)備的狀態(tài)機(jī)及轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。因篇幅限制，狀態(tài)名、狀態(tài)變量說(shuō)明參考如下verilog代碼注

                                   圖2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖