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1 前言 在工業(yè)控制領(lǐng)域，基于ISA總線(xiàn)的I/O接口因電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低得到了廣泛的應用。但是，隨著(zhù)控制理論與技術(shù)的進(jìn)步，計算機的飛速發(fā)展和現代工業(yè)控制對I/O接口電路高速的要求，基于ISA總線(xiàn)的接口電路越來(lái)越難以滿(mǎn)足現代工業(yè)控制系統的要求，其缺點(diǎn)逐步顯現出來(lái)：①I(mǎi)SA是8/16bit的系統總線(xiàn)，最大傳輸速率僅為8MB/s，傳輸速率低；⑨現代計算機中ISA插槽逐漸減少；③1SA總線(xiàn)系統資源占用率較高，占用硬件中斷資源等。而PCI總線(xiàn)由于速度高、可靠性強、成本低及兼容性好等性能，成為目前應用最廣泛、最流行的一種高速同步總線(xiàn)，具有32/64bit總線(xiàn)寬度，總線(xiàn)時(shí)鐘頻率為33/66MHz，最大傳輸速率可達132MByte/s(32Bit)，遠大于ISA總線(xiàn)的傳輸速率。采用基于PCI標準的接13設計已成為各類(lèi)項目開(kāi)發(fā)中的優(yōu)先選擇。 但是，一方面在ISA總線(xiàn)時(shí)代，生產(chǎn)的大量摹于ISA總線(xiàn)的接口電路，即使到了現在仍發(fā)揮著(zhù)重要作用，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用仍十分普遍。另一方面，PCI總線(xiàn)協(xié)議比較復雜，它不但有著(zhù)嚴格的H步時(shí)序要求，而且為了實(shí)現即插即用和自動(dòng)配置，PCI接口還要求有許多的配置寄存器，因此它的接口電路實(shí)現起來(lái)比較閑難。對于一般的設計者來(lái)說(shuō)，為了縮短開(kāi)發(fā)周期，沒(méi)有必要自己去設計所有的接口邏輯。只需利用通用PCI接口芯片就能降低開(kāi)發(fā)難度，且可以較低代價(jià)實(shí)現ISA總線(xiàn)升級到PCI總線(xiàn)。在現有PCI總線(xiàn)接口芯片中，以PLX公司的PCI9052應用最為廣泛，利用它的ISA模式可以便捷的實(shí)現ISA總線(xiàn)升級到PCI總線(xiàn)。但是由于ISA模式只是PCI9052所工作的四個(gè)模式之～，用其實(shí)現ISA總線(xiàn)升級顯然是大材小用。另外基于ISA總線(xiàn)的接口電路，多數只完成簡(jiǎn)單的輸入輸出操作，使用PCI9052芯片．費用較高，且資源利用率極低。鑒于此，本文介紹了一款閆產(chǎn)的PCI總線(xiàn)接口芯片CH365，它非常適合實(shí)現ISA總線(xiàn)升級到PCI總線(xiàn)，且價(jià)格低廉，不到PCl9052芯片的三分之一。 2 CH365簡(jiǎn)介 CH365是一個(gè)連接PCI總線(xiàn)的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存儲器映射、擴展ROM及中斷。它將32位高速PCI總線(xiàn)轉換為簡(jiǎn)便易用的類(lèi)似ISA總線(xiàn)的8位主動(dòng)并行接口，用于制作低成本的基于PCI總線(xiàn)的計算機板卡，以及將原先基于ISA總線(xiàn)的板卡升級到PCI總線(xiàn)上。 2．1特點(diǎn) CH365特點(diǎn)如下：(1)實(shí)現基于32位PCI總線(xiàn)的從設備接口(SLAVE)；(2)轉換為主動(dòng)并行接口：8位數據，16位地址，I/0讀和寫(xiě)，存儲器讀和寫(xiě)；(3)支持以字節、字或雙字為單位對I/0端口或存儲器進(jìn)行讀寫(xiě)；(4)支持長(cháng)度達240字節的I/O端口；(5)支持本地硬件定址功能，自由選擇I/O地址，在指定地址實(shí)現I/O端口；(6)直接升級ISA板卡到PCI總線(xiàn)，完全不用修改I/O板卡的相關(guān)軟件；(7)直接映射支持容量為32KB的存儲器SRAM或者擴展ROM(Boot ROM)；(8)內置硬件實(shí)現的I2C主設備接口，可掛接I2C從設備；(9)支持容量為64KB以及128KB的存儲器或者擴展ROM；(10)內置4uS至1mS的硬件計時(shí)單元，用于延時(shí)參考；(11)大引腳間距(0.8mm)的PQFP-80封裝。 2．2引腳介紹 圖1為CH365總線(xiàn)接口芯片的一般應用框圖，其中CH365左邊的信號與PCI總線(xiàn)相連，右邊的信號是用戶(hù)接口，可與ISA總線(xiàn)相連。 PCI主要信號完全符合PCI總線(xiàn)規范要求，與PCI總線(xiàn)相連的主望信號有：CLK：系統時(shí)鐘信號，上升沿有效；AD[3l-0]：地址和雙向數據復用線(xiàn)；RST：系統復位信號，低電平有效； CBE[3-0]：總線(xiàn)命令和字節使能復用信號線(xiàn)；PAR：奇偶校驗信號線(xiàn)TRDY：目標設備準備好信號，低電平有效；IRDY：發(fā)起設備準備好信號線(xiàn)，低電平有效；FRAME：幀周期開(kāi)始信號線(xiàn)，低電平有效；DEVSEL：目標設備選中信號線(xiàn)，低電平有效；INTA：INTA中斷請求信號，低電平有效；IDSEL：初始化設備選擇信號線(xiàn)，高電平有效。這些信號直接和PCI總線(xiàn)上對應的引腳相連即可。 
圖1 CH365與PCI總線(xiàn)的接口門(mén) 與ISA總線(xiàn)連接的主要信號有：D[7-0]：8位雙向數據信號線(xiàn)；A[15-0] : 16位地址信號線(xiàn)；IOP_RD：I/O端口的讀選通/使能，低電平有效；lOP_WR：I/O端口的寫(xiě)選通/使能，低電平有效；MEM_RD：存儲器或擴展ROM的讀選通/使能，低電平有效；MEM_WR/IOP_HIT是復用引腳，MEM_WR是輸出信號，作為存儲器或擴展ROM的寫(xiě)選通/使能，低電平有效，而IOP_HIT是輸入信號，用作本地硬件定址請求，低電平有效；SYS_EX/INT_REQ也是復用引腳，SYS_EX用作輸出信號，作為可以獨立控制的輸出信號線(xiàn)，而INT_REQ用作輸入信號，作為本地中斷請求輸入，低電平有效。 2．3工作模式的設定 為了在不增加引腳的前提下提供更多可用功能．CH365對部分引腳進(jìn)行復用，通過(guò)工作模式設定進(jìn)行功能選擇。工作模式設定的具體方法如下：將本地端8位數據信號線(xiàn)D7-D0采用上拉或者下拉的方式設定為所需的高電平或者低電平，CH365被復位后根據這些信號線(xiàn)的默認狀態(tài)設定工作模式以及參數；而這些信號線(xiàn)在作為8位數據總線(xiàn)被驅動(dòng)時(shí)，因為一般外部設備的驅動(dòng)電流不小于1mA，所以上拉或者下拉不會(huì )影響其對數據總線(xiàn)的驅動(dòng)；另外，CH365僅在被復位后的1μS內一次性設定工作模式以及參數，所以，如果外部設備的驅動(dòng)能力很小或者是OC集電極開(kāi)路驅動(dòng)，則可以?xún)H在復位后的短時(shí)間內實(shí)現下拉，而在其余時(shí)間屏蔽下拉或轉換成上拉。 表1為設定工作模式和參數所對應的數值(1即高電平．0即低電平)。例如，D1=O則可以定義PCI板卡的ID，D3=0則啟用中斷功能，D4=0則啟用本地硬件定址的功能D4D3=01則啟用EXT_WR功能，D4D3=11則啟用SYS_EX功能。 表1 工作模式參數的設定
提供給產(chǎn)品制造商使用，數據線(xiàn)的狀態(tài)從PCI設備配置空間41H中讀值。 3 應用 圖2給出了CH365的應用框圖。這是一塊數字量輸入輸出I/O卡，由于只涉及到了簡(jiǎn)單的輸入輸出，因此圖l中有些信號未曾使用。CH365的PCI部分的信號直接與PCI總線(xiàn)連接即可；而ISA部分的本地信號中要用到的是：16位地址總線(xiàn)A15一A0，8位數據總線(xiàn)D7一D0．讀信號10P RD(低電平有效)，寫(xiě)信號IOP_WR(低電平有效1，另外最重要的信號是本地硬件定址信號IOP_HIT(MEM_WR的復用引腳)。其中16位地址總線(xiàn)的A9一A0參與譯碼，形成本卡的段基址和偏移地址及本地硬件定址信號。本設計中選擇D4經(jīng)下拉電阻接地，即采用引腳63的復用功能，生成本地硬件定址信號，設置工作模式為ISA轉PCI；另外Dl接高電平，即采用CH365默認的ID(推薦使用)。 在設計中采用了CPLD芯片，由CPLD對數據進(jìn)行處理，這樣不僅可以提高整個(gè)系統的工作速度，而且可以大量的減少通用分立IC的個(gè)數，降低PCB布線(xiàn)的難度和減小PCB板的面積，并且可以方便的升級和系統修改，增強了系統的穩定性和抗干擾性。
圖2 CH365在I/O板卡設計中的應用 4 結束語(yǔ) 由于PCI總線(xiàn)數據吞吐量大，傳輸速率高，在微機接口設計中，基于PCI總線(xiàn)的設計成為主流。CH365是一款優(yōu)秀的PCI總線(xiàn)接口芯片，設計者用它可避免直接面對復雜的PCI總線(xiàn)協(xié)議。降低了設計難度，使用戶(hù)可以集中精力解決具體的應用問(wèn)題，縮短了開(kāi)發(fā)周期。實(shí)踐證明，CH365為開(kāi)發(fā)作為總線(xiàn)接口目標設備的產(chǎn)品，特別是對基于ISA總線(xiàn)的接口板向PCI的轉換提供了極大的方便。 本文的創(chuàng )新點(diǎn)：在數字采集系統中使用了功能強大的可編程邏輯器件，不僅大大減少了系統中元器件的數量，而且方便了后期的系統升級，只要修改CPLD中的軟件部分，就可實(shí)現1~16路信號的采集。 作者：：陳俊靈，王福源 來(lái)源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第2-2期 |
