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1 引言 PCI（Peripheral Component Interconnect）總線(xiàn)，即外圍部件互連總線(xiàn)，是一種先進(jìn)的高性能32／64位地址數據復用局部總線(xiàn)。PCI總線(xiàn)與處理器和時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)，可以提供高達132MB／s的數據傳送速率；它具有嚴格的規范，只要符合PCI規范的擴展卡插入任何PCI系統就能可靠地工作。但由于PCI總線(xiàn)協(xié)議的復雜性，其接口的實(shí)現比VESA、ISA和MCA等總線(xiàn)要困難得多。 目前，開(kāi)發(fā)PCI接口設備有兩種方法：一種方法是采用可編程邏輯芯片，它的最大好處是比較靈活，用戶(hù)可以根據自己的需要開(kāi)發(fā)出適合于特定功能的芯片，而不必實(shí)現PCI的全部功能�，F在有許多生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠(chǎng)商，如Xilinx的LogiCore和Altera的AMPP都提供經(jīng)過(guò)嚴格測試的PCI接口功能模塊，用戶(hù)只要進(jìn)行組合設計即可。另一種常用的方法是使用專(zhuān)用接口器件，通過(guò)專(zhuān)用芯片可以實(shí)現完整的PCI主控模塊和目標模塊的功能，將復雜的PCI總線(xiàn)接口轉換為相對簡(jiǎn)單的用戶(hù)接口，用戶(hù)只要設計轉換后的總線(xiàn)接口即可。 專(zhuān)用接口芯片具有較低的成本和通用性，能夠有效降低接口設計的難度，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間�，F有的PCI接口芯片主要有AMCC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI90xx系列。在PLX系列產(chǎn)品中，PCI9052是一款常用的PCI總線(xiàn)目標接口芯片，該芯片最大的特色是帶有一個(gè)ISA接口，通過(guò)它可以實(shí)現ISA總線(xiàn)到PCI總線(xiàn)的無(wú)縫連接，這為目前仍存在的ISA插件移植到PCI提供了極大的方便。 利用PCI9052的ISA模式進(jìn)行PCI的開(kāi)發(fā)可以簡(jiǎn)化設備開(kāi)發(fā)過(guò)程，但難度還是較大。設計者不僅要理解掌握手冊中的要點(diǎn)，還要學(xué)習硬件設計和軟件設計的方法和過(guò)程。為了讓大家能夠系統地了解利用PCI9052的ISA模式進(jìn)行PCI板卡開(kāi)發(fā)的過(guò)程和方法，本文從硬件設計、配置寄存器的編寫(xiě)、板卡調試和驅動(dòng)程序的編寫(xiě)等方面介紹了PCI9052的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 2 PCI9052的ISA接口模式 2．1 基本特點(diǎn) PCI9052是PLX公司繼PCI9050之后推出的低成本PCI總線(xiàn)接口芯片，它符合PCI2．1規范，可作為PCI總線(xiàn)目標設備實(shí)現基本的傳送要求；它有5個(gè)局部地址空間和4個(gè)局部設備片選信號，局部總線(xiàn)與PCI總線(xiàn)時(shí)鐘相互獨立運行。通過(guò)配置EEPROM的內容可以將PCI9052設定為ISA接口模式，通過(guò)8位或16位內存或I／O映射可直接使PCI總線(xiàn)與ISA總線(xiàn)相連，從而將ISA總線(xiàn)快速地轉換到PCI總線(xiàn)上。 在我們的數控測井系統中，原來(lái)的通信控制模塊是基于ISA總線(xiàn)的插件，端口地址為0X100～0X10F，總線(xiàn)寬度是16位，可以實(shí)現輸入輸出，有中斷功能�，F在，我們利用PCI9052芯片的ISA模式對原來(lái)的板卡進(jìn)行升級改造，使原來(lái)的板卡在做少量改動(dòng)的情況下可以插在PCI總線(xiàn)插槽中正常工作。 2．2 引腳介紹及連接 在不同的模式下，PCI9052的部分引腳有不同的定義和功能。工作在ISA模式下，其主要引腳如圖1所示。 PCI9052硬件連接正確與否直接關(guān)系到芯片能否正常工作，某些引腳處理不當往往會(huì )引起芯片工作不正�；蛩罊C。在圖1中，9052左上方的信號和PCI信號相連，左下方信號和串行EEPROM相連，右邊的信號和局部總線(xiàn)信號相連，也就是和ISA總線(xiàn)信號相連。 PCI端主要信號完全符合PCI規范要求，直接和PCI總線(xiàn)上對應的引腳相連即可。 ISA端連接如下：在我們的板卡中由于只涉及到I／O，且為16位寬的數據，因此，MEMWR＃、MEMRD＃、SBHE＃和BALE信號可以不用。 LAD〔15：0〕是16位的數據總線(xiàn)。LA〔23：2〕和ISAA〔1：0〕共同組成ISA的地址總線(xiàn)，對于8位的數據總線(xiàn)，ISAA〔1：0〕相當于LA〔1：0〕，它們一起進(jìn)行地址譯碼。而對于16位的數據線(xiàn)，每次讀寫(xiě)兩個(gè)字節，這時(shí)ISAA〔0〕不用，ISAA〔1〕和LA〔23：2〕一起進(jìn)行地址譯碼。需要注意的是，并不是所有的地址線(xiàn)都要進(jìn)行地址譯碼，這里要根據板卡上實(shí)際I／O口空間的大小選擇譯碼地址線(xiàn)的數目。對于我們的板卡，LA〔3：2〕和ISAA〔1〕地址譯碼是必需的（ISAA〔1〕為低位），當然，所有的地址線(xiàn)都參加地址譯碼也是可以的。 IOWR＃和IOWD＃是局部端口讀寫(xiě)信號。LCLK是ISA端時(shí)鐘信號，按芯片要求外接8MHz的時(shí)鐘。LRESET＃是9052芯片上電時(shí)PCI端復位后所發(fā)出的對ISA端進(jìn)行復位的信號。在ISA模式下，該信號輸出高有效。 LINTi1和LINTi2是局部總線(xiàn)中斷輸入信號，這里，我們只用到LINTi1信號，由于9052內部沒(méi)有對這兩個(gè)信號進(jìn)行上拉或下拉處理，因此，在外部將LINTi2上拉或下拉到一個(gè)確定的狀態(tài)。 NOWS＃是無(wú)等待標志信號，此引腳上拉或接地可以減少等待的時(shí)鐘數。LRDY＃是局部準備就緒信號，如果局部芯片沒(méi)有提供該信號，一般對它進(jìn)行下拉或接地處理。CHRDY是局部通道準備好信號，一般要進(jìn)行上拉處理。LHOLD是局部總線(xiàn)請求信號，應該進(jìn)行下拉或接地處理。MODE是模式選擇信號，由于我們使用的是ISA非復用模式，因此該引腳接地。 在設計電路板時(shí)，要嚴格遵循PCI規范。電源和地線(xiàn)要盡可能寬且電源濾波要良好，在芯片的每個(gè)電源引腳最好接0．1μF的濾波電容。由于PCI時(shí)鐘信號的一半要靠反射波來(lái)提升，因此，時(shí)鐘信號CLK走線(xiàn)長(cháng)度近似為2500 mil。prstn1和prstn2兩者必須有一個(gè)接地，主板就是靠這兩個(gè)信號來(lái)判斷這個(gè)插槽上是否有卡的。用作上拉或下拉的電阻一般取值2．2 k歐姆即可。一般來(lái)說(shuō)，PCI板卡推薦做4層板，其實(shí)只要布線(xiàn)合理做兩層板也是可以的。 串行EEPROM端信號有以下幾種：時(shí)鐘信號（EECK）、讀數據信號（EEDO）、寫(xiě)數據信號（EEDI）和片選信號（EESC），分別和EEPROM相應管腳相連即可。 2．3 串行EEPROM的配置 與ISA總線(xiàn)相比，PCI總線(xiàn)支持三個(gè)物理空間：存儲器地址空間、I／O地址空間和配置空間。配置空間是PCI所特有的一個(gè)空間，所有的PCI設備必須提供配置空間。串行EEPROM存儲了PCI9052重要的配置信息，如設備號DID、制造商號VID、子設備號SDID、子制造商號SVID、中斷號、設備類(lèi)型號、局部空間基地址、局部空間描述符、片選響應以及局部響應控制CNTRL等信號。EEPROM的內容非常重要，它直接關(guān)系到整個(gè)板卡能否正常工作，在設計時(shí)要非常注意。 系統加電時(shí)，通過(guò)PCI的RST復位以后，PCI9052首先檢測EEPROM是否存在。如果檢測到EEPROM首字不是FFFFH，PCI9052將依次讀取EEPROM的內容來(lái)初始化內部寄存器。PCIBIOS根據配置寄存器的內容進(jìn)行系統資源分配，這樣，整個(gè)PCI設備的資源才不會(huì )發(fā)生沖突，從而實(shí)現了PCI總線(xiàn)的即插即用的特性。 PCI9052的內部寄存器為總線(xiàn)接口的設計與實(shí)現提供了最大的靈活性，這些寄存器可以分為兩類(lèi)：PCI配置寄存器和局部配置寄存器。PCI配置寄存器有6個(gè)基地址寄存器，這些基地址是在系統中的物理地址。其中，基地址0和基地址1分別是以?xún)却娣绞胶虸／O方式訪(fǎng)問(wèn)局部配置寄存器的基地址，基地址2和基地址3分別映射到局部基地址0和局部基地址1。局部總線(xiàn)配置寄存器用于設定局部總線(xiàn)的工作方式，如基地址和地址范圍等。實(shí)際上，9052在PCI和ISA總線(xiàn)之間起到一個(gè)翻譯作用，要訪(fǎng)問(wèn)ISA端地址只需對PCI端基地址進(jìn)行操作就可以了。對于我們的設計，EEPROM的值及裝入順序如表1所示。 表1中，DID和VID是PLX公司的標志，一般不能更改。操作系統就是通過(guò)DID、VID、SDID、SVID及設備類(lèi)型碼來(lái)識別不同廠(chǎng)家的設備的。 在ISA模式下，局部空間1必須映射為I／O空間，局部空間0必須映射為內存空間。另外要注意：在ISA模式下雖然不存在片選信號，但我們必須設置它，使它的值和局部空間1的基地址和范圍相匹配，否則，局部地址空間無(wú)法響應PCI的控制指令。同樣，如果用到局部地址空間0，也要設置它的值。 對于PCI9052芯片，它的配置寄存器的內容是在芯片復位時(shí)通過(guò)串行EEPROM加載的。在ISA模式下，串行EEPROM一定不能省略，我們一般使用松下公司的NM93CS46或與之兼容的存儲器。配置寄存器的內容編寫(xiě)完以后，可以用編程器寫(xiě)入EEPROM中。另外，也可以通過(guò)主機在線(xiàn)燒寫(xiě)，但由于各種原因，成功率很低。 3 板卡調試 板卡做好以后，就可以插入主機板的PCI插槽中進(jìn)行調試。在調試的過(guò)程中，為了跟蹤信號的變化通常要用到數字示波器，另外，還需要一個(gè)軟件調試工具。PLX公司提供了一個(gè)905X的專(zhuān)用調試軟件PLXmon，我們可以從它的網(wǎng)站免費下載。PLXmon包括以下功能：PCI總線(xiàn)的探測與選擇；配置寄存器的檢查和修改；內存空間的顯示、修改和填充；EEPROM內容的讀寫(xiě)等。利用這個(gè)工具，我們可以很清楚地看到EEPROM的內容以及PCI配置寄存器和局部端配置寄存器的內容，另外，用戶(hù)還可以進(jìn)行內存和I／O端口的讀寫(xiě)。 此外，我們也可以用WinDriver或SoftICE軟件進(jìn)行板卡調試，但總的來(lái)說(shuō)，使用起來(lái)都不如PLXmon方便。有了開(kāi)發(fā)工具，設計者就可以根據板卡的具體要求進(jìn)行調試了。 4 驅動(dòng)程序的編寫(xiě) 板卡調試成功以后就可以編寫(xiě)驅動(dòng)程序了。目前，編寫(xiě)驅動(dòng)程序最常用的工具是VtoolsD和WinDriver，它們都是專(zhuān)門(mén)的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工具。尤其是WinDriver，開(kāi)發(fā)人員不需要掌握WINDOWS驅動(dòng)編程的知識，利用它的向導工具，能很快地開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的驅動(dòng)程序。 在Windows9x環(huán)境下，操作系統統一管理硬件資源，出于安全性考慮，ring3層應用程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)硬件（I／O端口訪(fǎng)問(wèn)除外），因此，必須編寫(xiě)運行在ring0層的虛擬設備驅動(dòng)程序（VxD）來(lái)響應系統底層的中斷。如果板卡只有I／O操作，而沒(méi)有用到中斷和內存操作，可以不用編寫(xiě)驅動(dòng)程序，直接在應用程序里實(shí)現輸入輸出就可以了。編程的方法是先找到板卡，再找到卡中與我們用到的局部空間相對應的PCI基地址，然后就可以根據要求對這個(gè)基地址進(jìn)行操作了。如果在WINDOWS98以上版本的操作系統下，就要編寫(xiě)WDM設備驅動(dòng)程序了。 5 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。PCI9052是一款優(yōu)秀的PCI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，從而使用戶(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，PCI9052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。 |
