摘? 要： 分析了PCI總線接口信號及時序，利用ALTERA公司的EPLD器件EPM7128 設(shè)計和實現(xiàn)了PCI總線接口。
關(guān)鍵詞： PCI總線? 接口? EPLD器件? AHDL語言
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PCI總線自其問世以來，以其諸多優(yōu)點，在當(dāng)今的計算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為計算機(jī)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。本文在認(rèn)真分析PCI總線的接口信號和接口時序的基礎(chǔ)上，利用EPLD器件設(shè)計實現(xiàn)了PCI總線接口。由于EPLD器件支持在線編程，所以可以根據(jù)使用要求將PCI總線接口配置成即插即用和非即插即用兩種形式，這種設(shè)計方式結(jié)構(gòu)簡單、集成度高，具有較高的實用價值。
1 PCI總線概述
局部總線特別是PCI總線的發(fā)展，打破了PC數(shù)據(jù)傳送的瓶頸。傳統(tǒng)的PC總線結(jié)構(gòu)不能滿足圖形系統(tǒng)和大型應(yīng)用程序的要求，所以在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展了局部總線。它將計算機(jī)外設(shè)從I/O總線上移下來，使它們更靠近系統(tǒng)處理器，從而提高了處理器和外設(shè)之間的傳送速度。
從設(shè)備的PCI接口至少需要47條信號線，而主控設(shè)備的PCI接口至少需要49條信號線，包括數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線、接口控制線、仲裁、總線命令以及系統(tǒng)線等。
PCI總線在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，地址節(jié)拍、總線命令在C/BE[0..3]上由主機(jī)輸出，用于說明當(dāng)前PCI總線周期需要執(zhí)行的功能。其命令如表1所示。
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2 PCI總線協(xié)議和讀寫時序
PCI總線的傳輸機(jī)制是成組數(shù)據(jù)猝發(fā)傳輸，每組數(shù)據(jù)由一個地址脈沖和一個或幾個數(shù)據(jù)脈沖組成。一般基本的PCI傳輸由三個信號控制：
信號由PCI主控設(shè)備驅(qū)動，表示總線操作的開始和結(jié)束;
信號由PCI主控設(shè)備驅(qū)動，在讀周期表示主控設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，在寫周期表示AD[31..0]上數(shù)據(jù)有效;
信號由PCI從設(shè)備驅(qū)動，在讀周期，表示從設(shè)備準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，在寫周期表示從設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。
當(dāng)數(shù)據(jù)有效時，數(shù)據(jù)源設(shè)備需要無條件地設(shè)置XRDY有效，一旦主控設(shè)備使有效，中途不能改變狀態(tài)，直到信號無效或數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。
PCI是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，其讀操作的時序如圖1所示。當(dāng)進(jìn)行PCI讀傳輸時，首先置低，有效，讀傳輸開始，同時AD[31..0]保持有效地址信號，C/BE[3..0]保持總線命令。如果總線命令為存儲器讀(0110)，AD[31..0]地址在從設(shè)備地址范圍內(nèi)，從設(shè)備置
有效，主控設(shè)備驅(qū)動
,表明主控設(shè)備準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。為避免總線沖突，接下來的一個周期AD[31..0]既不被主控設(shè)備驅(qū)動，也不被從設(shè)備驅(qū)動(該周期成為總線轉(zhuǎn)換周期)，此后AD[31..0]上出現(xiàn)數(shù)據(jù)，C/BE[3..0]變?yōu)樽止?jié)允許信號，主控設(shè)備開始檢測信號。如果信號無效(為高電平)，則主控設(shè)備自動插入等待周期，如果信號有效，則總線開始傳輸數(shù)據(jù)。在最后一個數(shù)據(jù)脈沖之后，主控設(shè)備將和
置為無效,表示傳輸結(jié)束。
??? 寫傳輸時，由于地址均由主控設(shè)備提供，因此不存在總線轉(zhuǎn)換周期。其傳輸過程與讀周期基本類似，只是C/BE[3..0]上的總線命令為存儲器寫(0111)，具體的傳輸時序如圖2所示。
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3 PCI總線的接口設(shè)計方案
??? 根據(jù)以上分析，選用ALTER的高速EPLD器件EPM7128S84來完成PCI總線接口的設(shè)計。為簡化起見，選用存儲器作為從設(shè)備，其總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
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? 下面將給出用AHDL語言編寫的EPLD控制程序以及仿真結(jié)果。為簡單起見，設(shè)定從設(shè)備為非即插即用類型的PCI插卡，直接將其地址空間配置為0X50000000~0X5FFFFFFF(或在計算機(jī)內(nèi)不與其他設(shè)備沖突的地址)，時鐘周期選用33MHz，具體的程序如下：
SUBDESIGN? pci_if
(
?????? clkin????????? ：?? input；
?????? frame??? ????? ：?? input；
?????? ad[31..0]????? ：?? input；
?????? cbe[3..0]????? ：?? input；
?????? irdy????? ???? ：?? input；
?????? trdy?????? ? ? ：?? output；
?????? devsel???? ??? ：?? output；
?????? wr??????? ???? ：?? output；
?????? cs??????? ???? ：?? output；
?????? a[10..0]???????：?? output；
)
variable
?????? count[1..0]??? ：?? DFF；
?????? da[31..0]????? ：?? DFF；
?????? wr1??????????? ：?? node；
?????? rd1??????????? ：?? node；
?????? sign1????????? ：?? node；
?????? sign2???? ???? ：?? node；
???????sign4???? ???? ：?? node；
?????? sign3???? ???? ：?? node；
?????? cs1??????????? ：?? node；
begin
????count[1..0].clk=clkin；
count[1..0].clrn=!frame；
??? sign1=(count[]==3)；
??? if sign1 then count[].d=count[].q；
??? else
??? count[].d=count[].q+1；
??? end if；
sign2=(count[]<1)&!frame；
sign3=(count[]>=2)&(count[]<=3)；
sign4=(count[]>=1)&(count[]<=3)；
????da[31..0].clk=sign2&!frame；?
da[31..0].d=ad[31..0]；
cs1=!da31&da30&!da29&da28；?
if cs1 then?
?????? devsel=!sign4；
?????? a[10..0]=ad[10..0]；
?????? wr1=!cbe3&cbe2&cbe1&cbe0；
?????? rd1=!cbe3&cbe2&cbe1&!cbe0；
?????? if rd1&!irdy then
???????????????????? trdy=!sign3；
??? ????????????? !cs=cs1&!frame；
??? ????? ?????????? wr=rd1&!frame；
????????????? ?? end if；
???????????????????? if wr1&!irdy then
???????????????????? trdy=!sign4；
??? ???????????? ??? !cs=cs1&!frame；
??? ??????????????? ?!wr=wr1&frame；
???????????????????? end if；
??????? end if；
end ；??
仿真結(jié)果如圖4所示。
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參考文獻(xiàn)
1 陳利學(xué).微機(jī)總線與接口設(shè)計.成都:成都電子科技大學(xué)出版社,1998
2 ALTER DATABOOK.ALTER公司，1998