一種基于cpld的單片機與pci接口設計解決方案

1、一種基于一種基于CPLDCPLD的單片機與的單片機與PCIPCI接口設計解決方案接口設計解決方案8位單片機在嵌入式系統(tǒng)中應用廣泛，然而讓它直接與PCI總線設備打交道卻有其固有缺陷。8位單片機只有16位地址線，8位數(shù)據端口，而PCI總線2.0規(guī)范中，除了有32位地址數(shù)據復用AD[3～0]外，還有FRAME、IRDY、TRDY等重要的信號線。讓單片機有限的IO端口來直接控制如此眾多的信號線是不可能的。一種可行的方案就是利用CPLD作為溝通單

2、片機與PCI設備間的橋梁，充分利用CPLD中IO資源豐富、用戶可自定制邏輯的優(yōu)勢，來幫助單片機完成與PCI設備間的通信任務。1PCI接口設計原理1.1PCI總線協(xié)議簡介這里只討論PCI總線2.0協(xié)議，其它協(xié)議僅僅是在2.0的基礎上作了一些擴展，僅就單片機與PCI設備間的通信來說，意義不大。PCI總線是高性能局部總線，工作頻率0～33MHz，可同時支持多組外圍設備。在這里，我們只關心單片機與一個PCI設備間通信的情況，而且是以單片機與CP

3、LD一方作為主控方，另一方作為PCI從設備。這樣做的目的是為了簡化問題，降低系統(tǒng)造價。PCI總線上信號線雖然多，但并不是每個信號都要用到。實際上PCI設備也并不會支持所有的信號線，比如錯誤報告信號PERR與SERR在網卡中就不支持。我們可以針對具體的應用選擇支持其中部分信號線，還有一些信號線可以直接連電源或接地。下面簡單介紹一下常用信號線的功能。AD[31～0]：地址數(shù)據多路復用信號。在FRAME有效的第一個周期為地址，在IRDY與TR

4、DY同時有效的時候為數(shù)據。CBE[3～0]：總線命令與字節(jié)使能控制信號。在地址中傳輸?shù)氖强偩€命令；在數(shù)據期內是字節(jié)使能控制信號，表示AD[31～0]中哪些字節(jié)是有效數(shù)據。以下是總線命令編碼的說明：CBE[30]#命令類型說明CBE[30]#命令類型說明0000中斷應答1000保留0001特殊周期1001保留0010IO讀1010配置讀0011IO寫1011配置寫0100保留1100存儲器多行讀0101保留1101雙地址周期0110存儲器

5、讀1110存儲器一行讀0111存儲器寫1111存儲器寫并無效PCI總線上所有的數(shù)據傳輸基本上都由以下三條信號線控制。FRAME：幀周期信號。由主設備驅動，表示一次訪問的開始和持續(xù)時間，F(xiàn)RAME有效時（0為有效，下同），表示數(shù)據傳輸進行中，失效后，為數(shù)據傳輸最后一個周期。IRD：主設備準備好信號。由主設備驅動，表示主設備已經準備好進行數(shù)據傳輸。TRDY：從設備準備好信號。由從設備驅動，表示從設備已經準備好進行數(shù)據傳輸。當IRDY與TRD

6、Y同時有效時，數(shù)據傳輸才會真正發(fā)生。另外，還有IDSEL信號用來在配置空間讀寫期間作為片選信號。對于只有一個PCI從設備的情況，它總可以接高電平。IDSEL信號由從設備驅動，表示該設備已成為當前訪問的從設備，可以不理會。在PCI總線上進行讀寫操作時，PCI總線上的各種信號除了RST、IRQ、IRQC、IRQ之外，只有時鐘的下降沿信號會發(fā)生變化，而在時鐘上升沿信號必須保持穩(wěn)定。1.2CPLD設計規(guī)劃出于對單片機和CPLD處理能力和系統(tǒng)成本

7、的考慮，下面的規(guī)劃不支持PCI總線的線性突傳輸?shù)刃枰B續(xù)幾個數(shù)據周期的讀寫方式，而僅支持一個址周期加一個數(shù)據周期的讀寫方式。對于大部分應用而言，這種方式已經足夠了。圖1是經過簡化后的PCI總線讀寫操作時序。在CPLD內設有13個8位寄存器用來保存進行一次PCI總線讀寫時所需要的數(shù)據，其中2PCI設計接口實現(xiàn)2.1CPLDVHDL程序設計我們針對8位單片機控制PCI以太網卡進行了程序設計，CPLD器件選用Xilinx的XC95216系列。

8、針對以太網卡的特點在邏輯上進行了再次簡化，最終程序將適配進XC95261芯片中，并在實踐中檢驗通過。以太網卡僅支持對配置空間和IO空間的讀寫操作，而且這兩個空間的地址都可以設置在0xFF以內，所以可以只用一個pci_address0寄存器，其它地址都直接設為“0”；如果再限制，每次只往網卡寫入一個字節(jié)數(shù)據，則可以只用一個pci_datas0寄存器，其它數(shù)值在具體操作時設成與pci_datas0寄存器的一樣即可。2.2單片機PCI讀寫C語

9、言程序設計在CPLD在幫助下，單片機讀寫PCI設備就變得相當簡單。首先，將pci_cbe等寄存器都聲明為外部存儲器變量，并根據CPLD的設計指定地址。然后，傳遞適當?shù)膮?shù)給以下兩個讀寫子函數(shù)，即可完成對PCI設備配置空間、IO空間、存儲器空間的讀寫操作。從PCI設備的返回數(shù)據存放在全局變量savedata中。實際上在寫PCI設備時，也可以從pci_data中得到返回數(shù)據。這個數(shù)據必須等于往PCI設備寫的數(shù)據。利用這一點可以進行差錯檢驗和

10、故障判斷，視具體應用而定。bdateunignedrequestsbitIRDY0=request^4sbitFRAME0=request^5sbitVALID=request^7voidreadpci(unsignedaddrunsignedcbe)pci_address0=addrpci_cbe=cberequest=pci_requestwhile(!IRDY0savedata0=pci_data0savedata1=pci_da

11、ta1savedata2=pci_data2savedata3=pci_data3if(!VALID)printf(“Datareadisinvalid!“)voidwritepci(uaddruvalue0ucbe)datautemppci_address0=addrpci_datas0=value0pci_cbe=cberequest=pci_requestwhile(!(IRDY0if(!VALID)printf(“Datawri