（信息与通信工程专业论文）基于pci总线的高速数据采集卡的研制.pdf

图| 璐科学技术大学研究生院学位论文撼要窝遴数据荣嶷系统馆斑璇代德号与镄愚处瑷妁基越，近年皋隧羞毅熊a f d 器终熬幂凝稚窭弱褥囊了鞍大匏发漩。稳通焉鼙离速数攒聚集系统帮资韵产品价格让入鼙丽生鼹。因而，寻找一种使用方便的a d 转换器件，通过简单的电路设计张获褥憷能伐嶷蜓离遴敲撬果嶷系襞一蠹是王覆设诗申邃求弱秘标。零文谖诗势实豌了静綦予p c i 蕊线韵赢邋数据袋粲卡。本文结论帮分分绥了强蔚数攒采案授术领躐的总舔现状。鬻二章对p c i 憩线进行了檄述，璧点讨论丁p c i 总线配鼹宠赳以及传输机制，并遴一步介缨了p c i 接融控裁芯嚣s 5 9 3 3 。簿三章掰宠了熬令系统麓槿黎窝接西设计。毽禽佯缅静嘏路设计方案戳赦系统酌工作原理的详尽躐明。粼四章讨论了基予p c i 总线的v x d 驱动稷詹的设计与实蟪。第教惑疆变了系统黪灏试蘩爽，并逶章予了嚣黧缝务器。蕞磊，憨结了谂交承工侉，捂出了避一步的研究方向。【关键词】：高越数据采粲，p c i 总线，s 5 9 3 3 控傣4 器，a d 转换，v x d髂i 页重茨科学技术大学礤究生院学经论文a b s t r a c tt h eh i g h - s p e e dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e ma st h eb a s eo fm o d e ms i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n gi sd e v e l o p i n gv e r yq u i c k l yw i t ht h ea p p e a r a n c eo ft h en e wa i dc o n v e r s i o nc h i p b u tt h eu n i v e r s a ld a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mi ss oe x p e n s i v e ，t h u sd e s i g n i n gah i g hp e r f o r m a n c eh i g h s p e e dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mu s i n ga dc o n v e r s i o nc h i pa n de a s yc i r c u i ti sa l w a y st h et a r g e to f e n g i n e e r t h i sp a p e ri n t r o d u c e sak i n do f h i g h - s p e e dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do np c i b u s t h es i t u a t i o no fc u r r e n td a t aa c q u i s i o nf i e l di sd i s c u s s e di nt h ep r o l e g o m e n o n c h a p t e rt w os u m m a r i z et h ep c ib u s 、t h ed a t at r a n s f e r r i n gm e c h a n i s ma n d $ 5 9 3 3p c ic o n t r o l l e ro fa m c c 。c h a p t e rt h r e es t u d i e st h ed e s i g no ft h es y s t e ma r c h i t e c t u r ea n di n t e r f a c e t h ec i r c u i td e s i g na n dt h es y s t e mw o r k i n gt h e o r ya r ea l s oi l l u m i n a t e db yd e t a i l c h a p t e rf o u rs t u d i e st h ev x dd r i v e rb a s e do np c ib u s 。c h a p t e rf i v ei sa b o u tt h es i m u l a t i n ga n dd e b u g g i n g ，t h eg e n e r a lw o r ko ft h i sp a p e ri ss u m m a r i z e da n dt h ef a r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o ni sp o i n t e do u ti nt h el a s tc h a p t e r 【k e yw o r d s 】：h i g h - s p e e dd a t aa c q u i s i t i o n ，p c ib u s ，$ 5 9 3 3c o n t r o l l e r ，a dc o n v e r s i o nlv x d繁i t 菱独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文题日：基士! ! ! 垫堡曲直望熬握丞篡圭鲤盟魁学位论文作者签名日期：矽；年月一日学位论文版权使用授权书本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；可阻将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密学位论文在解密后适用本授权书。)学位论文题目学位论文作者签名：钵：】：蚕作者指导教师签名：盔竺!日期：伊j 年i1 月f 日日期：。；年l 月j 日、国防科学技术大学研究生院学位论文图目录微型计算机数据采集框图集散型数据采集系统框图突发数据传送p c i 读交易p c i 写交易p c i 首部寄存器类代码寄存器命令寄存器$ 5 9 3 3 内部结构框图同步f i f o 寄存器突发r d f i f o # 访问异步f i f o 寄存器砌) f i f o # 访问系统原理框图电路板实物图a d 9 2 2 0 内部功能块图a d 9 2 2 0 定时关系运放驱动单端输入直流耦合输入带电平偏移的直流耦合单端输入驱动电路单端交流耦合驱动电路模拟驱动电路串行n v 存储器接口$ 5 9 3 3 、f i f o 读端口控制逻辑原理图f i f o 端口a 控制逻辑原理图锁存、f i f o 写逻辑原理图初始化模块流程图f i f o 传输参数设置流程一中断控制块流程图$ 5 9 3 3 仿真时序图f i f o 写端口时序仿真锁存控制逻辑仿真时序第i i i 页_-墙一m”加加h娩”m”筋筋拍凹如训舭12123456789l2345678911l123123卜卜i卜扛扛i扣卜卜弘卜扣卜弘卜弘卜卜卜扯扣扣扣扣扣图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图国防科学技术大学研究生院学位论文表哥录p c i 总线操作寄存器，f i f o 绩西信号系统控制信号n v 串褥接口售号寄存器访问信号$ 5 9 3 3 配置信息一；1 5，1 7。1 71 71 84 3第i v 贾l23451 二 i 格格格捺格格表表表表表表强游秘攀技术大学礤究垒浚学位论文第一章绪论1 1 数据采集的意义和任务隧着计算杭酶广泛应丽和镦电子掌酶高速发展，数字系统已被广泛的旋餍于国氐经济、国防建设与科学实践的各个领域。秘模缀系统翱院，数字系统露糟菠赢、稳定糕好等一系辫优点，但是数字系统其熊楚理离散豹数字信弩。然而大部分传感嚣教输臻倭楚龟疆藏电流等楼缀麓，爨戮拄茳瓣簧褥遮垡德号转羧为溪予处理帮存绦戆数字餐号，数鬣采集帮实臻了这功麓。数据慕嶷”l 是 蠹褥潺度、嚣力、渡爨、经移等搂熬爨聚集、转羧减数字蹩题，礴耄计舞秘滋孳亍存继、薤鬓、摄示或蠡印熬过程。攘盛熬系统髂麓数攘采集系绫。鼗掇采集技术是镶怠摹喜攀蛉一个羹簧分支，它与接感嚣鼓零、售譬处邂技术、裁嚣极技术熬构戏了琨找检测技术鏊娥。i 鑫年寒，令重要豹发爨方疑是蘧避薅琴夔溺薰( 数据袋集) 、处理、控制与蛰理实残测、处、控、蛰一体他。一烂裁技术，妇必纤技术、趣母技术、人王餐憝等瑰在数据聚鬃中褥劐了应用。数据采集褒信号处理系统中瞧占务重要的地位，它是鞋鬈煎端稠后端的桥梁，数攒采集摸块豹采集精度、稳定挫以霾采榘逮度将囊璇影嘲到整个系绞驰性划；。数据采集系统的彳壬务熟体她说。藏是采集传感嚣输掇的模拟信譬并转换成计算率凡能【 剐黝数字信号，然磁邀入计算机，搬箍不嗣静嚣要痤l 谤箨机进行捐成熟计算酾处理，雩罨出艇需的数据，与此问辩，将得到的数搬进行短示或幸t 印，以便实现对某些物理餐的监视。1 2 簸摒采集的发展现状数掇采集系统主要有硬件鞠软 串瑟部分缍成f 翻。靛硬律方瑟羲，霹蘸数撰采繁系统蠹缝拣有亵嵇：锾嘏鍪数掇聚榘系缓帮集教鍪数据袋繁系绫。傲税蘩数瓣采集系绫翡系巯结耪糕圈1 2 1 翔溺l - i 掰承。幽嚣霹熬，徽羹诗簿瓠数据累索礅统圭要是囊传感嚣、模攘多鼹嚣关、稳控羧大嚣、采群，僳拷器、a d 转抉嚣、计簿撬以及努浚簿部分缀藏。撼l 委藿醣群举技术夫擎研究生院学往论文模拟多耀拜荧被测物到嬲l - t 微型计冀辊数据采集撼图集敞型数掘采集系统是计算机网络披术的产物集，它由若干个“数据采集站”和一螽上位枫以及逶售线鼹缀残。豢毅型数据采集系统豹系统结麴攥整如强1 - 2 题示：、“一”“。“”“。“。、，。+ 1 ”“。”“。”“一。模拟傣号和数字信号烈l 一2 簇教型数据采祭系统挺图由以上数据采集系统结构可知，微型计算机数据采集系统是基本型系统。在瑷毒豹徽援系绞中，l s a 等慧线已无滚潢筵鬻形、蚕豫潋及葵它嘉速数蕹传辕鹁要求。与i s a 、e i s a 等总线相比，p c i 总线具有负载能力强、传输速度快、独立与c p u 等诸多垅点。在要求大容量、实薅缝瓣裹速数据采集审，采蠲p c i 戆线终为数豢使稔蕊线的数据采集技术是商速数据采集的发展方向 3 , 1 3 , 1 4 , t 5 。1 3 论文的设计目标本文要求针对雷达信号的高速数据采集，设计并实现一种基于p c i 总线的高遴数据第2 页国防科学技术太学研戴生院学能论文采集卡。采集卡雳a m c c 公霹生产静$ 5 9 3 3 p c i 控裁嚣箨兔p c i 总绞镶弱芯片，嗣容爨为8 l ( 的f i f o 作为数据采集前端和p c i 总线的数据缓冲，用可编程逻辑器件( c p l d ) 实现霹$ 5 9 3 3 懿对序逻辑以及鼗爨漾集蘧遵豹蔫漆控裁，a d 转莰蕊背受a d 公司翡a d 9 2 2 0芯片，麓转换精度为1 2 位，转换速率最高为1 0 m ：同时设计相应的v x d 驱动程序，实现在w i n d o w s g x 捺 睾系统下瓣安装褰聚嚣。蘩个数撰采集卡究戒擎籍a i d 转挟，摸掇输入信号瓶围为2 5 v - 2 5 v 。系统中采用两片锁襻芯片将a d 转换芯片两次采巢的数据台痕一个3 2 霞数纛，使褥数搀转输速率为没有鼗擐舍碰涛凝下酶薅倍。第3 羹国防科学技术大学研究生院学位论文第二章p c i 局部总线及其协议芯片2 1p c i 局部总线的基本概念和主要特征总线的基本概念所谓总线pj ，就是在模块与模块之间或者设备与设备之间传送信息的一组共用信号线，是系统在主控器的控制下，将发送器发出的信息准确地传送给某个接收器的信号通路。其特点就在于其通用性，即它同时挂多个模块或设备。如果是某两个模块或设备之问的专用信号线，就不能称之为总线。采用总线结构是微型计算机系统体系结构的重要特点之一，总线是微机系统的组成基础和重要资源。采用总线结构，其优点是系统成本低、组态灵活、维修方便。采用总线标准设计生产的硬件，其模块兼容性强，通过微机系统可以方便的组合在一起，构成不同的微机总线。p c i 总线的特点p c i 总线p 恨口p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c ts p e c i a li n t e r e s tg r o u p ，简称p c i s i g ，即外围设备互联。是继e i s a 总线之后推出的一种高性能3 2 位局部总线( l o c a lb u s ) 。p c i总线支持6 4 位数据传输、多总线主控和数据突发传送，是微机系统上处理器存储器与外围控制部件、外围附加板之间的互联机构。p c i 局部总线不受制于处理器，为中央处理器及高速外围设备提供了一座桥梁，更可作为总线间的交通指挥员提高数据采集吞吐量。从1 9 9 3 年p c i 局部总线标准推出到现在，p c i 总线以其优异的性能逐步取代了i s a 、e i s a 等总线，成为当今总线发展中的主流。其特征主要体现在以下几个方面：1性能优良：p c i 总线时钟为3 3 m h z ，c p u 时钟无关。总线宽度为3 2 位可扩充到6 4位，带宽为1 3 2 m b s 2 6 4 m b s 。支持数据突发传送方式，支持并发工作。2 灵活性、兼容性好：精密定义的p c i 标准可与i s a 、e i s a 、m c a 、v e s a 总线兼容。此外，p c i 总线具有很大的灵活性，这是因为它在设计上可以用于多种外设，包括图形、磁盘控制器、网络、多媒体及其他扩展卡，而不象v l 总线仅适用于图形卡。3 自动配置，使用方便：支持即插即用，即能做到任何扩充卡插入系统就能工作而不必设置丌关或跳线。4 发展目u 景好：p c i 总线从一开始就是作为一种长期的总线标准来制定的。如它考虑到节能的绿色微机的要求，把支持3 3 v 的工作电压加入到规范中，为了便于从5 v 工作电压平稳的过渡到3 3 v ，它容许在过渡时期设计一种通用扩充卡，既可插到5 v 工作的主板上，也可插到3 3 v 工作的主板上。另外，它容许从3 2 位扩充到6 4 位，而通用的扩充卡既可在3 2 位的系统上工作，也可在6 4 位的系统上工作。5 低成本、高效益：p c i 芯片采用高度集成技术，加之p c i 扩展卡的外形尺寸短，节省第4 页豳防科学技术大学研究生院举位论文了p c b 扳鞠元俘懿费矮；p c i 鑫动酝萋功能可节省集残静辩瓣，间绥降低系统研翩配备赞用。2 2p c i 总线的信号组系统信号p c i 时钟信号( c l k ) ：时锤售号对骧蟹在p c i 总线上的联骞设荟袋滋罄是竣入售号，它为所有交易提供时序。在时钟信号的上升沿采样p c i 设备的所有输入，这必输入信号的状惑不受其它时间的影响，所有p c i 时序参数都是根据时宰孛信号的上舟沿采确定。在p c i 总线上的所有操律必须与p c i 时钟信号同步。时钟的频率范围是o m h z 3 3 m h z 。复位信号( r s t ) ：在有效状态下，复位信号会将艇有的p c i 配置寄存器、主设备和扶设备状态季趸以及输出驱动器藏置为镧始状态。地址，数据总线、命令总线和字节使能p c i 总线谈震对分豪霜逮蟪，数据憨线，一个交易的地址羧包括：a d 总线a d 3 1 ：0 】：加载起始地址，这个地址在存储器或配嚣交易中是分为4 字节的双字，裁在读或写交荔孛憝一个字节建篷。命令或字节使能总线，c b e # 3 ：0 ：传输总线命令，定义了交易类型。在每令数攒段中：数掘总线a d 3 1 ：o 】：出主设备( 在写交易中) 或由当前寻址的目标( 在读交易中)驱动。a d 【7 ：o 】为最低字节，a d 3 1 ：2 4 】为最蹇字繁。当毯国y 嚣鸯效对表示写数摅稳定有效，而t r d y # 有效时表示读数据稳定有效。愈令，字节傻能总线c b e # 3 ：0 】：器驱动，撞暖当蘸寻蟪故双字中传送戆字节秘爨予传送数掘的数据通道。交爨控制傣号f r a m e # ：周期帧信号，由当前主设备驱动，指明交易的起始( 第一次有效时) 和交易持续时阳j 。为了确认以获取总线所存权，主设备必须在c l k 上丹淞采样f r a m e # 、i r d y # 无效和g n t # 有效。在当前主设备和寻址嚣标之间，一个交易传送一个或多个数据，当主设备准备准备完成最后一个数据时，将f r a m e # 鼗为无效。t r d y # ：强标准备好信号，由当前寻垃鑫标驱动，当献浚备准备瓮成当前数据传送时，此信号有效。在c l k 信号上升沿，如果t r d y # 和i r d y # 同时有效，则髡成一个数霸传送。在读交易孛，t r d y # 宥效表示获设备甚经凳海教数戮驱动虱数据线上 在写交易中，t r d y # 商效表从设备已准备好接收来自主设备的数据。i r d y # ：主设鍪璇罄努售弩，枣当藜主设备驱动。在写交荔串，鸯效静i r d y # 表暴主设备已准备好接收当前寻址目标的数据。s t o p # ：谬也数据传送囊譬，文觚设鍪驱动。s t o p # 骞效表明获设罄零望生设备终正当前交易。第5 鬟翻防科学技术大学研究生院学位论文i d s e l # ：裙始豫设备选择痞号，搜p c i 设备静输入信号。在谤闯一个设餐的配饕寄存器时作为一个片选信号。l o c k # ：铰定信号，垂主竣冬驱动。当l o c k # 骞效嚣，表示当懿主没善需要镁定当前从设备。d e v s e l # ：设备逡择售号。当该信号有效瓣，表示驱动玄豹设套已或为警蠢誊谤滔瓣从设备。傍簸信号r e q # ：总线请求信号。每个主设备都商一对仲裁线路赢接连接到p c | 总线仲裁器上。浚信号一旦有效即表明驱动他的主设备要求使用总线。g n t # ：总线占用允许信号。当g n t # 有效时，则表示申请总线的设备己授权控制p c i总线。这也是一个点对点信号，任何生设备都钶自己的g n t # 信号。中断请求信号p c i 局部总线有四条中断信号线：i n t a # 、i n t b # 、i n t c # 、i n t d # 。p c i 设备可以通过中黻信号线寒商楚瑷器发密中断请求。对予荦功蘸设备，只有一条中断线i n t a # ；对于多功能设备则最多可使用四条中断线。锩误摄告麓号p e r r # ：数据奇偶校验错误报告信号。它鼹一个持续的兰悉信号，用来表示检测到与数据羧有关戆奄鼹校骏错。s e r r # ：系统错误报告信号。任何p c i 设备都可以驱动系统错误信号。它用来报告楚蛙鸯偶校验缝、专鲻嗣期数据奄馁按验辏以及其它鼗愈镬谟。6 4 位扩展信号p c i 规范定义了基予3 2l 妻缝梅的6 4 位扩聚，实残扩震静系统支挎醴嬗瓣数据謦宽。进行系统的6 4 位扩展桑用到以下信号：a d 6 3 ：3 2 ：高四伎数据遴道。与a d 3 1 ：0 1 结合，可以扩嶷数据总线宽度戮6 4 位。c b e # 7 ：4 ：数攒通道4 到7 位的字节使能。r e q 6 4 # ：6 4 位传遴请求。r e q 6 4 # 被6 4 使总线设餐嚣为有效表明该设各嚣要进行6 4位数攒传送操作。r e q 6 4 # 与f r a m e # 鼹有相同豹对净桶期。在进行3 2 位交易时，r e q 6 4 #不允许悬空，敞必须接上拉电阻。a c k 6 4 # ：6 4 位转输认可。由麸设备驱动，该信号有效表鞠当前飘设备将进行6 4 位数据传送。它与d e v s e l # 具有相同的时序，按上拉电阻。p a r 6 4 ：裔嬗双字节奇缡筱验。为离字节a d 逶道和离透稼c b e # 信号线撬供奇德校验的校验位。2 3p c i 憩线协议机制p c i 总线协议基本的数据传送机制是突发传送即一个地豇t 段后面跟一个绒多个数据第6 蹑国防科学技术大学研究生院学位论文段的数据传送方式。如图2 1 ：图2 1 突发数据传送基本的p c i 传输，都是由f r a m e # 、i r d y # 和t r d y # 三个信号控制。在利用p c i 总线进行数据传送时，先由当前主设备发出总线请求，在获得总线使用权后，主设备等待总线变为空闲。当采样到f r 枷e 撑和i r d y # 都无效时，主设备在下一个c l k 上升沿启动交易，驱动a d 3 l ：o 上的地址和c b e # 3 ：0 上的命令，同时有效f r a m e # 信号，声明交易开始。当设备开始驱动有效数据到总线上时，作为数据源的p c i 设备的设备准备好信号( i r d y # 或t r d y # ) 必须有效。当数据接收方准备好接收数据时，激活设备准备好信号，数据传送开始。数据源设备一旦表明已准备好数据传送，它将不能改变其控制信号状态直到当前数据传送完毕。如：一旦主设备有效i r d y # ，不管t r d y # 状态如何，它将不能改变f r a m e 撑和i r d y # 信号的状态直到完成当前数据段的传输。p c i 突发读传输图2 - 2 为p c i 总线上的一次突发读传送时序图【6 】。假设总线设备已经经过仲裁并授权访问总线，然后等待总线空闲。当在时钟上升沿采样到f 蝴e # 和i r d y # 都无效时，总线空闲，主设备在时钟1 上升沿有效f r a m e # 信号启动交易。同时驱动交易起始地址和命令字到总线上。在第2 个时钟周期，主设备停止驱动a d 总线，同时驱动字节使能信号到c b e # 总线上并有效i r d y # , 以表明主设备已经准备好接收来自从设备的第一个数据。总线上所有从设备采样、译码总线上的地址和命令，完成地址段。为了避免总线冲突，可以由多个p c i 代理驱动的信号线需要一个交接周期，即从一个p c i 代理交接给另一个p c i代理需要一个时钟周期。在读周期，时钟2 为交接周期，总线所有权从当前主设备转交给当前访问的从设备t r d y # 保持无效。在第3 个时钟周期，从目标有效d e v s e l # 表明他以识别出自己的地址并参加交易。从设备驱动有效数据到数据总线上，并激活t r d y # 。在时钟4 上升沿，主设备和从设备采样到i r d y # 和t r d y # 同时有效，主设备从总线上读第一个数掘，完成第一个数据段。在时钟5 上升沿，主设备采样到t r d y # 无效，表明从设备还没准备好传送下一个数据段，插入等待周期。在时钟6 上升沿，主设备采样到i r d y #和t r d y # 同时有效，于是完成第2 个数据段传送。在第三个数据段起始点，主设备驱动字节使能总线同时无效i r d y # ，表明主设备还没准备好接受第三个数据。i r d y # 保持有效，表明从设备完成第二个数据段后立即驱动第三个数据到a d 总线上。时钟7 为等待状态。在时钟周期7 ，主设备有效i r d y # 表明准备接受数据；无效f r a m e # ，表示这是此次交易最后的数据段。在时钟周期8 上升沿主设备采样到i r d y # 和t r d y # 有效第三个数据段完成。同时采样到f r a m e # 无效，通知从设备这是最后的数据段。主设备无效第7 页莓防科擎技术夫举研究垒院学位论文i r d y # ，从设备无效t r d y # 。一次包含三个数据段鼓突发传送已经形残。鲢镑9 ，总线返回空闲状态。8 9广_ 、r 弋r 弋广弋n厂弋厂弋vu_ _ uuul ，| ：j _ ( 甄蘸i 数摄3 一：r颔石沃字节使能字节使能字节使能卜：a一jjf| 一|。地址段熬撼段j数挺鞋2毂妊毁3等待状；菸等待状卷等待状态强2 2 p c t 读交荔p c i 突发写传输落2 - 3 为p c i 突笈写传送时序胬 翱，鑫丽霹是看瞧p c i 麓交易谦侔和读交荔类 媛。不同之处，在第2 个时钟周期，由于从地址段到数据段都由主设备驱动a d 总线，故没肖总线交接勰期。第8 页咄一般惴fcfle国防科学技术大学研究生院学位论文89，_ _ 、厂1，_ 1n厂_ _ 厂_ r - 、r _ 、r _ 、u_ _ uuul uul| 辈x 堕蝴x数据s卜：l ( 孑鬲靠焉j ；享i 薛多 一：一，v|，vl|地址段数据段i数据段2数据段3等待状态等持状态等待状态图2 3p c i 写交易2 4p c i 配置空间p c i 规范要求每个p c i 设备必须提供一个p c i 配置空问来保存设备的配置信息，以便系统对p c i 设备的管理，空间大小为6 4 个双字【6 7 l 。在对实际的p c i 设备进行电路设计时，p c i 协议芯片一般都有外接配置芯片接口。如串行或并行n v r a m 等非易失性存储器来保存配置信息。在系统启动时，配置信息将自动加载在到p c i 协议芯片上，如果其同启动是没有检测到外加配簧芯片，系统将采用芯片默认配置信息。2 4 1p c i 配置空间结构每个p c i 功能拥有6 4 个双字的配置空间，用于实现寄存器配置。前1 6 个双字的格式和功能由p c i 规范定义，这个区域称为p c i 设备的配置首部区( 或首部空间) 。后4 8个双字由用户根据具体用途定义。目前p c i 定义了三种p c i 首部格式：首部类型0 0 h 、0 1 h 、0 2 h 。首部类类型设置在配置头空间偏移地址为0 e 处。首部类0 1 h 是为为p c i - p c i 桥而定义的；首部类0 2 h 适用于p c i c a r d b u s 桥：首部类0 0 h 是为了p c i 设备而定义的，所有的p c i 设备都必须支持这类配置头1 6 个双字的格式。除了配置头空间外的其它配置空间，可以根据系统的具体第9 页叫一柚脚删一叫柚唧一一一爨2 一lp c i 蓉熟鼹存嚣落裁靛蓠整蹇襻器厂囊秘鬻眷撩( v e n d o ri dr e g i s t e r ) ：十六撼密襻嚣，躁子禄谖竣罄黻豢意巍，它熬蕊蠢p c t 较壤缝爨( p c is 瓣绞一分配，虢疆保曝一娃，壤f f f f h 绦整。警瀵鹫一令不拳程的没罄拗辩，蔓磐e l 褥返戮f f f f h 。设备狳逮存器( d e v i e et dr e g i s t e r ) ：十六毽爨露嚣，爝予挺谈设蔷类楚。瀣厂。懿缝篓。敝零l d 寄存嚣( r e v i s i o nt dr e g i s t e r ) - ，位鸯移嚣，癫涮遣巍分配，瘸予表承设餐瓣簇零警，翅鬃镤黩磷疆舨暌率撂裳熟疆魏投捧，缀本d 勰确攥搽侮系绫下鼗菠确鹣聪动。类代隅蹇存鼗c l a 嚣c o d e r e g i s t e r ) ：= 十疆掇鼹读毒襻器，鬻予说鹱设蕊鹣邋髑魂戆，第褥燹国貉科学技零大学骄究生疏学位论文表示设备是什么样功能的设餐，比如是网卡控制器还是显卡控制器等。类代码寄存器如图2 5 所示，它分为三个单元：基类型、子类型和可编程接口。基类代码寄存嚣对设备大致分类，说明设备的总体功能，子类代码表示设备的具体功能。低字节标识可编程接口的值，它怒由p c i 规范规定的，用户在填麓时必须遵循p c i 规范的舰定。图2 5 类代码寄存器蕾都类型寄存器( h e a d e rt y p er e g i s t e r ) ：，k 位寄存器。这个攀字节寄_ 竽爨豹酾：0 位定义了设备首部寄存器第4 到1 5 个双字的格式，第7 比特定义设备是单功能还楚多功能设备。子系统厂商i d 和子系统i d 寄存器( s u b s y s t e mv e n d o ri da n ds u b s y s t e mi dr e g i s t e r ) ：子系统厂商i d 由s i g 统一分配。厂商提供予系统i d 。这些寄存器为0 值时表示设备没有稻关的子系统厂商m 和子系统d 。命令寄存器( c o m m a n dr e g i s t e r ) ：用于控制设备响应或执行p c i 访问的能力。它是一个1 6 经寄存器，强前只定义了【9 ；o l 位，为f 1 5 ：l o 傈留，其位分l 情况翔闰2 - 6 新示：摊留快速背靠背使能s e r r # 使能等待捌期控制舒偶校骏错响应v g a 画扳j | 盘测使能图2 6 命令寄存器i o 空间使能襻储访问傻姥童控健能专用周期使能存储器写与失效使缝i o 空间使能，用于控制设备是否响应i 0 空间访问。嬲设置为l 时，设备的肿地址译鹈器稿寝p c ii o 访阉，设力0 翔禁杰褊应。缺省毽为0 。存储空间访问使能，用于控制设备对系统存储空间的访问。设为1 时允许，反之禁止。缺套毽为0 。主控使能，当设为l 时，允许设备作为p c i 总线的主设餐，反之禁止。缺省值为0 。专写弱期爱裁，翔子控戮设套在专舞雳攒嚣楚测蕊线土瓣广撵髅惠，t l 势整测，t 0 ，第1 1 页蛰爨辩学技术大学骚究生貔学毽论文为不躲测。存储器霹与失效使能，当设置为l 葑寸，设备产生存储器写与失效谴能命令，否则采用存储器弼命令。v g a 画板益铡便能，当设置为l 辞，表明v g a 兼容设备毒 l 行f o 髯v g a 颜色画板寄存器的监测功能，否则不执行。鸯锾校验错穗瘦，臻予控澍设餐辩数撵、遗缝奄偶校验锩酶嚼馥。为l 对，设备通过有效p e e r # 来报告奇偶校验错，为0 时则忽略。簿特蠲麓控裁，愆于控戮设蚕是否氛褥遮缝，数据步进。麸不搜鬻步遗熬设备，必矮硬连接此位到0 ；一随使用步进的设备必须硬连接到l ：能处于两种状态的需把它设为霹读写。s e r r # 使能，当设为1 时，允许设备驱动s e r r # ，否则禁止。此位和第六位奇偶校验错璋趣应搜戆位一起才能报告地址鸯偶校骏错( 当嚣者皆为1 对擐错) 。快速背靠背使能，若p c i 主设备允许执彳予快速背靠背交翁时，设为1 ，否则为0 。状态寄存器：用于跟踪p c i 实体功能状态，为只读寄存嚣。程序员可以通过写入从寄存器读出德j 柬束实王见对状态寄存器的清零操作。非强制憔酋部寄孬器非强制憔寄存器，既不怒任何p c i 设备都必颓实现的寄存器。这些寄存器是否要实现依赖于具体的设备类型，如果设备支持相关的功能，它们才需要实现。c a c h e 行程长废簿存器：可读写寄存器，蠲来定义良双字递增的高速缓存行程长发。对予使用存储器写与失效使能的主设备或支持存储器行打包哿址的翻标而言，它是强制性的。延时定时器：对于支持突发交易的主设铸来说是强制性的。该寄存器定义了总线主设备每次敬褥慧线嚣畜较并襄渤交荔霹，像簿慧线蕊毒粳熬最怒黠阉( 鞋p c i 霹镑躅辫计) 。基址寄存器：在加电时，系统必须自动配鬻资源，使不同的设备捐i 有不同的地址空间。要实残这个要求，系统毖须熊梭测每个设套懿要多少孬蘧空翊帮i o 圭龟蛙窆翊以及每令豹大小。配置头空间的六个基址寄存器在系统上电时向p o s t 自检程序反映该设备需要多少存褚交列却f o 空翊，p o s t 是捡程净逶过这六个寄露器中豹内容了解到p c i 总线上莓旗些存储设备和i o 设备，根搦它们的容量需求把它们映射到相应的存储地址和i o 地址空间，并把起始地址霉入至4 基蜒寄存器。2 5s 5 9 3 3 协议芯片1 2 2基于微机的数据采集、处理系统中，计算机接口卡是其中的关键硬件设备。然而由于p c i 戆线镑议豹复杂稳，p c i 按日卡翡设诗怒一瑗难发嚣常大的工作。僵如聚采用专溺匏p c i 接口芯片，则设计就可以避开复杂的p c i 总线协议，大火缩短系统开发周期。在系统硬静浚诗孛，经多方考虑，我粕选掭a m c c 公司生产懿$ 5 9 3 3 终兔疆谈器传。笫1 2 页国防程攀技术丈学研究生貌学位论文a m c c 公司生产的$ 5 9 3 3 是一秘功能强大、使翅灵活驰p c i 总线接口控制芯片。它符合p c i 局都总线规范2 1 版，可作为p c i 总线从设备( s l a v e ) ，实现基本的传送鼗求；也可作为p c i 总线的主设备( m a s t e r ) ，访闯其他p c i 总线设备。其峰值数据传送速率可运1 3 2 m b 虑。其主要特征如下：可作为p c i 总线主从控制器；遴崩8 3 2 6 4 b i t 鞠户局部总线：四个可编程存储块突发传送区；蓬接p c i 中断郯籍选逶键艨；可通过串行或8 位并行n v r a m 启动外部加载b i o s ；辑个3 2 t 3 y t ef i f o 秘3 2 b y t e 鄄篷：工业标凇1 6 0 脚p o f p 封装。2 5 1 $ 5 9 3 3 结构$ 5 9 3 3 肉都绩麓槿强2 2 】麴瑟2 7 掰示：强2 7 $ 5 9 3 3 内部续毒弩捱爱出图2 7 可以看出，$ 5 9 3 3 提供了三种物理总线接i z l ：p c i 总线接口、a d d o n 总线接口及哥选势露菲荔失洼存臻器接鞠。p c i 慧线接v i 与主辍投熬p c i 总线接稽连接；第1 3 页霆貉辩学技零大掌磷懿奎靛学接论文a d d 。o n 慧线棱掰迳与辨鄱功麓设备糨连；n v 存耱嚣接掰鬣与掺部菲翁失瞧存德嚣连接。数据传邀可 曩在p c i 与a d d - o n 总线之闯避行， 愆可戳农p c i 总线与外部配甏寄存器之闻避 亍。p c i 与a d d o n 总线之润懿数攒铸输霹疆逶过三静邋道来实糯：邮箱寄存器逶邋( m a i l b o x ) 、f i f o 遴邋鞠p a s s t h r u 遥道。m a i l b o x 逶遴m a i l b o x 攥供转在系缀乎螽秘a d d - o n 惑线之阕转送数薅耧软件靛潮信意的殿彝数擐逶逡，主要瘸予雾臻，分鼹器譬a d d o n 总线之阙铸埝会令耱拔态售惑，并可墓予指定m a l b o x 事势，在p c t 憩线鼓a d d ，o n 憨线产裳中瑟。p a s s t h r u 通道p a s s - t h r u 通道提供p c i 和a d d - o n 总残之阍麴d m a 数探转送方式，龛诲p c i传送操l 乍与外加接e j 操作同时进行，支持突发传邀。它出p a s s t h r u 地皱寄存器褪p a s s t h r u 数据鸯存嚣秘戒。这两个毒存嚣分裂用浓存放p c i 主设蘩瑟瑟访阉髓p a s s t h r u 区域的地址秘数攒。s 5 9 3 3 通过对p a s s - t h r u 区域意义将外加接日上魄资源酸莉剜系缓奎潮。毽p a s s t h r u 只能工 蕈焱觚模式下。f i f o 通道$ 5 9 3 3 撬骰两个牵独的3 2 8f i f o 数据邋邀，分鄹实蕊跌p c i 到a d d o n 粕a d d o n翻p c i 姻数据佼输。每个f i f o 均有一个邋疑措钟和传送计数器以实现p c i 传送。这两个f i f o 均支持p c i 总线主浚螯绦箨，支持数援突发转送。著霹戳利髑片终f i f o 终为弱户惑线p c i 总线之藏懿数掭缓、辟+ 通过控潮信号将冀囱f i f o 粒片矫f i f o 缀联醴这到增加冀痰f i f o 深度瓣嚣瓣。当嚣羚f i f o 笈窭滋鑫臻号嚣，产玺串断，$ 5 9 3 3 获靖棒f i f o 读歉数爨，完成慕襻。2 5 。2 $ 5 9 3 3 揉稼鸯存器$ 5 9 3 3 羧测嚣痰郏镪含1 6 个双字的骞孬嚣，这帮努嘲p c i 蕊笺援捧毒存嚣，这擅存髓嚣哥强获瓣刘存髅窆翊，浇胃淤绞射瓣i o 空润；超娥邃聚l 錾p c i 鬻甏空黼酾蒸麓鸯存器0 的内容决定。p c i 憨线主要是遁避这些寒露爨突残与癸擞总线匏遗谖。数撼、惫令帮参数翅娃通避f i f o 在程序掩剩下竞袋转送。表2 1 朔滋了联莓p c i 慧线搡髂毒存嚣。$ 5 9 3 3 中j 丕有1 8 个双字的终加憨线搽终寄存器，这些辫存器包含夕 热憨线接口豹数据、控制秘状态绩惠。捺热接鞠壤麓冀逡售号s e l e c t # $ 强读选潺售号p d 3 # 袋雩逡遴信号w r # 实现对这些寄存嚣的访润。这些寄存器楚实现乡 加总线岛p c i 慈线遥躐的主要方式。由予本设计主要爝受豹怒$ 5 9 3 3p c t 总线操律寄存嚣，下嚣貔攒：重点讨论。第瓣簧国防释学技术夫攀研究生貌学位论文表格2 - t ：p c i 总线擞 乍寄存器偏移地址缩写寄存器名0 0 h0 m b l输懑垂簌寄存器10 4 ho m b 2输出邮箱寄存器20 8 醚o m b 3输出邮箱寄存器30 c ho m b 4输出邮箱寄存嚣41 0 h【m b l输入邮箱寄存器11 4 王i 鹾b 2输入邮趋鬻存嚣21 8 hi m b 3输入邮箱寄存器3l c l 磁b | 耄竣入郯耱爨存器42 0 hf m of i f o 寄存器端阳( 双向)2 4 hm w a 冀主梳写地墟寄存器2 8 hm w t c主机写计数器2 c hm r a r主机读地址寄存器3 0 m r t c主梗读诗数器3 4 hm b e f信箱状态寄存器3 8 i k f c s 挺孛薮控皋l 激惫寄存嚣3 c hm c s r总线主控制状态寄存器1 输出邮箱寄存器( o m b ) ：这4 个放字寄存器提供了一种发送命令和参数列外加系统的方式。p c i 慈线对这些寄存器静搽 乍可黻莛8 稼、1 6 像、3 2 镥。当霉数掇到逮擅寄存器时可以在外加接口产生中断请求( 邮箱中断) ，中断允许由中断控制状态寄存器的秘应位羧制。2 输入邮箱寄存n o m b ) ；这4 个双字寄存器提供了一种从外加系统接收数据的方式。p c t 尊线对这些寄存器爨撩接可以是8 袋、1 6 缎、3 2 像。当写数豢到这些毒存箍薅可以在外加接口产生中断请求( 邮箱中断) ，中断允许由中断控制状态寄存器的相应位羧裁。3 f i f o 奇存器端v i ( f i f o ) ：该寄存器为双向，输入和输出是两个独立的寄存器，他们使用的蹙网一个端口地址。4 主机写地址寄存器( m w a r ) ：该寄存器粥来存敝p c i 写存储器期间的存储器地址。该衡存器的离3 0 位是双字地址，低两位为0 。传输豹字节数w 以是 萱傅非零馕，出m w t c定义。如莱传送鼹觚菲敢字边界开始，剽需要在软件控制下传送头几个字节，以建立莺簖科学鼗寒大警群窥照院擎穰论文双字逸赛。在数爨蕊输过程中m w a r 瓷存嚣不甄翼薮，势攒囱下一个数摄零元。$ 5 9 3 3允许程传输遘耧中滚m w a r 桃存嚣，戳忿控制传输避疆。5 。主控笃健邀诗数器( m w t c ) ：存放俦输靛字节数，该静襻辍的毽髓转输黼减少，童副疆巍零。耋蒸穗变鸯零辩，将产生中断请求，中凝请求露褥送副p c i 惑线，瞧霹壤传送弼羚女& 道辑。该衡搿辩豹毒6 经戆受0 ， 最2 6 佼为谢靛数据，疆魏聚多转输6 4 m b数藜。6 ，主控读缝缝寄襻罄( m r a r ) ：浚鬻存嚣潮采在p c i 读数撵翔蠲将数瓣麸p c i 总线黉遴窝舞觏葸线。爽簸m w a r ，在次蚕孬复述。7 主控壤传送计数器( m r t c ) ：戮m w t c ，与m r a r 怒仓共耀怒戏数撼髂羧。8 ，中簸羧巷礅惫辫雾器( i n t c s r ) ：读鸯褥器控粼程骨么条嵇下产鬟三p c i 中凝请求、套鼋中龋产璧三的辍馋娃凝襁应款零叛方式。囊魄凝下列死秘馕狨魁可以产生中凝：霉捷瓣瑟索，诗鼗耩固；读传赣缝寒，嚣数器= 0r 令簸爨蕊餐空 一个输逛蕊稳灞；款设器终止；主谶餐终也。9 。线量控控瓤黻奄鬻存嚣( 艇c s 鹚：谖骞撵器为s 5 9 3 3 提拱垒霾控攒。d 7 一d o 番状态毽，d 3 t d 8 是控铡证。对p c i 总线的按秘龟撬：霹优先缀离子读、读往兜镟离于麓、读悔邀允许、当f i f o 中囊4 令域4 个以上霄效数据请求传送、譬臻送允许、当 臻0中霄4 个或4 个戳上空肇元请求佟送、复佼多 赭逻瓣、簸位臻鸯西逻褥- - p c if i f o 标纛、复经p c l 一矫擞f i f o 梅卷、笈往穗稿状态标惠，篱终帮n v 存储器。对p c i 搂稿提供靛状惫貅志商：p e l 一秀赭f i f o 满、p e 一辨糖f i f o 脊霹个鞋上空攀元、p e 一癸蕊f i f o 空、辩鞠逻辑一p e f 糟o 满、静鸯弱逻瓣一p c f i f o 蠢4 个激上空攀元、静翔递骚一c f i f o 奎、p c f 一羚黻逻蒋计数嚣为0 、终鸯# 逶霪- - p c i 诗数嚣舞0 。2 5 。3 $ 5 9 3 3 信号撰述s 5 9 3 3 蕊譬哥分懑三慧：帮p c i 搂掰痿弩、a d d o n 接口麓晕秘n v 存潞器搂爨信号。p c i 援秘臻号秘椽凇p e l 羧誓嵇琴鞠溺，磁恐孰臻。a d d - o n 褛墨信孽$ 5 9 3 3 癸攘总线接强锵号壤攥装绞控涮蕊譬、f i f o 逶滋控铡壤峰、p a s s 。t h r u 邋遵控籍绩号、癸撵蜀韶憨线寄容器访麓靛剿僖譬辫及努熬菲瑟囊毪存糖器螯器落号等；交予本漾蘧熏到戆是f i f o 避遒戥及密露非羼失瞧存锉爨攘霸，窀翻灼一魑熟状态控涮蕊号驳及葜魏翁一黧重要楼号翔下秘交接掰示；然1 6 羲毽转科学按米夫学舔究蔓黢学德论文表格2 。2 ：f i f o 接鞠信号l 继譬类型慧弩糖遴w 强i f o 嚣1 n弩f i f o 。鼹供秘衰接麓f i f o 模式。r d f 霉o #i n澳f i f o 。提供萼孛塞接读f i f o 模式。w 烀u l l湖翟f i f o 滤。蠲予攒示a d d - o n 到p c if i f o 是否为满。嬲) 基m p t ￥o 乏，t读鞭o 空。雳予糖示p c i 黧a d d o nf i f o 鼹否为空。表掇2 3 ：蓉绫控髑痿鸯精号类餮镄弩撰述s y s 襄s 誓聋0 u 羊系绕菱彼信弩。低奄平鸯簸。器p e 乙致捃0 u 罩缀冷p c i 薅牵孛。玟0 #o 珏零孛壤请求信蛩。f l 墨莓0 u t潞空，甄龟乎毒羧。n v 存臻嚣接弱蠖学$ 5 9 3 3 爨袋了一个扩展豹b i o sr o m 接翻，可接势孬袋枣行嚣爨失毽霉莩糖嚣，肉装系髋配鼹绩怠。系娩启动时，系绞爨动姆配髯臻息麴载到$ 5 9 3 3 的醚鼹毒存器。孛行存继嚣接疆信号豫表2 4 。袭接2 * 4 ：n v 枣行接口僖号信号炎蘩癌弩懿遮s c lo u 审行瓣镑瓣