线接口芯片PCI9054及其在高速数据采集系统中的应用.

1、线接口芯片 PCI9054 及其在高速数据采集系统中的应 用 摘 要：本文介绍了 PCI 总线接口芯片 PCI9054 的性能、总线操作及其 DMA 数据传输方式，并且通过它在高速数据采集系统中的应用实例，阐述了 PCI9054 在 PCI 接口电路设计中的简便性和实用性。 关键词:PCI 总线接口 PCI9054 DMA Win driver 引言 PCI(Peripheral Component Interconnect) 总线即外围部件互连总线， 是一种先进的高性能 32/64 位地址数据复用局部总线，可同时支持多组外围设 备，并且不受制于处理器，为中央处理器与高速外围设备提供一座沟通的

2、桥梁， 提高了数据吞吐量(32 位时最大可达 132MB/S)，是当今 PC 领域中流行的总线。 PCI 总线具有严格的总线规范，这就保证了它具有良好的兼容性，符合 PCI 总线 规范的扩展卡可以插入任何 PCI 系统可靠地工作。一个 PCI 接口包括一系列的寄 存器，这些寄存器中的信息允许计算机自动配置 PCI 卡。 目前实现 PCI 接口一般采用专用器件，有效方案分为两种：使用可编程 逻辑器件和使用专用总线接口器件。采用可编程逻辑器件实现 PCI 接口比较灵 活，可以利用的器件也比较多，但由于 PCI 总线协议的复杂性，其接口的实现比 ISA 等总线要困难得多，这种方法难度较大，设计周期较

3、长。采用专用接口器件 不仅对 PCI协议有良好的支持，而且提供给设计者良好的接口，这些都大大减少 了设计者的工作量。 PCI9054 的结构和性能 PCI9054 是美国 PLX 公司继 PCI9052 之后推出的又一低成本 PCI 总线接 口芯片，低功耗，PQFP172pins 封装，它采用了先进的 PLX 数据管道结构技术， 可以使局部总线快速转换到 PCI 总线上。 PCI9054 主要特性 PCI9054 的主要特性如下： * 符合 PCI V2.1 ， V2.2 规范，包含 PCI 电源管理特性。 * 支持 VPD(Vital Product Data) 的 PCI 扩展。 * 支持

4、 PCI 双地址周期，地址空间高达 4GB。 *具备 I2O 准备报文单元，完全兼容 I2O V1.5 规范。 *提供了两个独立的可编程 DMA 空制器，每个通道均支持块和 Scatter/Gather 的 DMA 方式，DMAS道 0 支持请求 DMA 方式。 * 在 PCI 启动模式， PCI 9054 可插入类型 1 和类型 2 的配置周期。 * 在 PCI 和 Local Bus 的数据传送速率高达 132MB/S。 * 支持本地总线(Local Bus)直接接口 Motorola MPC850 或 MPC86 系 列，In tel i960系列，IBM PPC401 系列及其它类似总

5、线协议设备。 *本地总线速率高达 50MHz 支持复用/非复用的 32 位地址/数据；本地总线可 为三种模式：M 模式、C 模式和 J 模式，可利用模式选择引脚加以选择。 *具有可选的串行 EEPRO 接口。 *本地总线时钟由外部提供，该时钟可和 PCI 时钟异步。 * 具有 8 个 32 位 Mailbox 寄存器和 2 个 32 位 Doorbell 寄存器。 PCI9054 的内部结构组成 PCI 9054 内部有 6 种可编程的 FIFO,以实现零等待突发传输及本地总线 和 PCI 总线之间的异步操作。 PCI9054 还提供了一个串行 EEPRO 配置接口，容量 2K 字节。在配置存

6、 储器中存放了厂家标示、设备标示以及本地总线的基地址空间、 I/O 空间、中断 控制信号等信息。当初始化时，系统自动将串行 EEPRO 中的配置参数装入 PCI 配置寄存器，并根据本地总线对内存、 I/O 端口和中断的需求统一划分，自动配 置。 PCI9054 的总线操作 PCI9054 的总线操作包括 PCI 总线操作和本地总线操作。对于 PCI 总线 操作，它完全遵守 2.2 版本 PCI 规范。下面主要讨论一下本地总线操作。 PCI9054 本地总线支持非多路复用 32 位地址/数据总线，多路复用 32 位和 8 位， 16 位或 32 位本地总线设备从属访问，运行速率高达 50MHz

7、可以获得 200MB/S 的本地总 线突发传输速率。 PCI9054 有 3 种工作方式，分别为 C、M 和 J 模式。M 模式主要是针对 Motorola 公司高性能 MPC850/860 的应用而设计的，主要应用在电信领域， J 模 式的接口设计相对比较麻烦，比较常用的是 C 模式。 C 模式下 PCI9054 分为 PCI Initiator 操作和 PCI Target 操作。在 PIC Initiator 操作过程中，本地处理器或本地总线主控设备能够直接通过 PCI9054 访问 PCI 总线，发起 Local-to-PCI 的数据传输。而在 PCI Target 操作过程中， PC

8、I 总线主控设备可以以可编程的等待状态、总线宽度和突发传输功能访问 PCI9054 的三个本地空间（空间 0,空间 1 和扩充 ROM 空间）。 PCI9054 的 DM/突发模式 PCI9054 集成了两个互相独立的 DMA 通道，每个通道都支持 Block DMA 和Scatter/Gather DMA，通道 0 还支持 Dema nd DM 传输方式。 Block DMA 要求 PCI 主机或 Local 主机提供 PCI 和 Local 的起始地址、 传输字节数、传输方向。主机设定 DM 朋始位启动数据传输，一旦传输完成， PCI9054设定 DMA 传输结束位结束 DMA 如果中断允

9、许位被使能，在传输结束 时 PCI9054 将向主机申请中断。在 DMAt 输中，PCI9054 既是 PCI 总线的主控器 又是 Local 总线的主控器。 Scatter/Gather DMA 要求主机在 PCI 空间或 Local 空间设定 Descriptor 模块，模块包括 PCI 和 Local 的起始地址、传输字节数、传输方向和下一个 Descriptor 模块的地址。PCI9054 载入第一个 Descriptor 模块并发起传输，连 续加载下一个模块，直到它侦测到 链结束位 有效， PCI 9054 设置 传输结束位 ，或者申请 PCI 或 Local中断。这种模式下，PCI

10、9054 也可以在每个模块加载 时有效中断信号结束 DMA 专输。若 Descriptor 模块在本地存储空间，可以编程 使 DMA 空制器在每次 DMA 专输结束后清除传输字节数。 PCI9054 的设计与应用 PCI9054 作为一种通用的 PCI 接口芯片，以其显著的功能和特性，得到 了广泛的应用，下面就其在高速数据采集系统设计中的应用进行简单介绍。 硬件结构组成 该高速数据采集系统利用 PCI9054 的 PCI 专用接口芯片的特性，设计了 一个双路 200M 的高速数据采集卡，完成高速数据的采集和传输。 系统结构主要包括 A/D 转换、数据存储、逻辑控制，时钟分配和数据传 输五大模块

11、。 A/D 转换电路采用 AD(Analog Device)公司的 AD9054 芯片， 分辨率 为8位， 最高采样率200MSPS数据存储电路采用IDT公司的产品72V3611Q该 芯片可以工作在 133 MHz 的频率下，零延迟传输，可以提供 9 位、18 位、36 位 输入、 输出接口， 最大存储容量为 128K 36Bit。 逻辑控制电路采用 CPLD 技术， 利用 Altera 公司的可编程逻辑器件 EPM7128 兜成对数据存储电路、 AD 采集电 路、 PCI 桥电路的控制，对时钟电路的配置，以及各种触发控制。时钟电路产生 的采样脉冲的频率范围是 25MHz400M，步长为 1M

12、Hz 采用 SYNERG 公司的频 率合成器 SY89429V 来完成。 第一步：模拟信号经过信号调理电路后送入 ADC ADCS逻辑控制电路和 时钟控制电路的作用下，完成 A/D 转换，并将转换结果送入数据存储电路。 第二步： PCI 桥电路在主机的控制下，将数据存储电路中的数据传输到 微机内存中，以供应用程序进行后续的信号处理。 软件设计 PCI 数据传输卡的另一关键问题即驱动程序的开发。设备驱动程序提供 连接到 PCI 板卡的软件接口，在 Windows9x 和 WindowsNT 中，设备驱动程序必 须根据 Windows 驱动程序模型(WDM 设计。设备驱动程序的关键是如何完成硬件

13、操作，基本功能是完成设备的初始化、 对端口的读写操作、 中断的设置和响应及 中断的调用、以及对内存的直接读写。 该系统选用 Windriver 来编写设备驱动程序， Windriver 是美国 KRF-Tech 公司出品的用于编写驱动程序的另一种工具包。它以通用设备驱动程序 Windrvr.vxd 和Windrvr.sys 为核心， 包含一个类似 QuickVxD的代码生成器 Windriver Wizard ，一个 Windriver 发行包，两个公用程序 pci_scan.exe 和 pci_dump.exe。用它编写的程序主要针对 ISA/PCI 设备，可同时工作在 Windows 9x/NT 两种操作系统，其中 Windrvr.vxd 用于 Windows9x 操作系统， Windrvr.sys 用于 Windows NT 操作系统，因此，它是设计 PCI 设备驱动程序的理想工具。 Win driver 针对 PLX 和 AMCC 勺专用接口芯片特别编写了 API 函数包，这 些函数能够方便地实现中断处理、DMA 专输、I/O 操作、内存映射以及即插即用 等功能，为系统的驱动程序的编写提供了便利。 结论 PCI 9054 以其强大的功能和简单的用户接口