PCI9656接口芯片的应用设计

1、 PCI9656接口芯片的应用设计 张军刘冲Summary：PCI9656是PLX推出的一种支持66MHz、64位访问的PCI接口芯片。本文介绍了PCI9656的特点及工作模式，并以在某机载电子设备的应用实例，给出其工作原理和硬件实现方法。Key：PCI总线；PCI9656；内总线；桥片；串行总线：TP391 ：A ：1009-3044（2016）05-0263-031 概述1.1 PCI总线简介PCI（Peripheral Component Interconnect）总线最早作为微型计算机外围设备互联局部并行总线。基于PCI，国际工业计算机制造者联合会在1994年提出了一种高性能的工业用总

2、线接口标准CPCI（Compact Peripheral Component Interconnect）。目前，PCI总线作为局部总线已广泛应用于工业领域。PCI总线的理论最高数据传输率为132MB/s（33MHz*32bit/8），当时钟频率升级到66MHz，数据宽度升级到64位，数据传输率可达528MB/s，可满足大多数应用的需求。PCI总线是一种树形结构，独立于CPU运行。PCI总线上可以挂接的设备包括PCI主设备、PCI从设备和PCI桥片。同一时刻，PCI主设备只允许有一个，PCI从设备和PCI桥片多个之间可以共存。图 1是PCI总线的信号，分为可选信号和必需信号。共120条信号，其中

3、可选信号51条，主设备必需信号49条，目标设备必需信号47条；PCI信号可以分成以下几大类：（1）系统控制类： CLK，PCI设备工作参考时钟，为所有的PCI总线操作提供时序，对于所有的PCI设备均为输入信号，其频率支持33MHz或66MHz，上升沿有效 和RST ，PCI总线复位信号，用来使所有PCI设备的寄存器和信号为初始状态；（2）传输控制： 帧周期信号FRAME，由主设备驱动，表示一次总线传输的开始和持续时间，当FRAME有效时预示总线传输的开始，当FRAME信号无效时，预示总线传输结束； IRDY标志PCI总线发起者可以传输数据，DEVSEL当目标设备发现自己被寻址时置低应答；TRD

4、Y标志目标设备可以转输数据，STOP目标设备主动结束传输数据的信号，IDSEL在即插即用系统启动时用于选中板卡的信号；（3）地址与数据总线： AD63：0地址/数据分时复用总线，C/BE7：0命今/字节使能信号，PAR奇偶校验信号，它对AD63：0和C/BE7：0进行校验，总线发起者为地址周期和写数据周期驱动PAR，目标设备为读数据周期驱动PAR；（11）仲裁信号： PCI总线发起者用来请求总线使用权的信号REQ， PCI总线仲裁设备允许发起者得到总线使用权的信号GNT；（12）错误报告： PERR数据奇偶校验错 和SERR#系统奇偶校验错。PCI一次总线操作过程是：PCI总线操作发起者发起请

5、求（置REQ#），PCI总线仲裁器发许可（置GNT#）；操作发起者开启一个总线操作（置FRAME#），并说明请求地址（置AD0AD63）和请求类型（置C/BE0C/BE7）；PCI操作的目标设备声明被选中（置DEVSEL）；当发起者准备完毕（置IRDY#）和目标设备准备完毕（置TRDY#）后，执行总线操作（置AD0AD63）；当总线操作执行完毕后，发起者结束总线操作（清FRAME#）。1.3PCI总线特点PCI总线的特点包括：1）并发处理，支持32位或64位并行总线且总线操作与处理器操作并行；2）良好扩展性，支持即插即用；3）数据传输高性能，最高数据传输速率可达528MB/S；4）复杂性，PC

6、I总线强大的功能增加了硬件和软件实现难度。硬件上要采用大容量、高速度的CPLD或FPGA芯片来实现PCI总线复杂的功能。软件上则要根据所用的操作系统，用软件工具编制设备驱动程序。1.3 PCI接口实现途径由于PCI总线协议的复杂性，PCI总线接口实现方式包括利用可编程逻辑器件+IP核实现以及通过专用PCI接口芯片实现。第一种实现方式较灵活但是实现难度较大且价格昂贵，第二种实现方式由于实现简单且价格低廉而被广泛应用。目前应用较多的PCI总线接口芯片是AMCC公司的S59xx系列芯片和PLX公司的PLX系列芯片。2 PCI9656简介PCI9656是PLX公司为扩展适配板卡推出的能提供混合高性能P

7、CI总线接口芯片，该接口芯片可提供用于适配卡的小型高性能64位PCI总线目标接口。2.1 PCI9656的特点PCI9656作为PCI总线和处理器内总线的接口转换芯片的主要特点包括：1）兼容PCI r2.2协议规范，支持64位、66MHz时钟PCI总线；2）采用PLX数据流水线架构（Data Pipe Architecture）技术，配有DMA引擎、可编程直接主控或者直接从属数据传输模式以及PCI信息传输功能；3）可以和三种内总线类型的处理器进行直连；4）具有PCI优先判决器，可以支持7个外部主控器；5）可以由2个局部总线中断信号LINTi和LINTo生成一个PCI中断信号INTA；6）局部时

8、钟与PCI时钟异步工作，允许局部总线独立于PCI时钟工作。支持内总线是PCI时钟异步；7）核电压为CMOS 2.5V，I/O为3.3V；8）PCI总线端和内总线端兼容3.3V和5V；9）支持三种数据传输模式（Direct Master、Direct Slave及DMA）；10）寄存器兼容PCI 9060， PCI 9080，PCI 9054和PCI 9056，可容易地进行基于32位PCI总线与基于64位PCI总线的软件移植；11）支持多路复用和非多路复用的8位、16位和32位66MHz时钟局部总线；12）可直接生成所有的控制、地址和数据信号以驱动PCI总线，不需要额外驱动电路；13）可通过消息

9、管理系统I/O，并提供2种方式选择，一是通过邮箱寄存器和门铃寄存器，二是通过所提供的I2O接口。 2.2 PCI9656工作模式PCI的内总线端的工作模式共三种：1）M模式：便于与Motorola及PowerPC处理器相连；2）J模式：复用的地址/数据总线；3）C模式：非复用的地址/数据总线。要根据内总线端的实际情况设置PCI9656的工作模式。3 PCI9656应用3.1 应用背景如图 2所示，某机载电子设备主要用于通过串行总线（ARINC429、RS422和RS232等）接收飞行参数等信息将生成视频画面供飞行员观察，同时将设备的状态等信息通过串行总线进行上报。其中CPU模块和显卡借用成熟产

10、品，IO模块为适应某机载电子设备应用环境新研。CPU模块和显卡之间的接口为PCI（33MHz，32bit）。CPU模块由于未预留高速串行总线，低速串行总线（例如RS422）无法满足和IO模块数据量交换的要求。CPU模块和显卡之间只传递少量的显示参数信息，PCI总线空闲有大量空闲周期。经过计算，CPU模块和IO模块之间的数据量利用PCI总线空闲周期进行传递完全满足要求。经过调研，利用PCI9656芯片作为CPU模块和IO模块之间PCI总线转内总线的实现方法设计较简单、进度可控。3.2 硬件设计如图 3所示，IO模块主要包括：1）处理器单元，由ARM处理器LPC2294组成，实现系统控制和处理的功

11、能；2）PCI桥片单元，由PCI9656组成，完成PCI总线和内总线单元转换；3）数据交换单元，由双口RAM组成，存储CPU模块和IO模块需交换数据；4）逻辑控制单元：由CPLD组成，完成整体模块的上电复位、外部复位和看门狗复位及一些芯片的片选使能、数据处理和一些时钟信号的产生等功能；5）离散量输入、输出单元，由驱动器和光耦组成，对外提供8路离散量输入（兼容TTL和LVTTL）、8路离散量输出（TTL和LVTTL可调）；6）温度和振动采集单元，包括温度传感器和振动传感器，完成温度信息和振动信息的采集功能；7）串行总线接口单元，包含7路全双工422、4路半双工422、3路232及2发1收429等

12、串行总线，完成同外部设备的通信；8）电源单元，由多片二次电源芯片组成，为系统各单元电路提供工作电源。3.3 IO模块设计要点IO模块的难点在于PCI9656的配置，设计要点包括：1）上电复位：在上电时，PCI总线的RST信号将PCI9656的内部寄存器设置为缺省值，同时，PCI9656输出局部复位信号（LRESET）并检查EEPROM 是否存在。如果有EEPROM且该EEPROM的第一个16字节非空，则PCI9656将根据EEPROM内容设置内部寄存器，否则不进行设置。IO模块在设计采用由CPLD输出复位信号给PCI9656，且不使用EEPROM。2）PCI9656的寄存器配置方式：PCI96

13、56依据PCI总线规范提供一系列内部寄存器为总线接口设计提供了极大的灵活性。这些寄存器主要包括配置寄存器、局部配置寄存器、DMA寄存器、运行时间寄存器和消息队列寄存器等。对PCI9656寄存器进行读写操作的单位可以是字节、字、双字，访问PCI9656的存储器可以是突发的或者非突发的。为减少硬件复杂度和配置灵活性，IO模块在设计中使用CPU模块软件来通过PCI地址空间BASE0配置PCI9656的寄存器，并且配置成直接数据访问模式将BASE2地址空间映射到双口RAM。3.4 设备数据传输原理设置PCI9656芯片工作于C模式，32位数据和32位地址线。处理器单元周期接收外部设备发送的穿行总线数据

14、并将接收的串行总线数据按照指定格式放置到双口RAM的指定位置，CPU模块在使用时通过PCI9656桥片访问双口RAM读取串行总线信息，然后将数据送显卡进行视频画面生成。4 结束语PCI9656是一款性价比较高的PCI接口桥片，提供了一种PCI总线转处理器内总线的实现方式，降低了设计的复杂性，具有较高的应用价值。本文介绍的PCI9656应用对于类似机载设备的设计具有一定的借鉴意义。Reference：1 PLX Technology， Inc. PCI 9656 Data Book. Version 0.90b，2002.2 http：/.PCI Local Bus Specification. Revision 2.2 December 18，1998.3 李贵山.PCI局部总线及其应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2003.