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文档简介
1、基于CPLD的单片机PCI接口策划8位在系统中应用广泛,然而让它挺直与PCI设备打交道却有其固有缺陷。8位单片机惟独16位地址线,8位数据端口,而PCI总线2.0规范中,除了有32位地址数据复用AD30外,还有FRAME、IRDY、TRDY等重要的信号线。让单片机有限的I/O端口来挺直控制如此众多的信号线是不行能的。一种可行的计划就是利用作为交流单片机与PCI设备间的桥梁,充分利用CPLD中I/O资源丰盛,用户可自定制规律的优势,来协助单片机完成与PCI设备间的通相信务。1 PCI接口设计原理1.1 PCI总线协议简介这里只研究PCI总线2.0协议,其它协议仅仅是在2.0的基础上作了一些扩展,
2、仅就单片机与PCI设备间的通信来说,意义不大。PCI总线是高性能局部总线,工作频率033MHz,可同时支持多组外围设备。在这里,我们只关怀单片机与一个PCI设备间通信的状况,而且是以单片机与CPLD一方作为主控方,另一方作为PCI从设备。这样做的目的是为了简化问题,降低系统造价。PCI总线上信号线虽多,但并不是每个信号都要用到。事实上PCI设备也并不会支持全部的信号线,比如错误报告信号PERR与SERR在网卡中就不支持。我们可以针对详细的应用挑选支持其中部分信号线,还有一些信号线可以挺直连电源或接地。下面容易介绍一下常用信号线的功能。AD310:地址数据多路复用信号。在FRAME有效的第一个周
3、期为地址,在IRDY与TRDY同时有效的时候为数据。C/BE30:总线指令与字节使能控制信号。在地址其中传输的是总线指令;在数据期内是字节使能控制信号,表示AD310中那些字节是有效数据。表1是总线指令编码的解释。PCI总线上全部的数据传输基本上都由以下三条信号线控制。FRAME:帧周期信号。由主设备驱动,表示一次拜访的开头和持续时光,FRAME有效时(0为有效,下同),表示数据传输举行中,失效后,为数据传输最后一个周期。IRD:主设备预备好信号。由主设备驱动,表示主设备已经预备好举行数据传输。TRDY:从设备预备好信号。由从主设备驱动,表示从设备已经预备好举行数据传输。当IRDY与TRDY同
4、时有效时,数据传输才会真正发生。另外,还有IDSEL信号用来在配置空间读写期间作为片选信号。对于惟独一个PCI从设备的状况,它总可以接高电平。IDSEL信号由从设备驱动,表示该设备已成为当前拜访的从设备,可以不理睬。在PCI总线上举行读写操作时,PCI总线上的各种信号除了RST、IRQ、IRQC、IRQ之外,惟独时钟的下降沿信号会发生变幻,而在时钟升高沿信号必需保持稳定。1.2 CPLD设计规划出于对单片机和CPLD处理能力和系统成本的考虑,下面的规划不支持PCI总线的线性突传输等需要延续几个数据周期的读写方式,而仅支持一个址周期加一个数据周期的读写方式。对于大部分应用而言,这种方式已经足够了
5、。图1与图2是经过简化后的PCI总线读写操作时序。在CPLD内设有13个8位寄存器用来保存举行一次PCI总线读写时所需要的数据,其中pci_address0pci_address3是读写时的地址数据;pcidatas0pci_datas3是要往PCI设备写的数据;pci_cbe30保存地址周期时的总线指令,PCI_cbe74保存数据周期时的字节使能指令;pci_data0pci_data3保存从PCI设备返回的数据;pci_request是PCI总线读写操作状态寄存器,用于向单片机返回一些信息。当单片机往pci_cbe寄存器写入一个字节的时候,会复位CPLD中的状态机,触发CPLD举行PCI总
6、线的读写操作;单片机则通过查询pci_request寄存器得知读写操作完成,再从pci_data寄存器读出PCI设备返回的数据。CPLD中状态机的状态转移图3所示。每一个状态对应FRAME与IRD信号的一种输出,而其它输入输出信号线可由这两个信号线和pci_cbe的值及TRDY的状态打算。当FRAME为有效时,AD310由pci_address驱动,而C/BE30由pci_cbe低4位驱动;当IRDY有效时,C/BE30视总线指令,要么由pci_cbe高4位驱动,要么设为高阻态,而AD310在pci_cbe0为“0”时,(PCI读指令)设为高阻态,而在pci_cbe0为“1”时(PCI读指令)
7、由pci_datas驱动。另外一方面,一旦TRDY信号线变为低电平,AD310线上的数据被送入pci_data寄存器,而C/BE30线上的数据被送入pci_request寄存器的低4位。考虑到在不正常状况下,PCI设备不会对PCI总线作出响应,即TRDY不会有效,为了不使状态机陷入状态S2的僵持局面,另外增设了一个移位计数器mycounter。当IRD信号有效时,计数器开头计数。计数溢出之后,不论PCI总线操作是否完成,状态机都会从状态S2转移到状态S3,即结束PCI总线操作。当TRDY有效时,会立刻置位mycounter.cout。PCI总线操作是否正确完成,可查询pci_request的最
8、高位是否为“1”,而IRDY与FRAME的值可分离查询pci_request的第4位和第5位。这两位反映了PCI总线操作所处的状态,两位都为“1”时可以认为PCI总线操作已经完成。在实践中,假如单片机的速度不是足够快的话,可以认为PCI总线操作总是即时完成的。这几位的实现可参考源程序。2 PCI设计接口实现2.1 CPLD ABEL HDL程序设计我们针对8位单片机控制PCI以太网卡举行了程序设计,CPLD器件选用ARA的MAX7000系列。针对以太网卡的特点在规律上举行了再次简化,最张程序将适配进EPM7128芯片中,并在实践中检验通过。以太网卡仅支持对配置空间和I/O空间的读写操作,而且这
9、两个空间的地址都可以设置在0xFF以内,所以可以只用一个pci_address0寄存器,其它地址都挺直设为“0”;假如再限制,每次只往网卡写入一个字节数据,则可以只用一个pci_datas0寄存器,其它数值在详细操作时设成与pci_datas0寄存器的一样即可。以下是ABEL HDL主要源码。其中16dmux是416位译码器,用于地址译码,选通CPLD内的寄存器;8dffe是8位的DFFE;abelcounter是8位移位计数器;mylatch8与mylatch1分离为8位与1位锁存器,而mylatchc是带清零1位锁存器;其它以“my”开头的变量都是三态缓冲器,以“out”开头的变量是三态节
10、点,以“e”开头的变量是一般节点。这此在程序中不再声明。SUBDESIGN abelpci(P27.3 : INPUT;READ0 : INPUTWRITE0 : INPUT;P07.0 : BIDIR;CLK : INPUT;TRDY0 : INPUT;AD31. : BIDIR;CBE3.0 : BIDIR;IRDY0 : OUTPUT;FRAME0 : OUTPUT;)VARIABLEdecoder : 16dmux;mycounter : abelcounter;pci_cbe : 8DFFE;PCI_address0 : 8DFFE;pci_datas0 : 8DFFE;pci_re
11、quest6.0 : mylatch1;pci_request7 : mylatchc;pci_data0 : mylatch8;pci_data1 : mylatch8;pci_data2 : mylatch8;pci_data3 : mylatch8;ss : MACHINE OF BITS (FRAME0,IRDY0)WITH STATES(s0 = B"11",s1=B"01");s2=B"10"S3=B"11");BEGINdecoder.(d,c,b,a)=P26.3;enareg=decoder.q;
12、pci_che.ena=enareg0pci_cbe.d=p0;pci_cbe.clk=!WRITE0;pci_address0.ena=enareg&p2lpci_address0.d=P0;pci_datas0.ena=enaregpci_datas0.d=P0;pci_datas0.clk=!WRITE0;pci_data0.gate=!TRDY0;pci_data0.data=AD7.0;pci_data1.gate=!TRDY0;pci_data1.data=AD15.8;pci_data2.gate=!TRDY0;pci_data2.data=AD23.16;pci_dat
13、a3.gate=!TRDY0;pci_data3.data=AD31.24;pci_request3.0.gate=!TRDY0;pci_request7.gate=!TRDY0;pci_request7.aclr=P2&!WRITE0;pci_request3.0.data=CBE;pci_request.data=IRDY0;pci_request.data=FRAME0;pci_request.data=Vcc;pci_request7.data=Vcc;eread=P2&!READ0 & WRITE0;my_P0_data0.in=pci_data0.q;my_
14、P0_data0.oe=enaregmy_P0_data1.in=pci_data1.q;my_P0_data1.oe=enaregmy_P0_data2.in=pci_data2.q;my_P0_data2.oe=enaregmy_P0_data3.in=pci_data3.q;my_P0_data3.oe=enaregmy_P0_request6.0.in=pci_request6.0.q;my_P0_request.in=pci_request7.q;my_P0_request.oe=enareg13out_P0=my_P0_data0;out_P0=my_P0_data1;out_P0
15、=my_P0_data2;out_P0=my_P0_data3;out_P0=my_P0_request;P0=out_P0;enclr=enareg0&P2&!WRITE0;mycounter.clock=CLK;t_en=!IRDY0;mycounter.aclr=!FRAME0;mycounter.sset=!TRDY0;ss.clk=!CLK;ss.reset=enclr;ss.ena=Vcc;CASE ss ISWHEN s0 = ss="s1"WHEN s1 = ss="s2"WHEN s2 = IF mycounter.co
16、ut THEN ss =s3;ELSE ss="s2"END IF;WHENf s3 = ss="s3"END CASE;my_AD_address7.0.in=in=pci_address0;my_AD_address31.8.in=GND;my_AD_address31.0.oe=!FRAME0;my_CBE_c.in=PCI_cbe.d3.0;my_CBE_c.oe=!FRAME0;my_AD_data31.0.in=pci_datas0.q8.1;my_AD_data31.0.oe=pci_cbe_0my_CBE_be.in=pci_cbe.d7
17、.4;my_CBE_be.oe=FRAME0;out_AD=my_AD_address;out_AD=my_AD_data;AD=out_AD;out_CBE=my_CBE_c;out_CBE=my_CBE_be;CBE=out_CBE;END;2.2 单片机PCI读写程序设计在CPLD在协助下,单片机读写PCI设备就变得相当容易。首先,将pci_cbe等寄存器都声明为外部存储器变量,并按照CPLD的设计指定地址。然后,传递适当的参数给以下两个读写子函数,即可完成对PCI设备配置空间、I/O空间、存储器空间的读写操作。从PCI设备的返回数据存放在全局变量savedata中。事实上在写PCI设备
18、时,也可以从pci_data中得到返回数据。这个数据必需等于往PCI设备写的数据,缘由参见ABEL HDL设计部分。利用这一点可以举行差错检验和故障推断,视详细应用而定。bdate unigned char request;sbit IRDY0=request4;sbit FRAME0=request5;sbit VALID="request"7;void readpci(unsigned char addr,unsigned char cbe)pci_address0=addr;pci_cbe=cbe;request=pci_request;while(!IRDY0 & FRAME0) request="pci"_request;savedata0=pci_data0;savedata1=pci_data1;savedata2=pci_data2;savedata3=pci_data3;if(!VAL
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