PCI接口

PCI插槽是基于PCI局部總線(Pedpherd Component Interconnect，周邊元件擴(kuò)展接口)的擴(kuò)展插槽，其顏色一般為乳白色，位于主板上AGP插槽的下方，ISA插槽的上方。其位寬為32位或64位，工作頻率為33MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/sec(32位)和266MB/sec(64位)?？刹褰语@卡、聲卡、網(wǎng)卡、內(nèi)置Modem、內(nèi)置 ADSL Modem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、電視卡、視頻采集卡以及其它種類繁多的擴(kuò)展卡。PCI插槽是主板的主要擴(kuò)展插槽，通過插接不同的擴(kuò)展卡可以獲得電腦能實現(xiàn)的幾乎所有外接功能。

下文介紹PCI9052接口電路的功能及其在PCI板卡設(shè)計中的應(yīng)用。

PCI(Peripheral Component Interconnect)總線具有獨立于處理器、高數(shù)據(jù)傳速率、即插即用、低功耗、適 應(yīng)性強(qiáng)等特點，已成為微型機(jī)的主流總線。基于PCI總線形成的CompactPCI和PXI總線廣泛應(yīng)用于儀器和自動化領(lǐng)域。隨著PCI總線的廣泛應(yīng)用，其接口的設(shè)計開發(fā)顯得尤為重要。由于PCI總線的獨特性能，如信號負(fù)載能力、支持?jǐn)?shù)據(jù)的突發(fā)傳送、地址/數(shù)據(jù)、命令/字節(jié)使能信號總線復(fù)用等，使中小規(guī)模的器件難以實現(xiàn)接口電路。實現(xiàn)PCI總線接口一般采用CPLD或FPGA設(shè)計PCI接口，這種方法難度很大;另一種是采用專用的PCI接口電路，使設(shè)計開發(fā)者免除繁瑣的時序分析，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。本文介紹PCI9052接口電路的功能及其在PCI板卡設(shè)計中的應(yīng)用。

PCI9052是PLX公司開發(fā)的低價位PCI總線目標(biāo)接口電路，功耗低，采用PQFP型160引腳封裝，符合PCI2.1規(guī)范，它的局部總線(LOCAL BUS)可以通過編程設(shè)置為8/16/32位的(非)復(fù)用總線，數(shù)據(jù)傳送率可達(dá)到132Mb/s。提供了ISA接口，可以使ISA適配器迅速、低成本地轉(zhuǎn)換到PCI總線上。主要功能與特性如下所述:

異步操作。PCI9052的Local Bus與PCI總線的時鐘相互獨立運行，兩總線的異步運行便于高、低速設(shè)備的兼容。Local Bus的運行時鐘頻率范圍為0MHz~40MHz,TTL電平，PCI的運行時鐘頻率范圍為0MHz~33MHz。

支持突發(fā)操作。PCI9052提供一個64字節(jié)的寫FIFO和一個32字節(jié)的讀FIFO,從而支持預(yù)取模式即突發(fā)操作。

中斷產(chǎn)生器?？梢杂蒐ocal Bus的二個中斷信號LINTi1和LINTi2產(chǎn)生一個PCI中斷信號INTA#。

串行EEPROM接口，用于存放PCI總線和Local總線的配置信息。

5個局域總線地址空間和4個片選，基址和地址范圍可以由串行EEPROM或主控設(shè)備進(jìn)行編程。大/小Endian模式的字節(jié)交換，有二種交換字節(jié)順序的輸出方式。

總線驅(qū)動。所有地址、數(shù)據(jù)和控制信號都有PCI9052直接驅(qū)動，不用額外的驅(qū)動電路。

Localbus等待狀態(tài)。除了等待信號LRDYI#用于握手之外，PCI9052還有一個內(nèi)部等待產(chǎn)生器(包括地址到數(shù)據(jù)周期、數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)周期和數(shù)據(jù)到地址周期的等待)。

PCI鎖定機(jī)制。主控設(shè)備可以通過鎖定信號占有對PCI9052的唯一訪問權(quán)。

ISA總線模式。PCI9052提供一個ISA邏輯接口，用戶可直接使PCI總線和ISA總線相連，可以非常容易地將ISA設(shè)計轉(zhuǎn)換到PCI.PCI9052的接口示意圖如圖1所示。

3.1 初始化

上電時，PCI總線的RST#信號將PCI9052的內(nèi)部寄存器設(shè)置為缺省值，同時，PCI9052輸出局部復(fù)位信號(LRESET#)，并且檢查EEPROM是否存在。如果設(shè)備上裝有EEPROM，且EEPROM的第一個16字節(jié)非空，那么，PCI9052根據(jù)EEPROM內(nèi)容設(shè)置內(nèi)部寄存器，否則設(shè)為缺省值。

3.2 復(fù)位

PCI9052支持二種復(fù)位方式:硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。硬件復(fù)位是PCI9052總線接口的RST#信號輸入有效時將引起整個PCI9052復(fù)位，并輸出LRESET#局部復(fù)位信號。軟件復(fù)位是PCI總線上的主機(jī)可以通過設(shè)置控制寄存器CNTRL(50H)中的軟件復(fù)位字節(jié)(Bit30)來對PCI9052復(fù)位，并輸出LRESET#信號。此時，PCI和局部總線的配置寄存器的值將保持不變。當(dāng)CNTRL中的軟件復(fù)位字節(jié)有效時，PCI9052僅對配置寄存器的訪問應(yīng)答，對局部總線的訪問不響應(yīng)。PCI9052保持這種狀態(tài)直到PCI總線上的主機(jī)清除軟件復(fù)位字節(jié)。

3.3 對串行EEPROM接口的訪問

復(fù)位后，PCI9052開始讀串行EEPROM，若讀出的第一個字非FFFFH，則PCI9052認(rèn)為有一個有效的EEPROM存在，并且繼續(xù)進(jìn)行讀操作，否則，認(rèn)為EEPROM無效。PCI總線的主設(shè)備可以讀、寫連接在PCI9052上的串行EEPROM。對其進(jìn)行讀、寫操作之前需要將控制寄存器CNTRL[25](使能位)設(shè)置為"1"，并控制CNTRL[24]位以產(chǎn)生串行EEPROM的時鐘，然后，從EEDI送入指令代碼。如果在指令代碼之后由EEDO輸出"0"，則表明可以對其進(jìn)行讀、寫。需要結(jié)束操作時，只要將CNTRL[25]設(shè)置為"0"即可。

3.4 對內(nèi)部寄存器訪問

PCI9052提供了二種類型的片內(nèi)寄存器，即PCI配置寄存器和局部配置寄存器，二者都只能由PCI總線和串行EEPROM訪問，也可以通過設(shè)置寄存器CNTRL[13:12]禁止對后者的訪問，這樣，極大地增強(qiáng)了接口設(shè)計的靈活性。

3.5 直接數(shù)據(jù)傳輸模式

PCI9052支持PCI總線上的主處理器對局部總線上的設(shè)備進(jìn)行直接訪問。PCI9052的配置寄存器將訪問映射到局部地址空間。片內(nèi)的讀寫FIFO存儲器使PCI9052支持PCI總線與局部總線之間進(jìn)行高性能的猝發(fā)傳送。PCI總線主控訪問局部總線示意圖如圖2所示。

3.6 PCI中斷(INTA#)的產(chǎn)生

要產(chǎn)生PCI中斷INTA#,首先將寄存器INTCSR[6](PCI中斷使能位)設(shè)置為"1"，如果需要以軟件方式產(chǎn)生中斷，則只需將INTCSR[7](軟件中斷位)設(shè)置為"1"。如果系統(tǒng)設(shè)計方案中選用由局部總線上的設(shè)備產(chǎn)生中斷信號INTi1和INTi2、再生成PCI中斷INTA#的方式，只要將寄存器INTCSR的相關(guān)位按表1進(jìn)行設(shè)置，復(fù)位后INTCSR的值全部為"0"。

PCI9052是功能非常強(qiáng)大的PCI接口電路，用它設(shè)計PCI適配卡將使接口變得非常方便。圖3是PCI主處理機(jī)讀取SRAM的接口示意圖，其主要功能是實現(xiàn)對RAM的單次或突發(fā)讀、寫操作。

4.1 電路連接

按照圖3中的連接電路，對于SRAM主要有以下幾個引腳:A(17，0)、I/O(7，0)、OE、CE、WE等。地址線A(17，2)與本地地址線LA[17，2]相連，根據(jù)PCI9052的LBE[0，3]#的定義，這里用8位數(shù)據(jù)總線將LBE0#與A0連接，LBE1#與A1連接，OE與PCI9052的CS0#相連。PCI9052為設(shè)計人員提供了4個片選信號CS(3:0)#，可以為4個設(shè)備提供片選信號，這樣，可以避免設(shè)計人員在設(shè)計電路時設(shè)計片選解碼電路，其地址和范圍可由其對應(yīng)的內(nèi)部寄存內(nèi)部本地寄存器配置。串行EEPROM用于存儲配置寄存器內(nèi)的配置信息，可以采用NM93C46或與之兼容的存儲器。

4.2寄存器設(shè)定

電路連接好后，要使電路能正常工作，必須對PCI9052內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置。根據(jù)電路性能及特點，應(yīng)將寄存器設(shè)定為非復(fù)用工作方式，采取存儲器映射，8位數(shù)據(jù)總線。局部總線0的基地址寄存器值為240001H，其地址范圍寄存器值為3FFF8H，其描述寄存器值為39H;片選0基址寄存器的初始值為4C0001;命令寄存器的初始值為02H;狀態(tài)寄存器的初始值為800H，其他寄存器采用默認(rèn)值。確定好各個寄存器的值后，應(yīng)依據(jù)一定的次序?qū)⒓拇嫫鞯某跏贾祵懭隕EPROM。

4.3驅(qū)動程序的開發(fā)

為了從PCI總線配置寄存器中獲得主機(jī)動態(tài)分配的映射基址并對映射端口進(jìn)行讀寫，必須編寫驅(qū)動程序。編寫Windows驅(qū)動程序時，可以使用DDK，但難度較大。為了簡化驅(qū)動程序開發(fā)，可使用Jungo公司推出的WinDriver開發(fā)工具。WinDriver可自動生成VxD驅(qū)動程序及相應(yīng)的高級函數(shù)。使用者不需具備Windows驅(qū)動程序開發(fā)知識，所生成的高級函數(shù)可直接在VC或CBuilder等高級編程語言中調(diào)用。

實用證明，用專用PCI接口電路對設(shè)計PCI接口卡帶來很大的方便。本文主要介紹PLX公司的PCI9052專用接口電路，設(shè)計者可根據(jù)需要選用其他接口電路，不需要ISA接口時，可選用PCI9050;需要DMA數(shù)據(jù)傳送時，可選用PCI9054。專用接口電路是設(shè)計PCI適配卡的最佳方法，不但大大縮短了設(shè)計周期，而且有利于驅(qū)動程序的開發(fā)。

PCI-Express是最新的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，它原來的名稱為"3GIO"，是由英特爾提出的，很明顯英特爾的意思是它代表著下一代I/O接口標(biāo)準(zhǔn)。交由PCI-SIG(PCI特殊興趣組織)認(rèn)證發(fā)布后才改名為"PCI-Express"。這個新標(biāo)準(zhǔn)將全面取代現(xiàn)行的PCI和AGP，最終實現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。它的主要優(yōu)勢就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前最高可達(dá)到10GB/s以上，而且還有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿ΑCI Express也有多種規(guī)格，從PCI Express 1X到PCI Express 16X，能滿足將來一定時間內(nèi)出現(xiàn)的低速設(shè)備和高速設(shè)備的需求。能支持PCI Express的主要是英特爾的i915和i925系列芯片組。當(dāng)然要實現(xiàn)全面取代PCI和AGP也需要一個相當(dāng)長的過程，就象當(dāng)初PCI取代ISA一樣，都會有個過渡的過程。

擴(kuò)展插槽的種類主要有ISA，PCI，AGP，CNR，AMR，ACR和比較少見的WI-FI，VXB，以及筆記本電腦專用的PCMCIA等。歷史上出現(xiàn)過，早已經(jīng)被淘汰掉的還有MCA插槽，EISA插槽以及VESA插槽等等。未來的主流擴(kuò)展插槽是PCI Express插槽。

最新的標(biāo)準(zhǔn)為PCI-E，此標(biāo)準(zhǔn)由PCISIG組織維護(hù)，開放性較差，spec需要會員才能下載，不能免費下載.

版本描述如下:

發(fā)明單位(Intel)

PCI 1.0:最原始版本,非實用版本

PCI 2.0:增加了連接器的說明,增補(bǔ)了一些內(nèi)容，是第一個實用版本,33.33 MHz clock,5V voltage

PCI 2.1:增加了66MHz的功能

PCI 2.2:優(yōu)化版本,

PCI 2.3:去掉了5V Voltage的支持

發(fā)明單位(IBM,HP,Compaq)

PCI-X 1.0:增加了時鐘到66/100/133 MHz,數(shù)據(jù)為64位寬.

PCI-X 2.0:增加了時鐘到266/533 Mhz速度

發(fā)明單位(Intel)

PCI-E 1.x:由并行總線變?yōu)?，收和發(fā)各一對差分總線.波特率為:2.5GT/s,數(shù)據(jù)率:2Gbit/s

PCI-E 2.x:單對差分線,波特率為:5GT/s,數(shù)據(jù)率:4Gbit/s

PCI-E 3.0:單對差分線,波特率為:8GT/s,數(shù)據(jù)率:8Gbit/s ?

PCI-Express是最新的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，它原來的名稱為“3GIO”，是由Intel提出的，很明顯Intel的意思是它代表著下一代I/O接口標(biāo)準(zhǔn)。交由PCI-SIG（PCI特殊興趣組織）認(rèn)證發(fā)布后才改名為“PCI-Express”。這個新標(biāo)準(zhǔn)將全面取代現(xiàn)行的PCI和AGP，最終實現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。它的主要優(yōu)勢就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前最高可達(dá)到10GB/s以上，而且還有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?。PCI Express也有多種規(guī)格，從PCI Express 1X到PCI Express 16X，能滿足現(xiàn)在和將來一定時間內(nèi)出現(xiàn)的低速設(shè)備和高速設(shè)備的需求。能支持PCI Express的主要是Intel的i915和i925系列芯片組。當(dāng)然要實現(xiàn)全面取代PCI和AGP也需要一個相當(dāng)長的過程，就象當(dāng)初PCI取代ISA一樣，都會有個過渡的過程。