線接口芯片PCI9054及其在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、線接口芯片PCI9054及其在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用    摘  要:本文介紹了PCI總線接口芯片PCI9054的性能、總線操作及其DMA數(shù)據(jù)傳輸方式，并且通過它在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用實例，闡述了PCI9054在PCI接口電路設(shè)計中的簡便性和實用性。    關(guān)鍵詞:PCI總線接口PCI9054 DMA Windriver引言    PCI(Peripheral Component Interconnect)總線即外圍部件互連總線，是一種先進的高性能32/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用局部總線，可同時支

2、持多組外圍設(shè)備，并且不受制于處理器，為中央處理器與高速外圍設(shè)備提供一座溝通的橋梁，提高了數(shù)據(jù)吞吐量(32位時最大可達(dá)132MB/s)，是當(dāng)今PC領(lǐng)域中流行的總線。PCI總線具有嚴(yán)格的總線規(guī)范，這就保證了它具有良好的兼容性，符合PCI總線規(guī)范的擴展卡可以插入任何PCI系統(tǒng)可靠地工作。一個PCI接口包括一系列的寄存器，這些寄存器中的信息允許計算機自動配置PCI卡。    目前實現(xiàn)PCI接口一般采用專用器件，有效方案分為兩種：使用可編程邏輯器件和使用專用總線接口器件。采用可編程邏輯器件實現(xiàn)PCI接口比較靈活，可以利用的器件也比較多，但由于PCI總線協(xié)議的復(fù)雜性，其接口的

3、實現(xiàn)比ISA等總線要困難得多，這種方法難度較大，設(shè)計周期較長。采用專用接口器件不僅對PCI協(xié)議有良好的支持，而且提供給設(shè)計者良好的接口，這些都大大減少了設(shè)計者的工作量。PCI9054的結(jié)構(gòu)和性能    PCI9054是美國PLX公司繼PCI9052之后推出的又一低成本PCI總線接口芯片，低功耗，PQFP 172pins封裝，它采用了先進的PLX數(shù)據(jù)管道結(jié)構(gòu)技術(shù)，可以使局部總線快速轉(zhuǎn)換到PCI總線上。PCI9054主要特性PCI9054的主要特性如下：* 符合PCI V2.1，V2.2 規(guī)范，包含PCI電源管理特性。* 支持VPD(Vital Product Dat

4、a)的PCI擴展。* 支持PCI雙地址周期，地址空間高達(dá)4GB。* 具備I2O準(zhǔn)備報文單元，完全兼容I2O V1.5 規(guī)范。* 提供了兩個獨立的可編程DMA控制器，每個通道均支持塊和Scatter/Gather的DMA方式，DMA通道0支持請求DMA方式。* 在PCI啟動模式，PCI 9054可插入類型1和類型2的配置周期。* 在PCI和Local Bus的數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)132MB/S。* 支持本地總線(Local Bus)直接接口Motorola MPC850或MPC860系列，Intel i960系列，IBM PPC401系列及其它類似總線協(xié)議設(shè)備。* 本地總線速率高達(dá)50MHz；支持復(fù)

5、用/非復(fù)用的32位地址/數(shù)據(jù)；本地總線可為三種模式：M模式、C模式和J模式，可利用模式選擇引腳加以選擇。* 具有可選的串行EEPROM接口。* 本地總線時鐘由外部提供，該時鐘可和PCI時鐘異步。* 具有8個32位 Mailbox 寄存器和2個32位Doorbell寄存器。    PCI9054的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成    PCI 9054內(nèi)部有6種可編程的FIFO，以實現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線和PCI總線之間的異步操作。    PCI9054還提供了一個串行EEPROM配置接口，容量2K字節(jié)。在配置存儲器中存放

6、了廠家標(biāo)示、設(shè)備標(biāo)示以及本地總線的基地址空間、I/O空間、中斷控制信號等信息。當(dāng)初始化時，系統(tǒng)自動將串行EEPROM中的配置參數(shù)裝入PCI配置寄存器，并根據(jù)本地總線對內(nèi)存、I/O端口和中斷的需求統(tǒng)一劃分，自動配置。PCI9054的總線操作    PCI9054的總線操作包括PCI總線操作和本地總線操作。對于PCI總線操作，它完全遵守2.2版本PCI規(guī)范。下面主要討論一下本地總線操作。PCI9054本地總線支持非多路復(fù)用32位地址/數(shù)據(jù)總線，多路復(fù)用32位和8位，16位或32位本地總線設(shè)備從屬訪問，運行速率高達(dá)50MHz，可以獲得200MB/S的本地總線突發(fā)傳輸速率

7、。    PCI9054有3種工作方式，分別為C、M和J模式。M模式主要是針對Motorola公司高性能MPC850/860的應(yīng)用而設(shè)計的，主要應(yīng)用在電信領(lǐng)域，J模式的接口設(shè)計相對比較麻煩，比較常用的是C模式。    C模式下PCI9054分為PCI Initiator操作和PCI Target操作。在PIC Initiator操作過程中，本地處理器或本地總線主控設(shè)備能夠直接通過PCI9054訪問PCI總線，發(fā)起Local-to-PCI的數(shù)據(jù)傳輸。而在PCI Target操作過程中，PCI總線主控設(shè)備可以以可編程的等待狀態(tài)、總線寬度和

8、突發(fā)傳輸功能訪問PCI9054的三個本地空間(空間0，空間1和擴充ROM空間)。    PCI9054的DMA突發(fā)模式    PCI9054集成了兩個互相獨立的DMA通道，每個通道都支持Block DMA和Scatter/Gather DMA，通道0還支持Demand DMA傳輸方式。    Block DMA要求PCI主機或Local主機提供PCI和Local的起始地址、傳輸字節(jié)數(shù)、傳輸方向。主機設(shè)定DMA開始位啟動數(shù)據(jù)傳輸，一旦傳輸完成，PCI9054設(shè)定DMA"傳輸結(jié)束位"結(jié)束D

9、MA，如果中斷允許位被使能，在傳輸結(jié)束時PCI9054將向主機申請中斷。在DMA傳輸中，PCI9054既是PCI總線的主控器又是Local總線的主控器。    Scatter/Gather DMA要求主機在PCI空間或Local空間設(shè)定Descriptor模塊，模塊包括PCI和Local的起始地址、傳輸字節(jié)數(shù)、傳輸方向和下一個Descriptor模塊的地址。PCI9054載入第一個Descriptor模塊并發(fā)起傳輸，連續(xù)加載下一個模塊，直到它偵測到"鏈結(jié)束位"有效，PCI 9054設(shè)置"傳輸結(jié)束位"，或者申請PCI或Loca

10、l中斷。這種模式下，PCI9054也可以在每個模塊加載時有效中斷信號結(jié)束DMA傳輸。若Descriptor模塊在本地存儲空間，可以編程使DMA控制器在每次DMA傳輸結(jié)束后清除傳輸字節(jié)數(shù)。PCI9054的設(shè)計與應(yīng)用    PCI9054作為一種通用的PCI接口芯片，以其顯著的功能和特性，得到了廣泛的應(yīng)用，下面就其在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用進行簡單介紹。    硬件結(jié)構(gòu)組成    該高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用PCI9054的PCI專用接口芯片的特性，設(shè)計了一個雙路200M的高速數(shù)據(jù)采集卡，完成高速數(shù)據(jù)的采集和傳

11、輸。    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、邏輯控制，時鐘分配和數(shù)據(jù)傳輸五大模塊。A/D轉(zhuǎn)換電路采用AD(Analog Device)公司的AD9054芯片，分辨率為8位，最高采樣率200MSPS。數(shù)據(jù)存儲電路采用IDT公司的產(chǎn)品72V36110，該芯片可以工作在133 MHz的頻率下，零延遲傳輸，可以提供9位、18位、36位輸入、輸出接口，最大存儲容量為128K 36Bit。邏輯控制電路采用CPLD技術(shù)，利用Altera公司的可編程邏輯器件EPM7128S完成對數(shù)據(jù)存儲電路、AD采集電路、PCI橋電路的控制，對時鐘電路的配置，以及各種觸發(fā)控制。時鐘電路產(chǎn)生

12、的采樣脈沖的頻率范圍是25MHz400MHz，步長為1MHz，采用SYNERGY公司的頻率合成器SY89429V來完成。    第一步：模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后送入ADC，ADC在邏輯控制電路和時鐘控制電路的作用下，完成A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入數(shù)據(jù)存儲電路。    第二步：PCI橋電路在主機的控制下，將數(shù)據(jù)存儲電路中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿C內(nèi)存中，以供應(yīng)用程序進行后續(xù)的信號處理。軟件設(shè)計     PCI數(shù)據(jù)傳輸卡的另一關(guān)鍵問題即驅(qū)動程序的開發(fā)。設(shè)備驅(qū)動程序提供連接到PCI板卡的軟件接口，在Windows 9

13、x和Windows NT中，設(shè)備驅(qū)動程序必須根據(jù)Windows驅(qū)動程序模型(WDM)設(shè)計。設(shè)備驅(qū)動程序的關(guān)鍵是如何完成硬件操作，基本功能是完成設(shè)備的初始化、對端口的讀寫操作、中斷的設(shè)置和響應(yīng)及中斷的調(diào)用、以及對內(nèi)存的直接讀寫。    該系統(tǒng)選用Windriver來編寫設(shè)備驅(qū)動程序，Windriver是美國KRF-Tech公司出品的用于編寫驅(qū)動程序的另一種工具包。它以通用設(shè)備驅(qū)動程序Windrvr.vxd和Windrvr.sys為核心，包含一個類似QuickVxD的代碼生成器Windriver Wizard，一個Windriver發(fā)行包，兩個公用程序pci_scan.exe和pci_dump.exe。用它編寫的程序主要針對ISA/PCI設(shè)備，可同時工作在Windows 9x/NT兩種操作系統(tǒng)，其中Windrvr.vxd用于Windows 9x操作系統(tǒng)，Windrvr.sys用于Windows NT操作系統(tǒng)，因此，它是設(shè)計PCI設(shè)備驅(qū)動程序的理想工具。    Windriver 針對PLX和AMCC的專用接口芯片特別編寫了API函數(shù)包，這些函數(shù)能夠方便地實現(xiàn)中斷處理、DMA傳輸、I/O操作、內(nèi)存映射以及即插即用等功能，為系統(tǒng)的驅(qū)動程序的編寫提供了便利。結(jié)論    PCI