基于CH365的PIC通信卡的設(shè)計(jì)-新品速遞

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徐文祥，羅正全

PCI是先進(jìn)的高性能局部總線，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。PCI局部總線不受制于處理器，為中央處理器及高速外圍設(shè)備提供數(shù)據(jù)傳輸通道，進(jìn)行總線之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度管理，PCI采用高度綜合化的局部總線結(jié)構(gòu)，以確保計(jì)算機(jī)中各部件、附加卡及系統(tǒng)之間的可靠運(yùn)行?；诂F(xiàn)在市場(chǎng)上PCI芯片有PLX公司及AMCC公司的器件，他們?cè)谟布O(shè)計(jì)周期以及驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)上對(duì)于初學(xué)者來講都存在一定困難。CH365是一個(gè)連接PCI總線的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存儲(chǔ)器映射、擴(kuò)展ROM以及中斷。CH365將32位高速PCI總線轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)便易用的類似于ISA總線的8位主動(dòng)并行接口，用于制作低成本的基于PCI總線的計(jì)算機(jī)板卡、以及將原先基于ISA總線的板卡升級(jí)到PCI總線上。另外CH365不論在設(shè)計(jì)難度、開發(fā)周期、ISA移植，還是在價(jià)格上都有其自身優(yōu)越性，所以CH365應(yīng)用非常廣泛，例如適用于高速實(shí)時(shí)的I/O控制卡、通訊接口卡、數(shù)據(jù)采集卡、電子盤、擴(kuò)展ROM卡等。

1CH365的特點(diǎn)

(1)可以設(shè)定PCI板卡的設(shè)備標(biāo)識(shí)（VendorID，DeviceID，ClassCode等）。

(2)支持以字節(jié)、字或雙字為單位對(duì)I/O端口或者存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫。

(3)自動(dòng)分配I/O基址，支持長(zhǎng)達(dá)240B的I/O端口。

(4)支持本地硬件定址功能，自由選擇I/O地址，在指定地址實(shí)現(xiàn)I/O端口。

(5)直接升級(jí)ISA的I/O板卡到PCI總線，完全不需要修改原ISA卡的相關(guān)軟件。

(6)直接映射支持容量為32kB的存儲(chǔ)器SRAM或者擴(kuò)展ROM（BootROM）。

(7)無需外接元器件擴(kuò)容支持容量為64kB以及128kB的存儲(chǔ)器或者擴(kuò)展ROM。

(8)支持?jǐn)U展ROM無硬盤引導(dǎo)，支持閃存FlashMemory在線升級(jí)。

(9)可以提供擴(kuò)展ROM應(yīng)用的子程序庫BRM，用于BIOS環(huán)境下用戶界面顯示及數(shù)據(jù)處理。

(10)支持低電平有效的本地中斷請(qǐng)求，支持中斷共享。

(11)提供兩線串行主機(jī)接口，可以掛接類似24C0X的兩線串口E2PROM器件。

(12)內(nèi)置4μs－1ms的硬件計(jì)時(shí)單元，用于軟件運(yùn)行過程中作為延時(shí)參考。

(13)芯片本身無需驅(qū)動(dòng)程序即可工作，升級(jí)ISA板卡可以不需要驅(qū)動(dòng)程序。

2空間映射

PC機(jī)中包括3種空間：存儲(chǔ)器空間、I/O空間、配置空間。存儲(chǔ)器空間主要包括內(nèi)存、顯存、擴(kuò)展ROM、設(shè)備緩沖區(qū)等，一般用于存放大量數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)塊交換。I/O空間主要包括設(shè)備的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，一般用于控制和查詢?cè)O(shè)備的工作狀態(tài)以及少量數(shù)據(jù)的交換。配置空間主要用于向系統(tǒng)提供設(shè)備自身的基本信息，并接受系統(tǒng)對(duì)設(shè)備全局狀態(tài)的控制和查詢。為了避免地址沖突，PCI總線要求各個(gè)設(shè)備所占用的地址能夠重定位。重定位是由設(shè)備的配置空間的基址寄存器實(shí)現(xiàn)的，通常情況下，各個(gè)設(shè)備的基址寄存器總是被BIOS或者操作系統(tǒng)分配為不同的基址，從而將各個(gè)設(shè)備分別映射到不同的地址范圍。在需要時(shí)，應(yīng)用程序也可以自行修改基址。CH365的存儲(chǔ)器空間占用32kB，偏移地址是0000H－7FFFH，可以全部提供給外部設(shè)備使用，實(shí)際地址是存儲(chǔ)器基址加上偏移地址。CH365的I/O空間占用256kB，去掉CH365自用寄存器，還可以提供240B給外部設(shè)備使用，偏移地址是00H－EFH，實(shí)際地址是I/O基址加上偏移地址。

3本地端信號(hào)線引腳

本地端信號(hào)線引腳如表1所示。

4基于CH365的PCI通信卡原理框圖

基于CH365的PCI通信卡由PCI接口部分、CH365接口芯片、譯碼電路、本地總線4部分構(gòu)成，如圖1所示。

4.1譯碼電路產(chǎn)生

在設(shè)計(jì)中采用傳統(tǒng)74LS138產(chǎn)生本地8位總線地址，使用CH365地址A0，A1，A2以及讀寫控制信號(hào)參加譯碼。74LS138將地址譯碼輸出2路讀控制和2路寫控制，經(jīng)過74LS245或74LS574來控制輸入和輸出，如圖2所示。

4.2PCI卡制作及PCB圖設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

PCI總線工作在高頻環(huán)境中，傳送線在信號(hào)線上驅(qū)動(dòng)電壓變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)阻抗，信號(hào)線的寬度和到接地的距離都會(huì)影響其阻抗，所以在設(shè)計(jì)PCB時(shí)需要參考PCI總線規(guī)范，特別要注意考慮信號(hào)阻抗匹配，具體有以下幾點(diǎn)作為參考：

（1）在32位PCI總線中，除了信號(hào)線外，還有2個(gè)卡存在信號(hào)：PRSNT1＃和PRSNT2＃。PCI板卡設(shè)計(jì)者在卡存在信號(hào)上對(duì)卡的電源需求進(jìn)行編碼，當(dāng)卡被插在PCI插槽中時(shí)，他將其中至少一個(gè)或所有兩個(gè)卡存在信號(hào)接地。

（2）對(duì)于32位PCI總線的所有信號(hào)，其電路長(zhǎng)度限定在1.5in（約38mm）以內(nèi)。建議在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，PCI信號(hào)線的長(zhǎng)度都小于25mm，盡量走弧線或者45°線，避免走直角或者銳角走線，并且盡量將走線布在元件面，而PCB背面保留大面積的接地覆銅，以降低傳送線的阻抗。

（3）PCI總線的CLK信號(hào)線的長(zhǎng)度要求是2.5in（約83mm）左右，并且只能與卡上一個(gè)負(fù)載連接。建議CLK信號(hào)線的長(zhǎng)度盡量保持在50－85mm之間，并且不宜靠近其他信號(hào)線，為減少周邊信號(hào)線的干擾，在CLK兩側(cè)及PCB背面布置接地線或者覆銅。

（4）CH365有3對(duì)電源引腳，至少需要3個(gè)電源退耦電容。

（5）與PCI插槽連接的電源線引腳可以自由選擇，但數(shù)量不宜少于4對(duì)。當(dāng)板卡的電源消耗較大時(shí)，可以多增加幾對(duì)電源線，通過多點(diǎn)接觸提供穩(wěn)定的大電流。

4.3硬件中斷功能介紹

CH365芯片具有軟件和硬件中斷功能，與中斷功能有關(guān)的2個(gè)引腳分別是PCI_INTA和SYS_EX。如果CH365的數(shù)據(jù)線D3連接了下拉電阻，則工作模式設(shè)定為啟用中斷功能，SYS_EX引腳自動(dòng)復(fù)用為INT_REQ，作為本地中斷請(qǐng)求輸入引腳，低電平有效，外部電路需要請(qǐng)求計(jì)算機(jī)中斷時(shí)只要向該引腳提供低電平脈沖。PCI_INTA總是作為PCI中斷三態(tài)輸出引腳，不用中斷功能時(shí)可以懸空不接，需要中斷功能時(shí)可以與PCI總線的INTA相連接，低電平有效，中斷激活時(shí)輸出低電平，中斷未激活時(shí)輸出高阻。

5應(yīng)用程序介紹

（1）接收數(shù)據(jù)子程序

CH365OpenDevice（true，true）；

mPCH365_IO_REGmIoBase；

CH365GetIoBaseAddr（＆mIoBase）；

//CH365WriteIoByte（＆mIoBase－＞mCH365IoPort

[0x0FA]，71）；//**********

UCHARdata1；CH365ReadIoByte（＆mIoBase－＞mCh365IoPort[m_PortNumR]，＆data1）；m_DataR＝data1；

（2）發(fā)送數(shù)據(jù)子程序

CH365OpenDevice（true，true）；

mPCH365_IO_REGmIoBase；

CH365GetIoBaseAddr（＆mIoBase）；

CH365WriteIoByte（＆mIoBase－＞mCh365IoPort[m_PortNumW]，m_DataW）；

本文采用南京沁恒公司提供的PCI接口芯片CH365實(shí)現(xiàn)了PCI通信卡的設(shè)計(jì)，在使用中測(cè)的實(shí)際傳輸率為10MB/s左右，工作穩(wěn)定可靠，完全可以滿足一般數(shù)據(jù)量傳輸不是非常快的場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn):

[1].PCIdatasheet/datasheet/PCI_12022