PCI接口扩展卡的快速开发方案.docx

《PCI接口扩展卡的快速开发方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PCI接口扩展卡的快速开发方案.docx（12页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、PCl接口扩展卡的快速开发方案摘要：介绍了PCl总线扩展卡的设计思路和方法，并结合个多功能CAN通信I/O卡的设计实例，介绍rPCI总线扩展卡的软硬件设计流程，给出了一套快速可行的解决方案。关键词：PCI总线P1.X9052设备驱动程序Windriver随着计算机和限制技术的不断发展，许多工程人员都选用PC机作为限制系统的操作平台。为r能够和外部设备通信，PC机上供应r外置的USB、串口、井口与内置的ISA、PCl等接口。PCI总线接口速度快，系统占用率低，有完备的即插即用(PnP)管理体制，是H前计算机插卡式外设总线的事实标准。笔者设计了块PCI总线多功能CAN通信I/O卡，可以完成数字最I

2、/O、CAN总线通信的功能。本文将依据笔者的实际阅历，介绍PCI接口扩展卡的软硬件设计流程和种快速开发方案。1PCI总线简介PCI总线标准由PClSlG(PCISpecialInterestGroup)制定，该组织的成员彳Inte1、IBM、DEC等公司。目前PC机中运用的PCl总线标准主要以PCl2.0为主，其频率为33MHz,字宽为32bit,电源电压为5V。新版的PCl标准向下兼容，并支持66MHZ时钟，字宽为64bit,电压为3.3V。PCl总线是一种时分复用的双向应答总线，传输发起方称为主设备，接收方称为从设备。主设备用RFAME信号指示，从设备拉低它的DEVSE1.线来表示响应传输

3、恳求。PCl总线的数据传输以帧为单位，每次传输由个地址周期(AddressPhase)和多个数据周期(DataPhase)组成，如图1所示。D0-D31首先给出本次传输的首地址，后面紧跟个或多个32位(4字节)宽的数据，多个数据的地址自动递增。在地址周期，CBE0CBE3这四根线的不同组合指示出在AD0-AD31上耨要进行何种类型的操作，如CBE0-CBE3=0110表示存储器读，CBE0CBE3=0011表示I/O写。在数据周期，C/BE0BE3对应AD0AD31上四个字节的使能。IRDY和TRDY分别表示主设备打算好和从设备打算好。在传输过程中，只有IRDY和TRDY同时方效，传输才能接着

4、；否则插入等待周期，用于在不同速度的设备之间协调工作。计算机的接口卡般会用到I/O端口、存储器空间、中断与DMA等计算机资源。传统ISA接口卡通过更改跳线来避开多块卡之间的资源冲突，PCl接口K则摒弃了硬件跳线，由软件统筹安排资源，这被称为即插即用。为实现此功能，PCl协议除了可以对I/O空间、存储器空间读写外，还定义了对配置空间的读写（C/BEOCBE3=1010101Do所谓配置空间，是指映射到每块接口卡上的256字节的特别功能寄存器。设计者事先在配置空间的指定位置写入须要申请运用的资源他，主板上电后，由PnP-BiOS读取各卡的配置空间，对它们所需的资源进行统筹安排，再将安排结果写回对应

5、的配置空间地址，完成自动配置。图2P1.X9052接口K芨料枢用2PCl接口k的硬件设计与调试以笔者设计的PCl卡为例，运用SJA100O实现CAN总线通信功能，须要映射32字节的存储器空间和一个中断资源，在功能上属于PCl从设备(Target-onlyDEVICE)。皂JAU的对外接口电路可以干脆与InteI8051、8096与ISA总线连接，但是不能与PCl总线干脆连接，因此须要设备用于逻辑转换的接口电路.PCl接口电路的设计般有两类方法：类是运用FPGA/CP1.D等可编程器件开发逻辑转换电路。依据实现功能的多少，所需的等效门密度约为500015000门，可自行编程或者购买已有“软核”(

6、IPCORE)的产品实现；另一类是运用标准接口芯片对PCI总线逻辑信号解码。第种方法开发成本高、难度大、周期长、测试设备昂贵，但是批及生产成本很低，适合大规模全定制或半定制ASlC的生产。其次种方法相对简洁、开发周期短、性价比合理，适合本方案采纳。市场上的接口芯片供应商有P1.X、AMCC、Tl等公司。其中,P1.X公司的接口芯片P1.X9052价格便宜、供货渠道畅通、功能适用，因此这里选用E1.X9052o采纳EI丛幺生2的接口卡在逻辑上可分成三个功能模块：PCl接口部分、EEPROM部分和局部总线部分,如图2所示。P1.X9052供应完备的PCI从设备支持，PCl接口部分的47根信号线可以

7、干脆与PCl连接器（俗称金手指）连接。PCl连接器上彳了两根特别的引线PRSNT1#和PRSNT2#,它们不参力IlPCl协议操作，只用来告知主板该卡消耗的电功率。P1.X9052将PCI总、线上的操作转换为对局部总线的操作，即通过1.ADO1.AD7、RD、WR、CS等对SJAlOOo的寄存器进行访问。举例来说，假如系统上电后安排给本卡的存储器地址空间为F68。0000F680OOlF,那么当系统通过PCl总线访问这个区域时，P1.X9052会应答，并将其转换为局部地址OXOooo0x00】F,对应于SJAIO皿的32个内部寄存器.另外，P1.X9052自身也有一些内部寄存器,它们被自动映射

8、到另一片内存区域，可通过Pel总线干脆访问。P1.X9052供应三种类型的局部总线信号:标准ISA模式、复用模式和H星用模式，其中复用模式和SJAlOOo的接口最吻合.此模式的信号和805ICPU输出的信号基本相同，可以干脆与SJA100o与其它类似接口的芯片相连，只是片选信号不再须要外部地址译码电路，而是由P1.X9052内部逻辑完成。局部总线的时钟可以与PCI时钟异步，山有源晶振供应。限制信号1.HO1.D接地表示局部总线无需申请等待周期。1.INTil是中断申请线，接有上拉电阻，确保无中断时停程在空闲状态。USEROUSER4是可编程1/。引脚，USER0、1设备为输入，USER2、3设

9、置为输出，由P1.X9052的内部寄存器限制,实现数字I/O功能:SJAloOO和82C250构成CAN总线接口电路，最高可支持IMHZ的通信速率。EEPRoM部分用干初始化P1.X9052的寄存器,在系统上电后读取。P1.X9052的EECS、EED0、EEDhEESK引脚分别与串行型PROM931.C46的对应引脚相连,其中EEDO引脚加有上拉电阻，使得在未安装EEPRoM时,EEDo始终保持高电平状态，P1.X9052仍旧能够以缺省设置运行。以下对内个主要寄存器的设备进行说明。VendQrID和DEVlCEID：生产厂商代号和芯片代号。VendorID由生产商向PClSIG申请，DEVI

10、CElD由生产商自行制定。P1.X公司的VendorID为10B5,P1.X9052的DEVlCElD为9050,故设为10B59050oClassCode:表示PCl卡属于哪种类型，如多媒体卡、显卡等。本设计中将其定为OOOO0680,表示PCl桥(PClBRIDGE)设备。1.ocalAddressSpace0Range:设为FFFFFFEO,表示申请32字节的存储器空间。1.ocalAddressSpace01.ocalBaseAddreSS(remap)设为00000001,表示将PCl总线上的地址转换为局部总线地址OXOOOo0x001FoChipSE1.ECT0BaseAddreS

11、S:设为OoOo0011,表示在局部总线地址为OXoOooOxOOIF时，局部总线的片选信号有效，用于苴JA100O的片选。InterruptCOntrOl/Status:设为OoOO0041,表示中断使能，响应1.lNTi上的中断申请。CNTR1.:设为00600C80,表示USER0、USERl引脚用于输入，USER2、USER3引脚用于输出，初始值分别为0、1,PCl数据传输等待超时长度为12个时钟周期。依据PCI标准和P1.X9052的说明文档,PCI连接器上全部的VCC、Vi/o5V电源连接到起，全部的GND端连接到起，在尽可能旅近i5y（吨2电源引脚的地方放置高频去辆电容。PCI总

12、线的时钟频率为33MHz,不恰当的布线会导致信号线之间的延时关系混乱，因此PCI协议对布线做了严格的规定，要求主时钟PC1.C1.K线的长度为2.5英寸，误差应小于0英寸，其它引线短于15英寸，举荐运用四层板。设计中可以参考市面上的声K和网K-布线实例，如考虑成本等因素,也可只运用两层板，双面覆桐接地C经试验验证该卡能够稳定工作。图3用WindriVer开发的驱动程序结构3PCl接口k驱:动程序与软件设计在DOS环境下，操作系统对应用程序开放全部权限，开发人员可以运用汇编指令、BloS函数等任何方法操作硬件资源，此处不再多述。在WindOWS系统中，为避开因不当的硬件操作而导致系统崩渍,应用程

13、序不再具有干脆的硬件访问权，假如要操作硬件，必需借助设备驱动程序。现有的WindOWS系列操作系统产品众多，所运用的设备驱动程序结构也有所不同。其中，VxD型驳动程序最占龙，适用于Win3x、Win95、Win98等操作系统；WinNT型驱动程序只适用于WinNT4x以下版本的操作系统；WDM型骐动程序是WinNT型共动程序的升级版，适用于Win98、Win2000.WinXP等操作系统，是今后几年的应用主流。Microsoft为设备驱动程序的编写供应了一些工具，如WindOWSDEVICEDriversKit（简称DDK）,它包含了驱动开发所需的各种类型的定义和内核函数库。假如干脆运用发所需

14、的各种类型的定义和内核函数库.假如干脆运用DDK,开发者须要了解整个系统体系结构和WDM规范，熟谙上千个DDK函数的功能和运用场合。用这些方法编制的驱动程序有很高的运行效率，但是开发难度大，测试流程繁助，一般用于有肯定研发和生产需求的单位。为减轻开发者的负担，许多第三方厂商供应了协助软件。如NUmega公司的DriVerStUdi。软件，它将DDK函数侬据逻辑功能组织，把许多常用功能封装成类，建立了一个基于C+语言的而向对象的编程环境。开发者面对的不再是上千个困难凌乱的DDK函数，而是逻辑清楚的类库，大大降低了开发难度和开发周期，获得了广泛的应用。对于速度要求不高、实时性要求不严的场合，JUn

15、go公司的WindriVer软件供应了一种更加快速简洁的解决方案。它内置一个名为WdpnPsys的通用核心态WDM变动程序，将一些基本的操作如存储读写、I/O端口读写、中断服务、DMA操作等进行了封装，开发者只需编写一个外壳程序来调用这个驱动程序，开发者只需编写一个外壳程序来调用这个盟:动程序，就可以对硬件设备操作，如图3所示，图中灰色的部分表示Windriver已经供应。WindriVer供应的驱动程序经过充分优化，功能完备，在通用性和高效性之间做了很好的F衡。另外，WindriVer特地为P1.X公司的芯片开发了软件包，因此特别适合在本方案中运用。WindriVer启动后，会自动发觉计算机上的全部即插即用设备，如图4所示。其中mPCI:P1.XPCI9050TargetPCIInterfaceChiP”即指本卡。点击,Generate.INFfile”按钮可以生成INF文件,系统用它供应的信息安装Wdpnp.sysot4Btrawu.rwZCmlrUrl*11T2k4mctvb411wsmnsmju11W05E1OVUMMSVTraMYCI7ISAW4rlv，*r图4Windriver启动界面为便利在用户态驱动代码中操作SJ为OOo和P1.X9052的寄存器,可以运用WindriVer为已映射的存储器地址命名，如图5所示，图中CANR表示中断寄存器，CAN_CR表示寄存器，等