AMCCS5933 在PCI板卡设计中的应用

PCI总线是计算机主机中最常见的总线。它是一种高性能的32/64位地址数据复用总线，支持猝发传输，传输峰值速率可达528MB/s，而且还支持自动配置。由于PCI总线协议的复杂性，其接口电路实现起来并不容易。但采用通用PCI接口芯片却能达到事半功倍的效果。PCI通用接口芯片对于PCI协议的良好支持及其提供给板卡设计者的良好接口都大大减小了PCI板卡设计者的工作量。现有的PCI接口芯片主要有AMCC公司的 AMCCS59XX系列和PLXTECH公司的PLX系列。本文将对AMCC公司的AMCCS5933芯片的原理及其在PCI板卡设计中的应用进行介绍。

1 工作原理

　　AMCCS5933的原理框图如图1所示。由图1可知AMCCS5933起到的是一个桥路的作用，即它是PCI总线与本地总线之间的一个桥路。

AMCCS5933既可以作PCI从设备，又可以作PCI主控设备。PCI配置空间可以通过一EEPROM来配置。AMCCS5933为设计者提供了三种数据传输方式：PASS THRU方式、FIFO方式和MAILBOX方式。通过驱动程序对总线控制寄存器设置来控制总线操作和数据的传输。总线控制寄存器有两组：PCI总线控制寄存器和本地总线控制寄存器，分别用来控制PCI总线和本地总线的操作。

2 AMCCS5933 引脚

　　AMCCS5933引脚图如图2所示。

3 AMCCS5933在PCI板卡设计中的应用

3.1 配置空间

　　每一个PCI设备都要有相应的配置空间，AMCCS5933通过EEPROM来设置配置空间，AMCC公司提供一个NVBUILDER的软件，可以通过AMCCS5933对EEPROM进行读写。EEPROM可以为串行，也可以为8位并行。设计者只需使用NVBUILD就可以完成PCI配置空间的设置。

3.2 总线控制寄存器的访问

　　PCI总线控制寄存器只有主机才能访问，主机通过PCI总线进行I/O读写操作来访问这些寄存器。

本地总线控制寄存器只有本地逻辑才能访问，与其有关的引脚有ADR[6..2]、BE[3..0]#、SELECT#、WR#、RD#和数据地址总线DQ[31..0]。

　　读时序如图3所示，写时序将图中RD#替换为WR#即可。

ADR[6..2]提供被访问寄存器的地址，BE[3..0]#制定访问是双字中的哪些字节，WR#为写使能，RD#为读使能，SELECT#为操作使能，都为低电平有效。

3.3 MAILBOX方式的使用

　　AMCCS5933内部有8个MAILBOX：4个输出MAILBOX，四个输入MAILBOX。PCI方的输入MAILBOX对应于本地的输出MAILBOX，输出MAILBOX则对应于输入MAILBOX。

　　MAILBOX主要用于主机方与本地逻辑之间的通信，例如传输一些自定义的控制字、状态信息等。

　　主机对MAILBOX的访问通过I/O读写来完成，本地逻辑对MAILBOX的访问则通过访问本地控制寄存器的方式来完成。

MIALBOX的空满状态由控制寄存器MBEF(PCI)和AMBEF(本地)来表征。

3.4 FIFO方式下的数据传输

3.4.1基本数据传输

　　AMCCS5933内部有两个单向FIFO：输出FIFO和输入FIFO，主机和本地逻辑可以以访问控制寄存器的方式来访问FIFO，也可以通过WRFIFO#、RDFIFO#、WFULL、RDEMPTY、BPCLK这几个引脚来直接读写FIFO。在设计当中一般采用后一种方法。直接读写FIFO有两种工作方式：同步方式和异步方式。在同步方式下，WRFIFO#、RDFIFO#为FIFO读写使能信号，在BPCLK的上跳沿写入和读出数据，输出引脚BPCLK输出33MHz信号。在异步方式下，WRFIFO#、RDFIFO#为FIFO读写信号。WRFULL为输出FIFO满信号，RDEMPTY为输入FIFO空信号。

3.4.2 DMA的实现

　　在FIFO方式下可以实现DMA传输。

　　DMA传输的实现步骤：

　　(1)通过NVBUILD软件设置DMA传输的控制方为主机或本地逻辑，以下假设为主机控制。

　　(2)设置有关的PCI总线控制寄存器。

     MWAR  DMA写地址寄存器   填入接收数据存放的起始地址

     MWTC  DMA写计数器       填入接收数据的字节数

     MRAR  DMA 读地址寄存器  填入发送数据起始地址

     MRTC  DMA  读计数器     填入发送数据的字节数

　　(3) 启动DMA传输

　　通过设置MCSR寄存器启动DMA传输。

　　由本地逻辑控制的DMA传输步骤，只需将控制方式改为本地逻辑控制，然后由本地逻辑来设置相应的寄存器。

3.5 PASS THRU方式下的数据传输

　　配置空间中的基址寄存器为PCI系统资源分配(内存和I/O空间的分配)提供了一种机制，PCI设备在基址寄存器中填入所需资源的类型和大小，基址寄存器的0位为1表示为内存空间，为0则表示为I/O空间，1、2位则指定内存或I/O空间是分配在1M地址以下，还是分配在任意地址空间，3位表示能否预取，4～31位表示所需分配的内存或I/O空间的大小。PCI BIOS启动后读取各个PCI设备配置空间中的基址寄存器，获取每个PCI设备分配所需的资源类型和大小等信息，并且为这些PCI设备分配好所设定的资源，然后再将分配的内存空间或地址空间的基地址回写到PCI设备的各个基址寄存器中。

　　配置空间中有6个基址寄存器，与PASS THRU方式有关的是基址寄存器1～4，基址寄存器0被指定为AMCCS5933分配I/O资源，基址寄存器6保留不用。

　　PASS THRU 方式下的数据传输的有关引脚：PTATN#、PTRDY#、PTNUM[1：0]、PTBE[3：0]#、BE[3..0]#、PTADR#、　　PTWR、PTBURST#、DQ[31..0]

　　PTNUM[1：0]表示由哪个基址寄存器所分配的内存空间或I/O空间。

　　PASS THRU方式下的数据传输主要由AMCCS5933芯片与本地逻辑电路通过上述引脚信号的交互、握手来完成，时序如图4所示。

PASS THRU的握手时序可以通过可编程逻辑以同步状态机的方式实现，用ALTERA的AHDL硬件编程语言可以很容易地实现它。

3.6 中断的设置与产生

　　AMCCS5933有两个中断引脚：INTA#和IRQ#。INTA#为PCI总线信号用于产生系统PCI中断，IRQ#是本地总线信号用于产生本地逻辑的中断。  

　　MAILBOX的空满变化、DMA读写传送的完成都可以产生中断，中断的使用方法如下：

　　A PCI设备中断INTA#

　　(1)在配置空间中断引脚寄存器填入中断引脚，单功能设备选INTA#。

　　(2)从配置空间矢量寄存器中获取中断矢量。

　　(3)在PCI总线控制寄存器中，设置产生的条件，如MAILBOX变满产生中断、DMA写完成产生中断等。

　　(4)在中断处理程序中，读取PCI总线控制寄存器INTCSR和MBEF当前值，确定中断源并做相应中断处理。

　　(5)清中断及退出中断处理程序，清中断通过往INTCSR相应的中断标志位写“1”来完成。

　　B 本地设备中断 IRQ#

　　(1)在本地总线控制寄存器AINT中，设置产生的条件，如MAILBOX变满产生中断 、DMA写完成产生中断等。

　　(2)在本地中断处理程序中，读取本地总线控制寄存器AINT和AMBEF当前值，确定中断源并做相应中断处理。

　　(3)清中断并退出中断处理程序，清中断通过往AINT相应的中断标志位写“1”来完成。

4 PCB 板绘制要点

　　(1)推荐采用四层板。

　　(2)电源引脚加0.1μF电容滤波。

　　(3)AMCCS5933 PCI数据线与插口距离小于1.5英寸。

　　(4)AMCCS5933 PCI时钟线与插口距离等于(2.5+或-0.1)英寸，且只能在PCB的同一层。

　　(5)AMCCS5933 其他PCI引脚与插口距离小于2英寸。