PCI总线接口芯片及其应用

引言

PCI（PeripheralCompornentInterconnect，即外围部件互连）总线是一种先进的高性能32/64位地址数据复用局部总线，该总线是以INTEL为首的多家集团设计的，PCI总线可以同时支持多组外围设备，且处理器和时钟频率无关，可以提供高达132MB/s的数据传送速率，PCI总线具有严格的规范，只要符合PCI规范的扩展卡，那么，插入任何PCI系统就能可靠地工作，是当今PC领域中流行的总线。

PCI总线协议非常复杂，目前实现PCI接口的有效方案分为两种：即使用可编程逻辑器件和使用专用总线接口的器件，可编程逻辑器件实现PCI接口比较灵活，可以利用的器件比较多，现在有许多生产可编程逻辑器件的厂商（如Xilinx的Logicore和Alerra的AMPP）都提供经过严格测试的PCI接口功能模块，用户只要进行组合设计即可，但这种方法难度较大，设计周期较长。而采用专用接口器件实现完整的PCI主控模块和目标模块的功能，则可将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的用户接口，用户只要设计转换后的总线接口即可。但这种方法难度较大，设计周期较长，而采用专用接口器件实现完整的PCI主控模块和目标模块的功能，则可将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的用户接口，用户只要设计转换后的总线接口即可。虽然这种方式不够灵活，但由于其对PCI协议的良好支持，以及提供给设计者的良好接口，都大大减少了设计开发的难度和周期，现有的PCI接口芯片主要有AMC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI9805x系列。PLX公司的PCI9052就是一款较常用的总线接口芯片。

PCI9052芯片介绍

PCI9052是PLX技术公司继PCI9050之后推出的低成本、低功耗、高性能总线接口芯片，通过该芯片可以使多种局部总线快速转换到PCI总线上。

◇主要特点

（1）兼容PCIV2.1协议特性。PCI9052芯片与PCI协议V2.1版兼容，可支持低成本的从模式适配设备，也支持从ISA适配卡向PCI适配卡的转换。

（2）采用直接从（目标）模式传送数据。支持突发存储器映射和I/O映射方式，可从PCI总线到局部总线上存取数据。读写FIFO（先入先出）寄存器使得局部总线和PCI总线具有高性能的突发方式，PCI总线总是工作在突发方式，但是局部总线可以设置成突发方式或者连续单周期方式。

（3）带有中断发生器，可以从两个局部总线中断输入中生成一个PCI中断。

（4）PCI9052局部总线接口运行于TTL时钟，并可生成必要的内部时钟，局部TTL时钟与PCI时钟异步工作，并允许局部总线独立于PCI时钟工作，其缓冲PCI总线时钟（BCLKO）可与局部总线时钟（LCLK）相连。

（5）PCI9052局部总线配置可编程。支持复用或非复用的8/16/32bit局部总线，芯片有4字节使能（LBE[3：0]#）、26根地址线（LA[27：2]）和32/16/8bit数据线（LAD[31：0]）。

（6）支持先读模式、即预取数据可从PCI9052内部的FIFO寄存器读取，用以代替局部总线，但地址必须是前一条地址的后续地址，且应为32位宽度（下一地址=当前地址+4）。

（7）所有控制、地址和数据信号都可由PCI9052直接生成，用于驱动PCI和局部总线，而无需额外驱动电路。

（8）带有串行EEPROM接口，可用于加载配置信息，这对于装载一个特定的适配设备信息（网络节点号、厂商类型码和片选等）是很有用的。特别是将PCI9052转换为ISA接口模式时，串行EEPROM是必需的。

（9）提供了四个局部片选信号，其基地址和每一个片选的范围可由串行EEPROM配置，也可由主控制器在线编程。

（10）具有五个局部地址空间，基地址和每一个局部地址空间的范围可由串行EEPROM配置或由主控制器在线编程。

（11）支持BigEndian和LittleEndian字节间的转换。当局部总线是16位宽度或8位宽度时，PCI9052同时支持BigEndian字节模式转换为字或字节宽度。

（12）为了匹配以前的接口读/写（RD#/WR#）信号，可以从时钟周期的开始延时（例如ISA总线接口）。

（13）附加的LRDYi#（localreadyinput）握手信号可用于产生各种等待状态，PCI9052内有等待状态发生器（读/写地址到数据、数据到数据和数据到地址之间）。

（14）局部总线预锁存计数器可以编程为（无预锁存）4、8、16或连续值（预锁存计数器关闭）模式，如果使用了连续地址（必须是32位），则预锁存数据可以作为缓冲数据来使用。

（15）PCI9052兼容PCIV2.1协议延时读的4种模式，即PCI读和写刷新模式、PCI读无刷新模式、PCI读无写模式和PCI写模式。

（16）带有一个可编程PCI读写重试延迟计时器，可以为PCI总线产生一个重试信号。

（17）带有ISA逻辑接口模式，支持PCI总线到ISA总线的单周期存储器（8位或16位）读写和I/O访问。

（18）支持PCI目标锁定机制，PCI主控设备可以通过锁定信号独占对PCI9052的访问。

（19）PCI总线传输速率达132MB/s。

◇结构组成

图1所示是由PCI总线接口芯片、局部总线接口和串行总线接口组成的接口电路。

◇器件功能

PCI9052作为总线目标接口芯片，可为非PCI设备与PCI总线提供数据通道，PCI9052的主要功能如下：

（1）初始化

上电时，PCI9052的内部寄存器将由PCI总线的RST信号复位成默认值，并在局部总线上输出LRESET信号，以检验串行EEPROM，如果安装了串行EEPROM且第一个16位字不全为1，则PCI9052用串行EEPROM中的值来配置片内寄存器，否则使用缺省值。

（2）复位

当PCI总线输入复位信号时，PCI总线全部输出呈高阻态，此时PCI9052整体复位并输出LRESET信号，PCI总线上的主控设备也可以通过软件设置杂项控制寄存器（CNTRL：50h）的第30位为1，来使PCI9052复位并输出LRESET信号，此时PCI和局部配置寄存器的值不变，PCI9052将一直保持复位状态，而且此时主设备只能访问配置寄存器，而不能访问局部总线。当CNTRL[30]=0时，系统将清除PCI9052的复位状态。

（3）串行EEPROM

复位后，PCI9052将检查串行EEPROM是否存在，一个有效的低电平START位表示串行EEPROM存在，START位为1表示串行EEPROM不存在，串行EEPROM的第一个字如不全为“1”，PCI9052便可用它进行配置，而如果串行EEPROM不存在或为空，PCI9052则采用缺省值配置，PCI9052总线上的主机可以对串行EEPROM进行读写，杂项控制寄存器（CNTRL：50h）的[29：24]位控制着PCI9052对串行EEPROM的位进行读写，将杂项控制寄存器位CNTRL[29]置1可以用串行EEPROM重新配置PCI9052。

（4）内部寄存器访问

PCI9052的内部寄存器为总线接口的设计与实现提供了最大的灵活性，这些寄存器可以分为两类：PCI配置寄存器和局部配置寄存器，两类都可以通过PCI总线或串行EEPROM来配置。

（5）直接数据传输模式

PCI总线上的主设备能直接访问局部总线上的从设备。PCI9052内部的配置寄存器可译码和映射这些要访问的局部地址空间，读写先入先出寄存器可支持PCI和局部总线之间的高性能突发传输方式。

（6）PCI中断（INTA）

通过局部中断输入（LINTil和LINTi2）或软件中断（CNTRL寄存器30位）可以产生一个PCI中断（INTA）通过PCI9052中断控制/状态寄存器可以禁止或使能某种中断，PCI9052中断控制/状态寄存器同时可提供各个中断的状态指示。

（7）局部中断（LINTi[2：1]）

PCI9052提供有2个局部中断输入（LINTi[2：1]，通过寄存器INT[2：1]），通过寄存器INTCSR；4Ch可将局部中断设置成沿触发或电平触发方式，局部中断能产生PCI中断。

（8）系统出错

如果PCI命令寄存器中的使能奇偶校验位，检测到一个地址奇偶校验出错时，PCI9052将产生一个SERR信号。

PCI9052的应用

PCI9052接口芯片作为通用PCI接口，其应用场合和范围是非常广泛的。随着PC机的发展，PCI扩展槽已成为PC机主板的基本配置，而带ISA扩展槽的PC机已经越来越少，ISA扩展槽在PC机中彻底地消失的日子即将到来，在作者所在公司设计生产的火灾报警控制系统中原有的ACTNET网络接口卡是基于ISA总线的插件，现在则要利用PCI9052芯片的ISA模式来对原来的板卡进行升级改造，以使原来的板卡在做少量改动的情况下可以插在PCI总线插槽中正常工作。

这种PCI插卡的借口示意图如图2所示，它主要由一片PCI9052、ARCNET网络控制器以及一些外围器件构成。

PCI9052的内部结构中包含了一个独立的ISA逻辑接口，用于为ISA总线到PCI总线提供一种简单的转换。它支持8位和16位数据宽度的ISA从设备，也可以是内存映射或I/O映射。同时可直接从先读模式来提高读取数据的吞吐量，一旦ISA接口模式被使能，PCI9052将只执行单个周期操作，应当特别注意的是，ISA接口模式下，串行EEPROM是必需的。

具体设计时，可以使用两种方法配置PCI9052以用于ISA接口模式：一是烧写串行EEPROM方法，即使用烧写器将数据写入串行EEPROM；二是热配置方法，也就是从PCI总线通过PCI9052芯片来烧写串行EEPROM。

配置注意事项

当为ISA接口模式进行配置时，必须注意以下几点：

（1）存取ISA接口引脚时，要参照PCI9052引脚的C/ISA模式引脚图来连线。

（2）空间0分配给ISA接口的内存存取。

（3）空间1分配给ISA接口的I/O存取。

（4）无论在空间0还是在空间1，ISA访问都是有效的。

（5）标准从周期能够用于访问空间2、空间3和串行EEPROM。

在设计电路板时，要严格遵循PCI规范，电源和地线要尽可能宽且电源滤波要良好，在芯片的每个电源引脚，最好接0.01-0.1μF的滤波电容，一般来说，PCI编码推荐做4层板，其实只要布线合理，做两层板也是可以的，在连线时，要注意PCI规范中提到的反射波信号，由于驱动信号的一半要靠反射波来提升，所以对信号线的长度要求为：64位卡的32位信号具备的最大连线长度是1500mil，64位扩展信号的附加信号的连线长度为2000mil，PCI的CLK长度2500mil±100mil，这些条件一定要严格遵守，尤其是CLK信号线长度的要保证在要求的范围内，否则，PCI插件工作将不正常，并会出一些怪现象，另外，PCI卡上最好在从槽上引的电源上多加几个电容，所有电源都必须退藕。用作上拉或下拉的电阻一般取值2.2KΩ即可。

还有一个要注意的是，PCI信号中prsnt1和prsnt2必须至少有一个接地，否则，系统肯定找不到卡，主板就是靠这两个信号来判断这个插槽上是否有卡，而其接法同PCI卡使用的功率有关，具体的含义如下（Open表示悬空，Ground表示接地）:

prsnt1prsnt2含义

OpenOpennocard

GroundOpen25w

ObenGround15w

GroundGround7.5w

最后，由于PCI9052没有提供符合工业标准IEEE1149.1边界扫描接口，PCI规范中涉及到的5个边界扫描信号中的TRST、TCK、TMS要悬空、TDI和TDO在板上要短接，以免扫描链被打断。

结束语

实践证明，PCI9052是一款优秀的PCI接口芯片，该芯片对基于ISA总线的接口向PCI的转换提供了极大的方便，设计者用它可避免直接面对复杂的PCI总线协议。因为，用PCI9052开发的产品，可减少外围器件，降低了开发难度，同时也缩短了开发周期，延长了产品的生命期。