如何用双端口RAM实现与PCI总线接口的数据通讯?
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采用双端口RAM实现DSP与PCI总线芯片之间的数据交换接口电路。
提出了一种使用CPLD解决双端口RAM地址译码和PCI接口芯片局部总线仲裁的的硬件设计方案,并给出了PCI总线接口芯片寄存器配置实例,介绍了软件包WinDriver开发设备驱动程序的具体过程。
随着计算机技术的不断发展,为满足外设间以及外设与主机间的高速数据传输,Intel公司于1991年提出了PCI总线概念。PCI总线是一种能为主CPU及外设提供高性能数据通讯的总线,其局部总线在33MHz总线时钟、32位数据通路时,数据传输速率最高可达133Mbps。实际应用中,可通过PCI总线实现主机与外部设备的高速数据传输,有效解决数据的实时传输和存储问题,为信号的实时处理打下良好基础。
本文主要提供一种基于PCI总线的数据传输系统设计方案,其中双口RAM起桥梁作用,完成上位机与外围主控单元之间的数据握手。
1 双端口RAM实现PCI总线接口方案
本系统主要用于解决上位机与外围控制单元的数据传输问题。上位机运行信息诊断程序,通过PCI总线与外围控制单元以一定速率传输数据,在主机中实时监控并保存数据。由于实现高速实时数据传输,数据量大,所以在PCI局部总线上插入一个高速双端口RAM。双端口RAM一端作为PCI总线接口的本地端存储器,一端作为DSP目标存储器。需要传输保存的数据经DSP处理后借助双端口RAM和PCI总线接口完成了上位机与DSP的数据握手。本文提出的双端口RAM实现PCI总线接口方案如图1。
考虑到PCI总线接口对局部总线的控制时序比较复杂,需要译码和控制电路来实现局部总线的访问及控制。本系统使用CPLD解决双口RAM的地址访问竞争冲突问题。需解决的主要问题有:①PCI接口电路设计;②CPLD地址译码和总线仲裁;③PCI总线驱动程序开发。
2 PCI接口电路设计
PCI卡的设计一般采用两种方案。一种是根据PCI协议在FPGA或CPLD中实现PCI总线接口控制器,但是由于PCI协议的复杂性,使得开发难度大、周期长;另一种使用现成的PCI接口芯片,用户开发难度降低,只把重点放在PCI接口芯片局部总线的接口设计和PCI总线配置空间的初始化,而不用速度考虑PCI总线规范上众多的协议规范,加快了开发时间。
本数据传输系统使用PLX公司的PCI 9030总线接口芯片,以CPLD完成逻辑控制及与外设的连接,整个系统的硬件框图如图 2。其中双端口RAM采用IDT71V321,CPLD选用XILINX公司的XC9536CPLD芯片,EEPROM选用NS公司的93CS56,控制单元DSP选用TMS 320LF2407A。
2.1 PCI 9030内部结构及其数据传输
PCI 9030是PLX公司开发的PCI总线目标接口芯片。其特点:低功耗,PQFP176针封装,符合PCI V2.2规范;在PCI总线上是从设备,但在局部总线上是主设备;PCI 9030支持突发传输,有5个PCI总线到局部总线地址空间,9个可编程的通用I/O,4个可编程的片选,支持热插拔。PCI 9030主要由PCI总线接口逻辑、局部总线接口逻辑、串行E2PROM接口逻辑和内部逻辑组成,结构框图见图3。
PCI 9030支持PCI主设备直接访问局部总线上的设备,数据传输方式分为内存映射的突发传输和I/O映射的单次传输,并且由PCI基址寄存器设置在PCI内存和I/O空间中的合适位置,另外局部映射寄存器允许PCI地址空间转换到局部地址空间。
2.2 配置实例
系统访问的双口RAM存储空间为2KB,要求将这个存储器空间映射到局部地址空间0,采用内存方式映射,存储器的数据宽度为 8位,并且不采用突发传输,读写时不可预取。下面介绍这个地址空间各个寄存器的具体配置过程。
(1)配置地址范围寄存器
根据PCI配置寄存器与LAS0RR的对应关系以及双口RAM的地址空间800H,取7FFH的补码得到FFFFF800H。又因为按照设计要求,要映射到内存空间的任何位置并且设置为不可预取的,这样LASORR寄存器后3位应该为000H。所以LAS0RR的值应该最终确定为FFFFF800H。
(2)配置基址寄存器
该寄存器的基址必须是地址空间范围的整数倍,在本例中必须是2K的整数倍,可将基地址定为 00004000H,又由于基址寄存器位0为空间使能位,所以应将这一位设置1;至于位 2、位3,由于是映射到内存空间,设为00H即可。所以LAS0BA的值最终被确定为00004001H。
(3)配置片选信号控制寄存器
该寄存器的地址范围和基地址必须与LAS0RR或LAS0BA所定义 的范围和空间相对应。可根据PCI 9030提供的配置寄存器的方法确定CS0BASE的数值:板卡的2KB空间可以用十六进制表示为800H,将800H右移一位得到400H,然后将基地址加到400H左边的任何一位中。因为所采用的基地址为00004000H,所以得到的值为00004400H;又因为第1位为片选使能位,应该设置为1。所以最终确定的数值为00004401H。
由于局部总线采用8位的宽度,将工作方式定义在不使能突发,不预取,配置总线区域描述寄存器的数值确定为400140A2H。另外,还要根据要求设置CNTRL寄存器控制PCI 9030的工作状态,确定为18784500H。当所有这些数据都配置完成后,便可将这些数据按照加载顺序写入串行E2PROM中,从而完成整个系统的配置。
通过这几个寄存器的配置,一个局部地址空间便可以确定下来。在系统上电后,系统BIOS根据这几个寄存器的内容将板卡上2KB的RAM空间重映射到PCI空间中,使主机可以像访问自己的地址空间一样访问板卡上的RAM。
2.3 CPLD控制逻辑
对于双口RAM同一个地址单元,不能同时进行读或写操作,但两边连接的主控芯片,都可以对其进行读、写操作,因此必须解决地址竞争问题。本系统中,使用XILINX公司的XC9536CPLD芯片完成PCI局部总线的译码和控制电路。由于系统控制计算主要在DSP中完成,上位机只起监控和数据保存作用,因此规定对双口RAM的操作DSP优先于PCI 9030;同时CPLD也参与了DSP片外程序存储器Flash和数据存储器RAM的地址译码,控制逻辑用公式表示为:[!--empirenews.page--]
3 设备驱动程序设计
设备驱动程序开发工具通常有DDK、VtoolsD、WinDrvr等。为加快开发速度,采用JUNDO公司的WinDrvr开发设备驱动程序。其使用简单,支持多种操作系统。
采用Windrvr开发PCI桥接设备的驱动程序有两种方法。一种Wizard开发向导是自动生成驱动程序框架代码,然后根据实际需要,加入定制功能。这种方法生成的代码较多,程序较复杂。另一种是在Vc++创建工程中直接利用Windrvr的API函数生成驱动程序,比在Wizard生成的框架代码上修改更为灵活。本文采用后一种方法。以下是用Windrvr开发PCI9030桥芯片的驱动代码,只要稍加改动就可以作为其他PCI芯片驱动程序的一部分,例如PCI9050、PCI9052等。程序中出现的变量名都由其名称反映含义,具体可以参见Windrvr设计文档说明。
至此获得了本地端映射到用户的内存地址,调用读写函数就可以对本地芯片进行操作。