摘要：介紹了PCI總線擴(kuò)展卡的設(shè)計(jì)思路和方法，并結(jié)合一個(gè)多功能CAN通信I/O卡的設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹了PCI總線擴(kuò)展卡的軟硬件設(shè)計(jì)流程，給出了一套快速可行的解決方案。

關(guān)鍵詞：PCI總線 PLX9052 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 Windriver

隨著計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，很多工程人員都選用PC機(jī)作為控制系統(tǒng)的操作平臺(tái)。為了能夠和外部設(shè)備通信，PC機(jī)上提供了外置的USB、串口、并口及內(nèi)置的ISA、PCI等接口。PCI總線接口速度快，系統(tǒng)占用率低，有完備的即插即用（PnP）管理體制，是目前計(jì)算機(jī)插卡式外設(shè)總線的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

筆者設(shè)計(jì)了一塊PCI總線多功能CAN通信I/O卡，可以完成數(shù)字量I/O、CAN總線通信的功能。本文將根據(jù)筆者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹PCI接口擴(kuò)展卡的軟硬件設(shè)計(jì)流程和一種快速開(kāi)發(fā)方案。

1 PCI總線簡(jiǎn)介

PCI總線標(biāo)準(zhǔn)由PCISIG（PCI Special Interest Group）制定，該組織的成員有Intel、IBM、DEC等公司。目前PC機(jī)中使用的PCI總線標(biāo)準(zhǔn)主要以PCI2.0為主，其頻率為33MHz，字寬為32bit，電源電壓為5V。新版的PCI標(biāo)準(zhǔn)向下兼容，并支持66MHz時(shí)鐘，字寬為64bit，電壓為3.3V。

PCI總線是一種時(shí)分復(fù)用的雙向應(yīng)答總線，傳輸發(fā)起方稱為主設(shè)備，接收方稱為從設(shè)備。主設(shè)備用RFAME信號(hào)指示，從設(shè)備拉低它的DEVSEL線來(lái)表示響應(yīng)傳輸請(qǐng)求。PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸以幀為單位，每次傳輸由一個(gè)地址周期（Address Phase）和多個(gè)數(shù)據(jù)周期（Data Phase）組成，如圖1所示。AD0～AD31首先給出本次傳輸?shù)氖椎刂�，后面緊跟一個(gè)或多個(gè)32位（4字節(jié)）寬的數(shù)據(jù)，多個(gè)數(shù)據(jù)的地址自動(dòng)遞增。在地址周期，C/BE0～C/BE3這四根線的不同組合指示出在AD0～AD31上將要進(jìn)行何種類型的操作，如C/BE0～C/BE3=0110表示存儲(chǔ)器讀，C/BE0～C/BE3=0011表示I/O寫。在數(shù)據(jù)周期，C/BE0～BE3對(duì)應(yīng)AD0～AD31上四個(gè)字節(jié)的使能。IRDY和TRDY分別表示主設(shè)備準(zhǔn)備好和從設(shè)備準(zhǔn)備好。在傳輸過(guò)程中，只有IRDY和TRDY同時(shí)有效，傳輸才能繼續(xù)；否則插入等待周期，用于在不同速度的設(shè)備之間協(xié)調(diào)工作。

計(jì)算機(jī)的接口卡一般會(huì)用到I/O端口、存儲(chǔ)器空間、中斷及DMA等計(jì)算機(jī)資源。傳統(tǒng)ISA接口卡通過(guò)更改跳線來(lái)避免多塊卡之間的資源沖突，PCI接口卡則摒棄了硬件跳線，由軟件統(tǒng)籌分配資源，這被稱為即插即用。為實(shí)現(xiàn)此功能，PCI協(xié)議除了可以對(duì)I/O空間、存儲(chǔ)器空間讀寫外，還定義了對(duì)配置空間的讀寫（C/BE0～C/BE3=1010、1011）。所謂配置空間，是指映射到每塊接口卡上的256字節(jié)的特殊功能寄存器。設(shè)計(jì)者事先在配置空間的指定位置寫入需要申請(qǐng)使用的資源量，主板上電后，由PnP-Bios讀取各卡的配置空間，對(duì)它們所需的資源進(jìn)行統(tǒng)籌分配，再將分配結(jié)果寫回對(duì)應(yīng)的配置空間地址，完成自動(dòng)配置。

2 PCI接口卡的硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試

以筆者設(shè)計(jì)的PCI卡為例，使用SJA1000實(shí)現(xiàn)CAN總線通信功能，需要映射32字節(jié)的存儲(chǔ)器空間和一個(gè)中斷資源，在功能上屬于PCI從設(shè)備（Target-only Device）。SJA1000的對(duì)外接口電路可以直接與Intel8051、8096及ISA總線連接，但是不能與PCI總線直接連接，因此需要設(shè)備用于邏輯轉(zhuǎn)換的接口電路。

PCI接口電路的設(shè)計(jì)一般有兩類方法：一類是使用FPGA/CPLD等可編程器件開(kāi)發(fā)邏輯轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能的多少，所需的等效門密度約為5000～15000門，可自行編程或者購(gòu)買已有“軟核”（IPCORE）的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)；另一類是使用標(biāo)準(zhǔn)接口芯片對(duì)PCI總線邏輯信號(hào)解碼。第一種方法開(kāi)發(fā)成本高、難度大、周期長(zhǎng)、測(cè)試設(shè)備昂貴，但是批量生產(chǎn)成本很低，適合大規(guī)模全定制或半定制ASIC的生產(chǎn)。第二種方法相對(duì)簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期短、性價(jià)比合理，適合本方案采用。市場(chǎng)上的接口芯片供應(yīng)商有PLX、AMCC、TI等公司。其中，PLX公司的接口芯片PLX9052價(jià)格便宜、供貨渠道暢通、功能適用，因此這里選用PLX9052。

采用PLX9052的接口卡在邏輯上可分成三個(gè)功能模塊：PCI接口部分、EEPROM部分和局部總線部分，如圖2所示。

PLX9052提供完備的PCI從設(shè)備支持，PCI接口部分的47根信號(hào)線可以直接與PCI連接器（俗稱金手指）連接。PCI連接器上有兩根特殊的引線PRSNT1#和PRSNT2#，它們不參與PCI協(xié)議操作，只用來(lái)告知主板該卡消耗的電功率。

PLX9052將PCI總線上的操作轉(zhuǎn)換為對(duì)局部總線的操作，即通過(guò)LAD0～LAD7、RD、WR、CS等對(duì)SJA1000的寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。舉例來(lái)說(shuō)，如果系統(tǒng)上電后分配給本卡的存儲(chǔ)器地址空間為F680 0000～F680 001F，那么當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)PCI總線訪問(wèn)這個(gè)區(qū)域時(shí)，PLX9052會(huì)應(yīng)答，并將其轉(zhuǎn)換為局部地址0x0000～0x001F，對(duì)應(yīng)于SJA1000的32個(gè)內(nèi)部寄存器。另外，PLX9052自身也有一些內(nèi)部寄存器，它們被自動(dòng)映射到另一片內(nèi)存區(qū)域，可通過(guò)PCI總線直接訪問(wèn)。

PLX9052提供三種類