求一款在PCI总线上利用FPGA技术设计PCI总线接口的设计方案

885 PCI接口 FPGA技术

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 PCI总线特点及开发现状 PCI接口配置空间的实现求一款在PCI总线上利用FPGA技术设计PCI总线接口的设计方案 0
2021-4-15 06:17:20　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报汪海源相关推荐 • 如何利用FPGA去设计PCI总线的接口电路？ 1128 • 如何利用FPGA设计PCI总线的接口电路？ 1367 • PCI总线特点是什么？如何去设计PCI接口？ 1636 • 如何利用双端口RAM去实现PCI总线接口？ 1045 • 请问怎样去设计PCI总线接口电路？ 1050 • 怎么实现基于PCI总线的雷达视频高速数据采集接口设计？ 2392 • PCI总线硬件 2642 • 如何实现单片机与PCI总线接口的并行通信？ 1097 • 如何去设计一种PCI Express接口？ 1378 • PCI总线的主要功能是什么？ 2554 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　在现代数据采集及处理系统中，ISA、EISA、MCA等扩展总线已无法适应高速数据传输的要求，而PCI局部总线以其优异性价比和适应性成为大多数系统的主流总线。　　PCI总线特点　　PCI总线宽度32位，可升级到64位；最高工作频率33MHz，支持猝发工作方式，使传输速度更高；低随机访问延迟（对从总线上的主控寄存器到从属寄存器的写访问延迟为60ns）；处理器/内存子系统能力完全一致；隐含的中央仲裁器；多路复用体系结构减少了管脚数和PCI部件；给于ISA、EISA、MAC系统的PCI扩展板，减少了用户的开发成本；对PCI扩展卡及元件能够自动配置，实现设备的即插即用；处理器独立，不依赖任何CPU，支持多种处理器及将来更高性能的处理器；支持64位地址；多主控制允许任何PCI主设备和从设备之间进行点对点访问；PCI提供数据和地址的奇偶校验功能，保证了数据的完整性和准确性。　　PCI接口开发现状　　目前开发PCI接口大体有两种方式，一是使用专用的PCI接口芯片，可以实现完整的PCI主控模块和目标模块接口功能，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，缩短了开发周期，缺点是用户可能只用到部分PCI接口功能，这样造成了一定的逻辑资源浪费，也缺乏灵活性，很可能增加板上的组件，导致产品成本的增加和可靠性的降低。二是使用可编程器件，采用FPGA的优点在于其灵活的可编程性，首先PCI接口可以依据插卡功能进行最优化，而不必实现所有的PCI功能，这样可以节约系统的逻辑资源。而且，用户可以将PCI插卡上的其他用户逻辑与PCI接口逻辑集成在一个芯片上，实现紧凑的系统设计。当系统升级时，只需对可编程器件重新进行逻辑设计，而无需更新PCB版图。现在已经有越来越多的用户使用可编程器件如FPGA、CPLD等进行PCI设备的开发。　　本文所论述的PCI接口控制器是作为一个转换接口工作于PCI总线与用户设备之间，也可以认为其主要功能是起一个桥梁作用，完成用户设备与PCI总线间的信息传送。　　PCI接口设计　　在PCI板卡的设计中，核心设计有时序控制和配置空间两部分。时序控制保证了板卡能按正常的PCI时序工作，配置空间部分保证了板卡的即插即用功能。在进行FPGA设计时本设计使用的软件是Altera的MAX+PLUSII，开发芯片是EPF10K20RC240-3。　　● PCI接口配置空间的实现　　PCI总线定义了3种物理地址空间，分别是存储器地址空间、I/O地址空间和配置地址空间。　　配置空间是PCI所特有的一种空间，其目的在于提供一套适当的配置措施，使之满足现行的和可预见的系统配置机构。配置空间是一长度为256字节并且有特定记录结构的地址空间，可以在系统自举时访问，也可在其他时间访问。该空间分为首部区和设备有关区两部分，设备在每个区中只须实现必要的和与之相关的寄存器。配置空间的基地址寄存器提供了一种为设备指定存储空间或I/O空间的机制。操作系统在启动的时候要判断系统中有多少存储器、系统中的I/O设备需要多少地址空间，然后根据得到的结果，自动配置系统的存储空间和I/O空间，实现设备无关管理。在本设计中，那些只读的配置寄存器通过硬件连线到相应的值，因而不占用宏单元。通过配置寄存器，配置软件可了解目标设备的存在、功能及配置要求。　　（1）厂商ID：此16位的只读寄存器定义了设备的生产厂商，可以使用MACH芯片最初的生产厂商－AMD公司的ID值1022。　　（2）设备ID：该值由生产厂商分配以识别其产品，可为除00000000H和0FFFFFFFFH中的任意值。　　（3）命令寄存器：此寄存器控制了设备响应PCI访问的能力。位1、6、8在本设计中被实现。本设计要求实现对存储空间的访问，位1设置为1，则设备响应PCI对存储器访问；位6控制了设备对奇偶校验错误的响应；当位8被设置为1时，设备能够驱动SERR线，0则禁止设备的SERR输出驱动器。在这里当系统复位后，位1、6、8被设置为0。　　（4）状态寄存器：此寄存器记录了PCI相关事件的信息。在本系统中，位9、10、11、14、15被设计实现。位10∶9为设备选择（DEVSEL#）定时，00B为慢速，01B为中速，10B为快速，11B保留。本设计这两位被硬件连线为01B。当目标设备失败时，位11被设置为1，当发生系统错误时位14置1，发生奇偶校验错误时位15置1。　　（5）基地址寄存器：该寄存器用来映射设备的存储器地址空间，与设备地址空间大小相应的低位被强制为0，因此在配置写交易中，配置软件通过对这个寄存器的所有位写1，然后再读出该寄存器的值来决定设备存储器所占用的地址范围。位0用来定义设备是存储器映射还是I/O映射，在本设计中，位0被设为低以表明目标设备为存储器映射的。　　如需要256字节的存储空间，配置软件写入0FFFFFFFFH，本设备送出0FFFFFF00H，而配置软件再次写入基地址寄存器的值与本设备的0FFFFFF00H相与的结果就是基地址值，如配置软件再次写入0CD000000H则基地址值为0CD000000H。　　（6）类代码寄存器：这个24位的只读寄存器用来说明设备的基本功能和它的可编程接口。这里，此寄存器被强制为018000H，即设备为大容量存储控制器。　　（7）首部类型寄存器：这个只读寄存器的位0～6定义了首部格式，位7说明了设备为单功能还是多功能。首部类型1为PCI-PCI桥定义，首部类型2则用于PCI CardBus桥。在本设计中寄存器被强制为0来显示其为单功能设备且首部类型为0。　　● 时序控制　　在时序控制程序中采用状态机模型来实现不同时序的转换。各种命令、数据交换、控制均在状态机的管理下进行工作。PCI总线上的信号是并行工作的，因此，对应每个状态必须明确其执行的任务。这些任务要用VHDL的进程语句来描述所发生的事件。本设计中的状态机共使用了6种状态，它以从设备响应状况为依据，主要以DEVSEL#信号和TRDY#信号的状况为依据。状态机如图1所示，分别对应空闲状态（此状态DEVSEL#、TRDY#和STOP#以及其他输出信号为高阻态）；准备状态、DEVSEL#和TRDY#均为高电平状态，DEVSEL#为低电平且TRDY#为高电平状态，DEVSEL#和TRDY#均为低电平状态；操作结束状态（此状态使DEVSEL#、TRDY#和STOP#维持一个周期高电平）。本系统接到复位信号后对系统进行复位，然后转入空闲状态，在空闲状态中采样总线，并根据总线的变化来决定下一个时钟上升沿后状态机转入何种状态，这些时序和程序中用到的信号都是基本且必须的，在进行开发时可以根据需要增添必要的状态和信号，VHDL对状态机的描述如下。　　　　type pci_state is （Idle， Ready， DevTrdyHi， DevLoTrdyHi， DevTrdyLo， OprOver）; 　　signal c_state ：pci_state; 　　Idle为空闲状态；Ready为准备状态；DevTrdyHi表示DEVSEL#和TRDY#均为高电平状态；DevLoTrdyHi表示DEVSEL#为低电平且TRDY#为高电平状态；DevTrdyLo表示DEVSEL#和TRDY#均为低电平状态；OprOverr表示操作结束状态。　　程序如下。　　process（pci_rst，pci_clk）　　begin 　　if pci_rst = ‘0’ then 　　c_state 《= Idle; 　　elsif pci_clk‘event and pci_clk=’1‘ then 　　case c_state is 　　when Idle=》　　if pci_FRAME_l=’1‘ and pci_irdy_l=’1‘ then 　　c_state 《= Idle; 　　elsif pci_frame_l=’0‘ then 　　c_state 《= Ready; 　　else 　　c_state 《= c_state; 　　end if; 　　when Ready=》　　if pci_frame_l=’1‘ and pci_irdy_l=’1‘ then 　　c_state 《= OprOver; 　　else 　　c_state 《= DevTrdyHi; 　　end if; 　　when DevTrdyHi=》　　if pci_frame_l=’1‘ and pci_irdy_l=’1‘ then 　　c_state 《= OprOver; 　　else 　　c_state 《= DevLoTrdyHi; 　　end if; 　　when DevLoTrdyHi=》　　if pci_frame_l=’1‘ and pci_irdy_l=’1‘ then 　　c_state 《= OprOver; 　　else 　　c_state 《= DevTrdyLo; 　　end if; 　　when DevTrdyLo=》　　if pci_frame_l=’1‘ and pci_irdy_l=’1‘ then 　　c_state 《= OprOver; 　　elsif pci_frame_l=’1‘ and pci_irdy_l=’0‘ and trdy_l=’0‘ then 　　c_state 《= OprOver; 　　else 　　c_state 《= c_state; 　　end if; 　　when OprOver=》　　c_state 《= Idle; 　　when others=》　　c_state 《= Idle; 　　end case; 　　end if; 　　end process; 　　下一步应列出每个状态所对应的并发事件，写出相关的进程。进程语句是一个并行语句，它定义进程被激活时将要执行的特定行为。例如，在Ready状态时，就要判断从主设备方发来的地址信息是否与从设备地址相同，因此要写出地址比较进程。　　address_compare：process（pci_rst，pci_clk），主要内容是对地址译码，判断地址是否在从设备空间，如果在此空间则可做下一步动作，否则不做其他动作。　　从以上分析过程可以得到整个设计思路如下：在时钟的上升沿采样FRAME#、地址和命令，如果FRAME#有效则译码地址和命令，如果总线命令为011x，并且总线上的地址在目标地址范围内，表明这是对本设备的存储器操作；或者总线命令为101x，且IDSEL信号有效，表明这是对本设备配置空间的操作。在这两种情况下，根据总线命令的最后一位确定是读操作还是写操作，有效DEVSEL#和TRDY#信号，开始数据传输；并在传输过程中采样FRAME#和IRDY#信号，确认最后一个数据周期，无效DEVSEL#和TRDY#信号，结束数据传输。　　通过以上设计，在MAX+PLUSII环境下的其中一组模拟结果如图2所示。　　　　结束语　　本文给出了在PCI总线上利用FPGA技术设计PCI总线接口的设计方案。利用这项技术可以将自己的的算法技术和一些软件做成硬件，固化到卡上，这样既提高了运行速度，也可以保护知识产权。

2021-4-15 09:39:19 评论举报潘璐