基于EPLD技术的PCI总线接口设计

PCI总线自其问世以来，以其诸多优点，在当今的计算机系统中得到了广泛应用，已经成为计算机设备的标准接口。本文在认真分析PCI总线的接口信号和接口时序的基础上，利用EPLD器件设计实现了PCI总线接口。由于EPLD器件支持在线编程，所以可以根据使用要求将PCI总线接口配置成即插即用和非即插即用两种形式，这种设计方式结构简单、集成度高，具有较高的实用价值。

1 PCI总线概述

　　局部总线特别是PCI总线的发展，打破了PC数据传送的瓶颈。传统的PC总线结构不能满足图形系统和大型应用程序的要求，所以在此基础上产生和发展了局部总线。它将计算机外设从I/O总线上移下来，使它们更靠近系统处理器，从而提高了处理器和外设之间的传送速度。

　　从设备的PCI接口至少需要47条信号线，而主控设备的PCI接口至少需要49条信号线，包括数据/地址复用总线、接口控制线、仲裁、总线命令以及系统线等。

　　PCI总线在进行数据传输时，地址节拍、总线命令在C/BE[0..3]上由主机输出，用于说明当前PCI总线周期需要执行的功能。其命令如表1所示。

2 PCI总线协议和读写时序

　　PCI总线的传输机制是成组数据猝发传输，每组数据由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一般基本的PCI传输由三个信号控制：

　　信号由PCI主控设备驱动，表示总线操作的开始和结束;

　　信号由PCI主控设备驱动，在读周期表示主控设备准备接收数据，在写周期表示AD[31..0]上数据有效;

　　信号由PCI从设备驱动，在读周期，表示从设备准备好传输数据，在写周期表示从设备准备好接收数据。

当数据有效时，数据源设备需要无条件地设置XRDY有效，一旦主控设备使有效，中途不能改变状态，直到信号无效或数据传送结束。

　　PCI是地址/数据复用总线，其读操作的时序如图1所示。当进行PCI读传输时，首先置低，有效，读传输开始，同时AD[31..0]保持有效地址信号，C/BE[3..0]保持总线命令。如果总线命令为存储器读(0110)，AD[31..0]地址在从设备地址范围内，从设备置有效，主控设备驱动,表明主控设备准备好接收数据。为避免总线冲突，接下来的一个周期AD[31..0]既不被主控设备驱动，也不被从设备驱动(该周期成为总线转换周期)，此后AD[31..0]上出现数据，C/BE[3..0]变为字节允许信号，主控设备开始检测信号。如果信号无效(为高电平)，则主控设备自动插入等待周期，如果信号有效，则总线开始传输数据。在最后一个数据脉冲之后，主控设备将和 置为无效,表示传输结束。

    写传输时，由于地址均由主控设备提供，因此不存在总线转换周期。其传输过程与读周期基本类似，只是C/BE[3..0]上的总线命令为存储器写(0111)，具体的传输时序如图2所示。

3 PCI总线的接口设计方案

    根据以上分析，选用ALTER的高速EPLD器件EPM7128S84来完成PCI总线接口的设计。为简化起见，选用存储器作为从设备，其总体结构如图3所示。

下面将给出用AHDL语言编写的EPLD控制程序以及仿真结果。为简单起见，设定从设备为非即插即用类型的PCI插卡，直接将其地址空间配置为0X50000000~0X5FFFFFFF(或在计算机内不与其他设备冲突的地址)，时钟周期选用33MHz，具体的程序如下：

SUBDESIGN  pci_if

(

       clkin          ：   input；

       frame          ：   input；

       ad[31..0]      ：   input；

       cbe[3..0]      ：   input；

       irdy           ：   input；

       trdy           ：   output；

       devsel         ：   output；

       wr             ：   output；

       cs             ：   output；

       a[10..0]       ：   output；

)

variable

       count[1..0]    ：   DFF；

       da[31..0]      ：   DFF；

       wr1            ：   node；

       rd1            ：   node；

       sign1          ：   node；

       sign2          ：   node；

       sign4          ：   node；

       sign3          ：   node；

       cs1            ：   node；

begin

    count[1..0].clk=clkin；

　　count[1..0].clrn=!frame；

    sign1=(count[]==3)；

    if sign1 then count[].d=count[].q；

    else

    count[].d=count[].q+1；

    end if；

　　sign2=(count[]<1)&!frame；

　　sign3=(count[]>=2)&(count[]<=3)；

　　sign4=(count[]>=1)&(count[]<=3)；

    da[31..0].clk=sign2&!frame；

　　da[31..0].d=ad[31..0]；

　　cs1=!da31&da30&!da29&da28；

　　if cs1 then 

       devsel=!sign4；

       a[10..0]=ad[10..0]；

       wr1=!cbe3&cbe2&cbe1&cbe0；

       rd1=!cbe3&cbe2&cbe1&!cbe0；

       if rd1&!irdy then

                     trdy=!sign3；

    　               !cs=cs1&!frame；

                     wr=rd1&!frame；

                 end if；

                     if wr1&!irdy then

                     trdy=!sign4；

                     !cs=cs1&!frame；

                     !wr=wr1&frame；

                     end if；

        end if；

end ；  

　　仿真结果如图4所示。