单片机总线接口芯片及其ISA模式应用[存储器]

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单片机总线接口芯片及其ISA模式应用

发布时间:2006年3月22日点击次数:1122

来源: 作者:解放军信息工程大学吴业进刘锋

       1　引　言

       PCI（Peripheral Component Interconnect）总线,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。PCI总线与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;它具有严格的规范,只要符合PCI规范的扩展卡插入任何PCI系统就能可靠地工作。但由于PCI总线协议的复杂性,其接口的实现比VESA、ISA和MCA等总线要困难得多。

       目前,开发PCI接口设备有两种方法：一种方法是采用可编程逻辑芯片,它的最大好处是比较灵活,用户可以根据自己的需要开发出适合于特定功能的芯片,而不必实现PCI的全部功能。现在有许多生产可编程逻辑器件的厂商,如Xilinx的LogiCore和Altera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。另一种常用的方法是使用专用接口器件,通过专用芯片可以实现完整的PCI主控模块和目标模块的功能,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。

       专用接口芯片具有较低的成本和通用性,能够有效降低接口设计的难度,缩短开发时间。现有的PCI接口芯片主要有AMCC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI90xx系列。在PLX系列产品中,PCI9052是一款常用的PCI总线目标接口芯片,该芯片最大的特色是带有一个ISA接口,通过它可以实现ISA总线到PCI总线的无缝连接,这为目前仍存在的ISA插件移植到PCI提供了极大的方便。

       利用PCI9052的ISA模式进行PCI的开发可以简化设备开发过程,但难度还是较大。设计者不仅要理解掌握手册中的要点,还要学习硬件设计和软件设计的方法和过程。为了让大家能够系统地了解利用PCI9052的ISA模式进行PCI板卡开发的过程和方法,本文从硬件设计、配置寄存器的编写、板卡调试和驱动程序的编写等方面介绍了PCI9052的开发过程。

       2　PCI9052的ISA接口模式

       2．1　基本特点

       PCI9052是PLX公司继PCI9050之后推出的低成本PCI总线接口芯片,它符合PCI2．1规范,可作为PCI总线目标设备实现基本的传送要求;它有5个局部地址空间和4个局部设备片选信号,局部总线与PCI总线时钟相互独立运行。通过配置EEPROM的内容可以将PCI9052设定为ISA接口模式,通过8位或16位内存或I／O映射可直接使PCI总线与ISA总线相连,从而将ISA总线快速地转换到PCI总线上。

       在我们的数控测井系统中,原来的通信控制模块是基于ISA总线的插件,端口地址为0X100～0X10F,总线宽度是16位,可以实现输入输出,有中断功能。现在,我们利用PCI9052芯片的ISA模式对原来的板卡进行升级改造,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。

       2．2　引脚介绍及连接

       在不同的模式下,PCI9052的部分引脚有不同的定义和功能。工作在ISA模式下,其主要引脚如图1所示。

       PCI9052硬件连接正确与否直接关系到芯片能否正常工作,某些引脚处理不当往往会引起芯片工作不正常或死机。在图1中,9052左上方的信号和PCI信号相连,左下方信号和串行EEPROM相连,右边的信号和局部总线信号相连,也就是和ISA总线信号相连。

       PCI端主要信号完全符合PCI规范要求,直接和PCI总线上对应的引脚相连即可。 ISA端连接如下：在我们的板卡中由于只涉及到I／O,且为16位宽的数据,因此,MEMWR＃、MEMRD＃、SBHE＃和BALE信号可以不用。

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p;   LAD〔15：0〕是16位的数据总线。LA〔23：2〕和ISAA〔1：0〕共同组成ISA的地址总线,对于8位的数据总线,ISAA〔1：0〕相当于LA〔1：0〕,它们一起进行地址译码。而对于16位的数据线,每次读写两个字节,这时ISAA〔0〕不用,ISAA〔1〕和LA〔23：2〕一起进行地址译码。需要注意的是,并不是所有的地址线都要进行地址译码,这里要根据板卡上实际I／O口空间的大小选择译码地址线的数目。对于我们的板卡,LA〔3：2〕和ISAA〔1〕地址译码是必需的（ISAA〔1〕为低位）,当然,所有的地址线都参加地址译码也是可以的。

       IOWR＃和IOWD＃是局部端口读写信号。LCLK是ISA端时钟信号,按芯片要求外接8MHz的时钟。LRESET＃是9052芯片上电时PCI端复位后所发出的对ISA端进行复位的信号。在ISA模式下,该信号输出高有效。

       LINTi1和LINTi2是局部总线中断输入信号,这里,我们只用到LINTi1信号,由于9052内部没有对这两个信号进行上拉或下拉处理,因此,在外部将LINTi2上拉或下拉到一个确定的状态。

       NOWS＃是无等待标志信号,此引脚上拉或接地可以减少等待的时钟数。LRDY＃是局部准备就绪信号,如果局部芯片没有提供该信号,一般对它进行下拉或接地处理。CHRDY是局部通道准备好信号,一般要进行上拉处理。LHOLD是局部总线请求信号,应该进行下拉或接地处理。MODE是模式选择信号,由于我们使用的是ISA非复用模式,因此该引脚接地。

       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0．1μF的滤波电容。由于PCI时钟信号的一半要靠反射波来提升,因此,时钟信号CLK走线长度近似为2500 mil。prstn1和prstn2两者必须有一个接地,主板就是靠这两个信号来判断这个插槽上是否有卡的。用作上拉或下拉的电阻一般取值2．2 k欧姆即可。一般来说,PCI板卡推荐做4层板,其实只要布线合理做两层板也是可以的。

       串行EEPROM端信号有以下几种：时钟信号（EECK）、读数据信号（EEDO）、写数据信号（EEDI）和片选信号（EESC）,分别和EEPROM相应管脚相连即可。

       2．3　串行EEPROM的配置

       与ISA总线相比,PCI总线支持三个物理空间：存储器地址空间、I／O地址空间和配置空间。配置空间是PCI所特有的一个空间,所有的PCI设备必须提供配置空间。串行EEPROM存储了PCI9052重要的配置信息,如设备号DID、制造商号VID、子设备号SDID、子制造商号SVID、中断号、设备类型号、局部空间基地址、局部空间描述符、片选响应以及局部响应控制CNTRL等信号。EEPROM的内容非常重要,它直接关系到整个板卡能否正常工作,在设计时要非常注意。

       系统加电时,通过PCI的RST复位以后,PCI9052首先检测EEPROM是否存在。如果检测到EEPROM首字不是FFFFH,PCI9052将依次读取EEPROM的内容来初始化内部寄存器。PCIBIOS根据配置寄存器的内容进行系统资源分配,这样,整个PCI设备的资源才不会发生冲突,从而实现了PCI总线的即插即用的特性。

       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。PCI配置寄存器有6个基地址寄存器,这些基地址是在系统中的物理地址。其中,基地址0和基地址1分别是以内存方式和I／O方式访问局部配置寄存器的基地址,基地址2和基地址3分别映射到局部基地址0和局部基地址1。局部总线配置寄存器用于设定局部总线的工作方式,如基地址和地址范围等。实际上,9052在PCI和ISA总线之间起到一个翻译作用,要访问ISA端地址只需对PCI端基地址进行操作就可以了。对于我们的设计,EEPROM的值及装入顺序如表1所示。

nbsp;   表1中,DID和VID是PLX公司的标志,一般不能更改。操作系统就是通过DID、VID、SDID、SVID及设备类型码来识别不同厂家的设备的。

       在ISA模式下,局部空间1必须映射为I／O空间,局部空间0必须映射为内存空间。另外要注意：在ISA模式下虽然不存在片选信号,但我们必须设置它,使它的值和局部空间1的基地址和范围相匹配,否则,局部地址空间无法响应PCI的控制指令。同样,如果用到局部地址空间0,也要设置它的值。

       对于PCI9052芯片,它的配置寄存器的内容是在芯片复位时通过串行EEPROM加载的。在ISA模式下,串行EEPROM一定不能省略,我们一般使用松下公司的NM93CS46或与之兼容的存储器。配置寄存器的内容编写完以后,可以用编程器写入EEPROM中。另外,也可以通过主机在线烧写,但由于各种原因,成功率很低。

       3　板卡调试

       板卡做好以后,就可以插入主机板的PCI插槽中进行调试。在调试的过程中,为了跟踪信号的变化通常要用到数字示波器,另外,还需要一个软件调试工具。PLX公司提供了一个905X的专用调试软件PLXmon,我们可以从它的网站免费下载。PLXmon包括以下功能：PCI总线的探测与选择;配置寄存器的检查和修改;内存空间的显示、修改和填充;EEPROM内容的读写等。利用这个工具,我们可以很清楚地看到EEPROM的内容以及PCI配置寄存器和局部端配置寄存器的内容,另外,用户还可以进行内存和I／O端口的读写。

       此外,我们也可以用WinDriver或SoftICE软件进行板卡调试,但总的来说,使用起来都不如PLXmon方便。有了开发工具,设计者就可以根据板卡的具体要求进行调试了。

       4　驱动程序的编写

       板卡调试成功以后就可以编写驱动程序了。目前,编写驱动程序最常用的工具是VtoolsD和WinDriver,它们都是专门的驱动开发工具。尤其是WinDriver,开发人员不需要掌握WINDOWS驱动编程的知识,利用它的向导工具,能很快地开发出高质量的驱动程序。

       在Windows9x环境下,操作系统统一管理硬件资源,出于安全性考虑,ring3层应用程序不能直接访问硬件（I／O端口访问除外）,因此,必须编写运行在ring0层的虚拟设备驱动程序（VxD）来响应系统底层的中断。如果板卡只有I／O操作,而没有用到中断和内存操作,可以不用编写驱动程序,直接在应用程序里实现输入输出就可以了。编程的方法是先找到板卡,再找到卡中与我们用到的局部空间相对应的PCI基地址,然后就可以根据要求对这个基地址进行操作了。如果在WINDOWS98以上版本的操作系统下,就要编写WDM设备驱动程序了。

       5　结束语

       由于PCI总线数据吞吐量大,传输速率高,在微机接口设计中,基于PCI总线的设计成为主流。PCI9052是一款优秀的PCI接口芯片,设计者用它可避免直接面对复杂的PCI总线协议,降低了设计难度,从而使用户可以集中精力解决具体的应用问题,缩短了开发周期。实践证明,PCI9052为开发作为总线接口目标设备的产品,特别是对基于ISA总线的接口板向PCI的转换提供了极大的方便。

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