基于FPGA的PCI总线接口设计.docx

基于FPGA的PCI总线接口设计技术分类:可编程器件 |2010-03-0521ic 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