用PCI9052制作PCI接口卡

第２２卷第４期　２００２年７月　核电子学与探测技术　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０ｌ＿２２　Ｎｏ．４　Ｊｕｌｙ　２００２　

用ＰＣＩ９０５２￣ＪＩＪ作ＰＣＩ接口卡　

郑　健，王立强　（清华大学核能技术设计研究院，北京　１０００８４）　

摘要：传统的计算机接口卡是基于ＩＳＡ总线的．而随着技术的发展．具有高速和资源自动配置特性　的基于ＰＣＩ总线的接Ｋ１卡已经开始逐步取代ＩＳＡ接口卡。由于ＰＣＩ总线协议的复杂性，用户自己实现　ＰＣＩ总线协议的难度是很大的。介绍了专用的ＰＣＩ接Ｋ１芯片ＰＣ１９０５２．使得设计者可以方便地实现ＰＣＩ　总线的接口卡设计。　关键词：ＰＣＩ；ＩＳＡ；计算机接口卡；ＰＣＩ９０５２　中图分类号：ＴＬ８２２．４　文献标识码：　Ａ　文章编号：０２５８—０９３４（２００２）０４—０３４８—０３　

Ｏ　引言　在基于微机的数据采集、处理系统中，计算　机接１２１卡常常是其中的关键硬件设备。ＩＳＡ总　线作为一种曾得到广泛应用的微机总线，随着　计算机技术的发展，将被ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｃｏｒｎ—　ｐｏｎｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）总线所取代的趋势已经成　为事实。然而由于ＰＣＩ总线协议的复杂性，ＰＣＩ　总线接口卡的设计是一项难度很大的工作　但　如果采用专用的ＰＣＩ总线接口芯片，则设计者　可以避开复杂的ＰＣＩ总线协议。　ｌ　制作ＰＣＩ卡的必要性　作为一种传统的计算机接口卡总线技术，　ＩＳＡ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）总线曾经　取得了很大的成功，成为事实的业界标准。但是　随着计算机技术的发展，ＩＳＡ总线显得越来越　不适应计算机技术的发展。　首先ＩＳＡ总线的数据传输速度较低，ＩＳＡ　总线采用８ＭＨｚ的总线时钟，１６ｂｉｔ的总线字　宽，在大多数的设计应用中最高只能达到５ＭＢ／　

收稿日期：２００１—０４—０５　作者简介：郑健（１９７３一）．男．广西北流人，清华大学　核能技术设计研究院博士生。　３４８　Ｓ的传输速度。这对于一些需要高速采集、控制　的设计来说是不可接受的。　其次，ＩＳＡ总线接口卡无法实现资源的自　动配置。计算机的接口卡都需要使用Ｉ／Ｏ空间　资源、存储器空间资源以及中断资源，在传统的　ＩＳＡ总线接口卡中，这些资源都是在设计中就　设定好的，为了避免不同接口卡之间的资源冲　突，传统的ＩＳＡ总线接口卡上经常设置跳线，　以便在预定的资源配置中选择一种。这给硬件　的安装使用带来了很大麻烦，也无法符合计算　机为了实现简单易用而采用的“即插即用”技　术。　而ＰＣＩ２．１总线接口卡采用了３３ＭＨｚ的总　线时钟，３２ｂｉｔ的总线字宽，峰值传输速度可达　到１３２ＭＢ／ｓ。ＰＣＩ接口卡可以实现资源的自动　配置，即在每次系统启动时，由操作系统根据每　个接口卡上的资源需求情况，自动分配所需的　资源，启动完毕后，接口卡的驱动程序可以读取　分配结果，从而获得所需的资源。接口卡上无需　任何硬件跳线。　基于以上原因，ＰＣＩ总线已经成为当今计　算机插卡式外设总线的事实标准，在家用微机　和大部分商用微机中已经取消了ＩＳＡ总线，即　使在应用于工业控制的微机中，ＩＳＡ总线的插　

槽也越来越少。虽然ＩＳＡ总线完全推出市场还　维普资讯 http://www.cqvip.com 有很长一段时间，但是这个趋势确是越来越明　显了。　２　ＰＣＩ９５０２的基本介绍　１９９３年４月，以Ｉｎｔｅｌ公司为首的多家公司　发布了ＰＣＩ的２．Ｏ版本规范，目前最新的规范　为２．２版本，但２．１版本规范仍然使用得非常广　泛。ＰＣＩ总线具有非常严格的规范，保证了它具　有良好的兼容性，使得ＰＣＩ总线与ＣＰＵ无关，　与时钟频率无关，适用于各种平台，并支持多处　理器的并发工作。但是另一方面，ＰＣＩ总线协议　也非常复杂，如果由接口卡的设计者自己实现　ＰＣＩ总线的协议，则难度是相当大的，因此在　ＰＣＩ总线接口卡的设计中常常选用专用的ＰＣＩ　总线接口芯片。使用ＰＣＩ接口芯片，设计者不　必详细了解ＰＣＩ总线的规范就能实现基于ＰＣＩ　总线的设计。　ＰＬＸ公司在ＰＣＩ总线接口芯片市场占有　相当的份额，该公司的ＰＣＩ９０５２芯片是在ＰＣＩ　从模式接口卡设计中得到广泛应用的接口芯　片。ＰＣＩ９０５２的主要特点有：　１）兼容ＰＣＩ　Ｖ２．１协议规范，支持低开发成　本的从模式ＰＣＩ设备，并内含ＩＳＡ总线接口逻　辑，使基于ＩＳＡ的设计能够非常容易地移植到　ＰＣＩ总线上。　２）ＰＣＩ总线的所有信号，包括控制、地址和　数据信号，都由ＰＣＩ９０５２生成和驱动，接口卡设　计者不必考虑ＰＣＩ总线的信号而在ＰＣＩ９０５２的　Ｌｏｃａｌ　Ｂｕｓ上进行设计。这一特性使得设计者不　必详细地了解ＰＣＩ总线的协议，而只需详细地　了解大为简单了的ＰＣＩ９０５２的Ｌｏｃａｌ　Ｂｕｓ。　３）支持异步于ＰＣＩ总线时钟的局部时钟，　局部时钟的频率范围为０￣４０ＭＨｚ。　４）支持８、１６或３２ｂｉｔ字长的局部总线。　５）可编程配置ＰＣＩ总线和局部总线的特　性。如局部总线的读写等待周期等。局部总线支　持地址总线和数据总线复用、非复用两种模式。　６）具有５个局部地址空间，它们都能映射为　ＰＣＩ总线的存储器空间或Ｉ／Ｏ空间。具有４个局　部地址空间的片选信号，每个片选信号在局部　地址空间中的位置都能通过编程设置。　ＰＣＩ９０５２支持从两个局部总线中断源生成一个　ＰＣＩ总线中断。　７）ＰＣＩ９０５２从外部的ＥＥＰＲＯＭ中读取资　源配置要求以及其他所有可编程配置的特性。　３使用ＰＣＩ９０５２进行ＰＣＩ接口卡的　设计　使用ＰＣＩ９Ｏ５２进行ＰＣＩ接口卡的设计，包　括硬件和软件设计两部分。　１）硬件设计　使用ＰＣＩ９０５２来设计ＰＣＩ接口卡，由于　ＰＣＩ总线上的所有信号都已经由ＰＣＩ９０５２处　理，因此设计者无需详细了解ＰＣＩ总线的协　议，但是设计者必须了解ＰＣＩ总线协议中关于　资源自动配置是原理。这样才能按照设计的资　源要求正确地设置ＥＥＰＲＯＭ的内容。　接口卡主要的设计工作是在局部总线上进　行。在不利用ＰＣＩ总线的ｂｕｒｅｔ特性时，局部总　线的基本操作原理是对从ＰＣＩ地址空间映射　过来的局部地址总线进行译码，然后根据读写　控制状态进行相应的读写操作。图１是一个ＰＣＩ　总线接口卡上的ＳＲＡＭ进行读写的设计实例。　

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Ｖ图１　ＰＣＩ总线接口卡上的ＳＲＡＭ进行读　写的设计实例　设计中局部总线采用３２ｂｉｔ字宽，３２ｋｘ　３２　的ＳＲＡＭ由４片３２ｋｘ　８的ＳＲＡＭ构成。当局　３４９　二　一　＿ｌ一　一一　一一一　一一一一一

一维普资讯 http://www.cqvip.com 部总线只进行３２ｂｉｔ字宽的操作时，可以不使用　ＰＣＩ９Ｏ５２的字节使能信号ＬＥＢ［３．ｏ］＃。这些　ＳＲＡＭ映射在ＰＣＩ９０５２的０＃局部地址空间　（Ｌｏｃａｌ　Ａｄｄｒｅｓｓ　Ｓｐａｃｅ　Ｏ）。为了对局部总线上的　ＳＲＡＭ进行访问，需要１２８ｋ字节的存储器映射　ＰＣＩ地址空间，根据资源自动配置的原理，在　ＥＥＰＲＯＭ中偏移量是ＯｘｌＯ的寄存器中写入　０ｘＦＦＦＥ００００。根据ＰＣＩ９Ｏ５２的局部总线配置方　法，为了把这些ＳＲＡＭ映射的局部总线上　ＯｘＯｌＯ０００００—０ｘ０１０ＦＦＦＦ的地址范围，在偏移　量为０ｘ２４的ＥＥＰＲＯＭ寄存器中写入　ＯｘＯ１０００００１。设计中使用ＣＳ０＃作为ＳＲＡＭ的　片选信号，为了使读写这段地址时，ＣＳ０＃有　效，在偏移为０ｘ４Ｃ的ＥＥＰＲＯＭ寄存器中写入　ＯｘＯｌＯｌＯ００１。为了将ＰＣＩ９Ｏ５２的局部总线特性　设置为３２ｂｉｔ字宽、Ｂｕｒｓｔ　Ｄｉｓａｂｌｅ、Ｒｅａｄｙ　Ｉｎｐｕｔ　Ｄｉｓａｂｌｅ、Ｂｔｅｒｍ　Ｉｎｐｕｔ　Ｄｉｓａｂｌｅ，以及读写的零等　待状态，在偏移为Ｏｘ３８的ＥＥＰＲＯＭ寄存器中　写入０ｘ００８０００００。　２）软件设计　由于在Ｗｉｎｄｏｗｓ９Ｘ以及Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ操　作系统中，一般的用户应用程序不能进行直接　读写物理地址和读取系统分配的资源信息的底　层硬件操作，因此ＰＣＩ接口卡设计中，驱动程　序是整个设计工作中很重要的一部分。驱动程　序分为ｖｘｄ型和ｗｄｍ型两种，开发这两种驱动　程序，需要使用微软公司的ＭＳ　ＤＤＫ或其他开　发工具，还需要对操作系统内核的深入了解。对　大多数编程人员来说，这是一个艰巨的任务。但　Ｊｕｎｇｏ公司提供的Ｗｉｎｄｒｉｖｅｒ程序为一般的用　户应用程序提供了一个很好的直接进行底层硬　件操作的ＡＰＩ接口，使得在实时性要求不是特　别严格的情况下，用户应用程序能够直接进行　底层硬件操作。　

Ｒｅａｌｉｚｅ　ＰＣＩ　ａｄａｐｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ＰＣＩ９０５２　

ＺＨＥＮＧ　Ｊｉａｎ，ＷＡＮＧ　Ｌｉ—ｑｉａｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｐｌｕｇ—ａｎｄ—ｐｌａｙ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ＰＣＩ　ｂｕｓ　ｉｓ　ｎｏｗ　ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｌａｃｅ　ｏｆ　ＩＳＡ　ｂｕｓ．ＰＣＩ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｓ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ，ＰＣＩ９０５２　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＰＣＩ　ａｄａｐｔｅｒ　ｅａｓｉｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＣＩ；ＩＳＡ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｄａｐｔｅｒ；ＰＣＩ９０５２　

（上接第３６４页，Ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ　ｆｒｏｍ　ｐａｇｅ　３６４）　

Ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＣＩ　

ＷＵ　Ｊｉｅ，ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇ—ｇａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙａｎ—ｆａｎｇ　（Ｄｅｐｔ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ．ＵＳＴＣ，Ｈｅｆｅｉ　ｏｆ　Ａｎｈｕｉ　Ｐｒｏｖ．２３００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＣＩ，ｗｈｏｓｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｒａｔｅ　ｒｅａｃｈｅｄ　２００ＭＳＰｓ．Ｓｕｃｈ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｉｇｉｔｉｚｅ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ，ｗｉｄｅ　ｂａｎｄ　ｓｉｇｎａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　Ａ／Ｄ；ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＰＣＩ；Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｒｉｖｅｒ；ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　

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