CH365ISA

CH365升级ISA板卡与设计PCI板卡 １

PCI芯片CH365升级ISA板卡与设计PCI板卡

（本地硬件定址升级ISA板卡）

版本： 2 http://wch.cn

1、概述

本文将介绍ISA板卡向PCI板卡的升级、PCI板卡与ISA板卡软件设计的差别，另外还提供了一

些常用的现成电路图，供设计PCI板卡时参考。

2、升级ISA板卡

新的PC规范都去掉了ISA总线，很多以前设计的ISA板卡在新主板上无法使用，为了减少将ISA

板卡移植到PCI总线的工作量，CH365提供了本地硬件定址功能。具体的功能介绍在CH365手册中有详细说明，这里辅以原理图进行实例分析。

实例是一个I/O端口控制卡，通过8255与外部设备交换数据。板卡I/O端口的地址由译码器U3和U6进行级联译码，地址范围为250H-25FH，由于8255只占用4个I/O地址，所以实际程序中只会

使用250H-253H地址读写8255。中断请求INT是高电平有效，该信号通常由单片机等器件根据需要

进行驱动，一般电路中不一定需要中断。

2.1. 原ISA板卡的原理图

CH365升级ISA板卡与设计PCI板卡 ２

2.2. 新PCI板卡的原理图（升级后）

2.3. 升级说明

为了方便板卡制造商的小批量加工，CH365尽量减少芯片的引脚，从而保持较大的引脚间距。同

时为了支持较多的功能，CH365对某些引脚进行了复用，并通过工作模式设定来选择复用引脚的实际功能。

PCI板卡中，电阻R1用于工作模式设定，将CH365的数据线D4默认置为低电平，所以CH365的MEM_WR引脚被用于本地硬件定址请求输入IOP_HIT。如果希望升级ISA板卡，但是又不希望修改任何

应用程序，那么必须使用电阻R1。本地硬件定址主要用于在不修改应用程序的前提下升级ISA卡。 译码器U2将CH365提供的地址进行译码，按图中连接的I/O地址是250H-25FH。当计算机存取

I/O端口地址250H-25FH时，译码电路输出有效，本地硬件定址输入-HIT出现低电平，所以CH365执

行I/O操作，输出低电平有效的-IOR或-IOW信号。由于CH365要求译码速度快于20nS，所以U2选用比74LS138速度快的74ALS138或者74AHC138，或者采用一个可编程器件，例如16V8等，译码速

度最好小于20nS。 在ISA板卡中，U7（8255）的-CS是由译码电路驱动的；在PCI板卡中，由于CH365的-IOR和

-IOW只在计算机存取指定的I/O端口地址（250H-25FH）时才有效，相当于已经经过初步的地址译码，

所以U4（82C55，不能用第一代8255，速度太慢）的-CS可以接地，保持一直有效，或者将剩余地址线A2-A0译码后再进一步产生-CS信号。 CH365升级ISA板卡与设计PCI板卡 ３

PCI总线的复位信号是低电平有效，所以通过反相器U8向U4提供与ISA总线相同的高电平有效的复位信号。

CH365支持中断，具体请参考CH365的手册。由于PCI中断与ISA中断差别较大，如果PCI板卡中需要使用中断功能，那么必须修改应用程序，所以一般不会同时使用本地定址功能。在CH365的数

据线D3上连接一个下拉电阻R2用于工作模式设定，可以使CH365的SYS_EXT引脚用于中断请求输入INT_REQ，中断请求是低电平有效。原ISA中断请求经过反相器U9后作为CH365的中断请求-INT，但

中断的具体工作方式有区别；当需要中断功能时，应该将CH365芯片的第11脚（PCI_STOP或INTA）

连接到PCI总线的第119脚（INTA），图中以虚线表示此线根据需要连接。当不接该下拉电阻R2时（默认情况），CH365不提供中断功能，SYS_EX引脚为可以直接控制的输出信号线。

如果不需要中断功能（没有下拉电阻R2），则上述PCI板卡具有与原ISA板卡相同的功能。一般情况下，原ISA板卡的应用程序可以不加修改，直接用于移植后的PCI板卡。

如果原ISA板卡工作时不需要驱动程序，那么新PCI板卡也不需要驱动程序。如果在WINDOWS

中提供找到新硬件，可以不必安装驱动程序，或者安装一个假的驱动程序（提供一个不指定驱动程序的INF文件）。如果是新开发的PCI板卡或者原ISA板卡就需要驱动程序，那么可以参考CH365提供

的通用驱动程序和动态链接库，在应用层或者驱动层实现所需要的功能。 PCI总线的I/O端口地址一般是自动分配的，设备之间不会冲突；当采用本地硬件定址功能时，

应该选用空闲I/O端口地址，防止与其它设备冲突。 如果不采用本地硬件定址功能，则原ISA板卡的应用程序应该作少量修改，包括：获取计算机

自动分配给CH365的I/O端口基址；将I/O端口基址加上偏移地址后作为应用程序中各个I/O操作的

端口地址。同时，PCI板卡的本地二级译码电路可以简化甚至去掉，本实例中就可以直接去掉U2译码电路。

3、PCI板卡软件设计

3.1. 升级ISA板卡

对于只使用I/O端口资源的ISA板卡，通过CH365的本地硬件定址功能一般都能做到PCI板卡直接使用原ISA板卡的软件，而不要修改任何程序。

对于使用存储器资源的ISA板卡，例如双口RAM接口的应用，在硬件成本适当增加的情况下可以不修改软件，简单方法是在计算机中多插一个“存储器地址设定卡”（在BIOS阶段运行），或者在计

算机启动前执行设置存储器基址的工具程序CH365MEM.EXE（在操作系统启动时执行），该方法通常用

于初始测试，建议测试通过后针对PCI设计修改原ISA板卡的软件。 对于使用中断资源的ISA板卡，通常必须修改软件。

虽然原ISA板卡通过本地硬件定址功能或者“存储器地址设定卡”（或者工具程序）升级到PCI而可以不需要修改软件，但是在技术能力允许时建议修改软件，原因是：

① 由于I/O端口地址或者存储器地址是固定的，如果在同一台计算机插入多张同样的板卡，

就需要使用跳线等办法选择各板卡的地址以避免冲突。 ② 本地硬件定址所需要译码电路或者“存储器地址设定卡”增加了总成本，而设置存储器基

址的工具程序只能用于DOS或者WINDOWS 98操作系统。 ③ PCI总线提供了64KB的I/O地址空间，而ISA只有1KB，PCI总线提供了4GB的存储器地址

空间，而ISA通常只有16MB，PCI总线提供了至少22个中断（与操作系统和主板芯片组有关），而ISA通常只有15个中断。

④ 不能充分发挥PCI总线即插即用、灵活方便的特性。

3.2. 设计真正的PCI板卡

这里所指的真正的PCI板卡主要是指不使用本地硬件定址功能和“存储器地址设定卡”的PCI板

卡，以下统一简称为PCI卡。

3.2.1. 基本原理 CH365升级ISA板卡与设计PCI板卡 ４

PCI卡与ISA卡的一个重要区别就是：ISA卡由设计人员作主，自由选择I/O端口地址、存储器MEM地址、中断号；而PCI卡由计算机（实际是由BIOS和操作系统OS）自动分配I/O地址、MEM地

址以及中断号。 任何一个标准的PCI卡都有配置空间，其中通常有多个配置寄存器，其中一些寄存器是基址寄存

器，例如I/O基址寄存器、MEM基址寄存器、中断号寄存器。 基址寄存器是随时可以读写的寄存器RAM，PCI芯片厂家不能干涉也不能事先假定其内容（显卡

是个例外，因为显示在BIOS之前工作）。以I/O基址寄存器为例。

⑴ PCI芯片例如CH365，具有I/O基址寄存器和I/O空间使能位（在命令寄存器中），一个PCI芯片可以有多个I/O基址寄存器，但是I/O空间使能位只有一个。当I/O空间使能位为0时，

CH365忽略任何I/O操作，所有I/O基址寄存器都没有作用，而当I/O空间使能位为1时，CH365才有可能执行I/O操作。

⑵ 当计算机复位时（实际是PCI总线复位时），I/O基址寄存器复位到0000H，I/O空间使能位

也复位到0。由于此时I/O空间使能位为0，所以CH365不会执行任何I/O操作。 ⑶ 当BIOS初始化时，向CH365的I/O基址寄存器中写入基址，例如9400H，然后将CH365的

I/O空间使能位设置为1。对于其它PCI卡，BIOS也执行相同操作，但是各个PCI卡的基址寄存器中的数值一定是不同的。

⑷ 由于I/O空间使能位为1，所以当CPU执行I/O指令时，CH365对I/O地址译码比较，如果发现I/O指令的地址与I/O基址寄存器相同，也是9400H，就会响应并执行该I/O操作。由

于CH365的I/O偏移地址范围是00H-0FFH，所以CH365的PCI卡的I/O地址范围为

9400H-94FFH，只要CPU执行在此地址范围内的I/O操作，CH365都会响应。 ⑸ 其它PCI卡被BIOS分配的I/O基址数值与CH365不同，所以不会响应I/O地址为9400H-94FF

的I/O操作，当然也就不会冲突。 ⑹ 进入操作系统例如WINDOWS后，WINDOWS也可以修改I/O基址，而一般情况下，WINDOWS是

保持BIOS自动分配给各个PCI板卡的基址。

⑺ 如果WINDOWS将CH365的I/O基址修改到DC00H，那么在修改之后，只有当CPU在DC00H到DCFFH地址读写I/O时，CH365才会响应并输入输出数据。

⑻ 应用程序也可以自己修改CH365配置空间中的基址寄存器，重新定位CH365，前提是不要与其它ISA或者PCI卡的地址冲突。

⑼ 由此可见，PCI板卡的I/O地址的译码由一个基址寄存器和一个比较器构成，改变基址寄存器中的数值就可以改变PCI板卡所占用的I/O地址，所以PCI板卡的I/O地址完全是动态分

配的，而不是ISA板卡的固定物理连接。

⑽ 对于存储器MEM，PCI卡例如CH365也有MEM基址寄存器和相应的MEM空间使能位，其功能与用途与I/O基址类似。但是有一个重要的区别，就是BIOS或者操作系统（例如WINDOWS）

为PCI板卡自动分配的MEM基址通常都在1MB以上，而DOS下的程序不方便读写1MB以上的内存，所以如果PCI板卡在DOS下应用，可以由应用程序自己修改MEM基址，将其设置在

1MB内存以下。“存储器地址设定卡”和设置存储器基址的工具程序就是基于这个原理将使

用MEM资源的原ISA板卡升级到PCI的。 ⑾ 对于中断，PCI卡例如CH365也有中断号寄存器，但是该中断号寄存器没有物理作用，只是

用于让操作系统或者应用程序知道当前使用的中断号。PCI板卡只管向PCI总线申请中断，BIOS或者WINDOWS会通过主板芯片组控制PCI路由，将PCI板卡申请的中断信号路由到相

应的中断号，所以应用程序直接修改中断号寄存器通常没有作用。在使用WINDOWS XP和较新主板芯片组的计算机中，PCI板卡的中断号还可以是16到23，而不仅仅局限于ISA总线

的0到15。

⑿ 综上所述，PCI板卡的I/O地址、MEM地址、中断号完全是动态分配的，也是非常灵活的，在不同的计算机中，不同的BIOS下，不同的操作系统下，以及不同的PCI插槽中，同一块

PCI板卡的I/O地址范围、MEM地址范围和中断号都有可能是不同的。

3.2.2. 软件设计

产品设计人员可以获得自己设计的PCI板卡的I/O地址、MEM地址、中断号。 根据原理中的说明，I/O地址就在配置空间的I/O基址寄存器中、MEM地址就在配置空间的MEM