PCI9052總線接口芯片及其ISA模式應用

PCI9052是PLX公司開發的服從PCI協議的從模式接口芯片，它能夠實現ISA總線到PCI總線的平滑轉換。主要闡述了PCI9052在ISA模式下的應用開發過程和方法，并給出了一個實例，說明了如何用PCI9052完成由ISA擴展板向PCI的轉換。
??? 關鍵詞：PCI9052，配置EEPROM，PCI總線，ISA總線

1　引　言
　　PCI（Peripheral Component Interconnect）總線，即外圍部件互連總線，是一種先進的高性能32／64位地址數據復用局部總線。PCI總線與處理器和時鐘頻率無關，可以提供高達132MB／s的數據傳送速率；它具有嚴格的規范，只要符合PCI規范的擴展卡插入任何PCI系統就能可靠地工作。但由于PCI總線協議的復雜性，其接口的實現比VESA、ISA和MCA等總線要困難得多。
　　目前，開發PCI接口設備有兩種方法：一種方法是采用可編程邏輯芯片，它的最大好處是比較靈活，用戶可以根據自己的需要開發出適合于特定功能的芯片，而不必實現PCI的全部功能。現在有許多生產可編程邏輯器件的廠商，如Xilinx的LogiCore和Altera的AMPP都提供經過嚴格測試的PCI接口功能模塊，用戶只要進行組合設計即可。另一種常用的方法是使用專用接口器件，通過專用芯片可以實現完整的PCI主控模塊和目標模塊的功能，將復雜的PCI總線接口轉換為相對簡單的用戶接口，用戶只要設計轉換后的總線接口即可。
　　專用接口芯片具有較低的成本和通用性，能夠有效降低接口設計的難度，縮短開發時間。現有的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系列產品中，PCI9052是一款常用的PCI總線目標接口芯片，該芯片最大的特色是帶有一個ISA接口，通過它可以實現ISA總線到PCI總線的無縫連接，這為目前仍存在的ISA插件移植到PCI提供了極大的方便。
　　利用PCI9052的ISA模式進行PCI的開發可以簡化設備開發過程，但難度還是較大。設計者不僅要理解掌握手冊中的要點，還要學習硬件設計和軟件設計的方法和過程。為了讓大家能夠系統地了解利用PCI9052的ISA模式進行PCI板卡開發的過程和方法，本文從硬件設計、配置寄存器的編寫、板卡調試和驅動程序的編寫等方面介紹了PCI9052的開發過程。
2　PCI9052的ISA接口模式
2．1　基本特點
　　PCI9052是PLX公司繼PCI9050之后推出的低成本PCI總線接口芯片，它符合PCI2．1規范，可作為PCI總線目標設備實現基本的傳送要求；它有5個局部地址空間和4個局部設備片選信號，局部總線與PCI總線時鐘相互獨立運行。通過配置EEPROM的內容可以將PCI9052設定為ISA接口模式，通過8位或16位內存或I／O映射可直接使PCI總線與ISA總線相連，從而將ISA總線快速地轉換到PCI總線上。
　　在我們的數控測井系統中，原來的通信控制模塊是基于ISA總線的插件，端口地址為0X100～0X10F，總線寬度是16位，可以實現輸入輸出，有中斷功能。現在，我們利用PCI9052芯片的ISA模式對原來的板卡進行升級改造，使原來的板卡在做少量改動的情況下可以插在PCI總線插槽中正常工作。
2．2　引腳介紹及連接
　　在不同的模式下，PCI9052的部分引腳有不同的定義和功能。工作在ISA模式下，其主要引腳如圖1所示。
　　PCI9052硬件連接正確與否直接關系到芯片能否正常工作，某些引腳處理不當往往會引起芯片工作不正常或死機。在圖1中，9052左上方的信號和PCI信號相連，左下方信號和串行EEPROM相連，右邊的信號和局部總線信號相連，也就是和ISA總線信號相連。

　　PCI端主要信號完全符合PCI規范要求，直接和PCI總線上對應的引腳相連即可。
??? ISA端連接如下：
　　在我們的板卡中由于只涉及到I／O，且為16位寬的數據，因此，MEMWR＃、MEMRD＃、SBHE＃和BALE信號可以不用。
　　LAD〔15：0〕是16位的數據總線。LA〔23：2〕和ISAA〔1：0〕共同組成ISA的地址總線，對于8位的數據總線，ISAA〔1：0〕相當于LA〔1：0〕，它們一起進行地址譯碼。而對于16位的數據線，每次讀寫兩個字節，這時ISAA〔0〕不用，ISAA〔1〕和LA〔23：2〕一起進行地址譯碼。需要注意的是，并不是所有的地址線都要進行地址譯碼，這里要根據板卡上實際I／O口空間的大小選擇譯碼地址線的數目。對于我們的板卡，LA〔3：2〕和ISAA〔1〕地址譯碼是必需的（ISAA〔1〕為低位），當然，所有的地址線都參加地址譯碼也是可以的。
　　IOWR＃和IOWD＃是局部端口讀寫信號。LCLK是ISA端時鐘信號，按芯片要求外接8MHz的時鐘。LRESET＃是9052芯片上電時PCI端復位后所發出的對ISA端進行復位的信號。在ISA模式下，該信號輸出高有效。
　　LINTi1和LINTi2是局部總線中斷輸入信號，這里，我們只用到LINTi1信號，由于9052內部沒有對這兩個信號進行上拉或下拉處理，因此，在外部將LINTi2上拉或下拉到一個確定的狀態。
　　NOWS＃是無等待標志信號，此引腳上拉或接地可以減少等待的時鐘數。LRDY＃是局部準備就緒信號，如果局部芯片沒有提供該信號，一般對它進行下拉或接地處理。CHRDY是局部通道準備好信號，一般要進行上拉處理。LHOLD是局部總線請求信號，應該進行下拉或接地處理。MODE是模式選擇信號，由于我們使用的是ISA非復用模式，因此該引腳接地。
　　在設計電路板時，要嚴格遵循PCI規范。電源和地線要盡可能寬且電源濾波要良好，在芯片的每個電源引腳最好接0．1μF的濾波電容。由于PCI時鐘信號的一半要靠反射波來提升，因此，時鐘信號CLK走線長度近似為2500mil。prstn1和prstn2兩者必須有一個接地，主板就是靠這兩個信號來判斷這個插槽上是否有卡的。用作上拉或下拉的電阻一般取值2．2 kΩ即可。一般來說，PCI板卡推薦做4層板，其實只要布線合理做兩層板也是可以的。
　　串行EEPROM端信號有以下幾種：時鐘信號（EECK）、讀數據信號（EEDO）、寫數據信號（EEDI）和片選信號（EESC），分別和EEPROM相應管腳相連即可。
2．3　串行EEPROM的配置
　　與ISA總線相比，PCI總線支持三個物理空間：存儲器地址空間、I／O地址空間和配置空間。配置空間是PCI所特有的一個空間，所有的PCI設備必須提供配置空間。串行EEPROM存儲了PCI9052重要的配置信息，如設備號DID、制造商號VID、子設備號SDID、子制造商號SVID、中斷號、設備類型號、局部空間基地址、局部空間描述符、片選響應以及局部響應控制CNTRL等信號。EEPROM的內容非常重要，它直接關系到整個板卡能否正常工作，在設計時要非常注意。
　　系統加電時，通過PCI的RST復位以后，PCI9052首先檢測EEPROM是否存在。如果檢測到EEPROM首字不是FFFFH，PCI9052將依次讀取EEPROM的內容來初始化內部寄存器。PCIBIOS根據配置寄存器的內容進行系統資源分配，這樣，整個PCI設備的資源才不會發生沖突，從而實現了PCI總線的即插即用的特性。 ??? PCI9052的內部寄存器為總線接口的設計與實現提供了最大的靈活性，這些寄存器可以分為兩類：PCI配置寄存器和局部配置寄存器。PCI配置寄存器有6個基地址寄存器，這些基地址是在系統中的物理地址。其中，基地址0和基地址1分別是以內存方式和I／O方式訪問局部配置寄存器的基地址，基地址2和基地址3分別映射到局部基地址0和局部基地址1。局部總線配置寄存器用于設定局部總線的工作方式，如基地址和地址范圍等。實際上，9052在PCI和ISA總線之間起到一個翻譯作用，要訪問ISA端地址只需對PCI端基地址進行操作就可以了。對于我們的設計，EEPROM的值及裝入順序如表1所示。
　　表1中，DID和VID是PLX公司的標志，一般不能更改。操作系統就是通過DID、VID、SDID、SVID及設備類型碼來識別不同廠家的設備的。
　　在ISA模式下，局部空間1必須映射為I／O空間，局部空間0必須映射為內存空間。另外要注意：在ISA模式下雖然不存在片選信號，但我們必須設置它，使它的值和局部空間1的基地址和范圍相匹配，否則，局部地址空間無法響應PCI的控制指令。同樣，如果用到局部地址空間0，也要設置它的值。
　　對于PCI9052芯片，它的配置寄存器的內容是在芯片復位時通過串行EEPROM加載的。在ISA模式下，串行EEPROM一定不能省略，我們一般使用松下公司的NM93CS46或與之兼容的存儲器。配置寄存器的內容編寫完以后，可以用編程器寫入EEPROM中。另外，也可以通過主機在線燒寫，但由于各種原因，成功率很低。
3　板卡調試
　　板卡做好以后，就可以插入主機板的PCI插槽中進行調試。在調試的過程中，為了跟蹤信號的變化通常要用到數字示波器，另外，還需要一個軟件調試工具。PLX公司提供了一個905X的專用調試軟件PLXmon，我們可以從它的網站免費下載。PLXmon包括以下功能：PCI總線的探測與選擇；配置寄存器的檢查和修改；內存空間的顯示、修改和填充；EEPROM內容的讀寫等。利用這個工具，我們可以很清楚地看到EEPROM的內容以及PCI配置寄存器和局部端配置寄存器的內容，另外，用戶還可以進行內存和I／O端口的讀寫。
　　此外，我們也可以用WinDriver或SoftICE軟件進行板卡調試，但總的來說，使用起來都不如PLXmon方便。有了開發工具，設計者就可以根據板卡的具體要求進行調試了。
4　驅動程序的編寫
　　板卡調試成功以后就可以編寫驅動程序了。目前，編寫驅動程序最常用的工具是VtoolsD和WinDriver，它們都是專門的驅動開發工具。尤其是WinDriver，開發人員不需要掌握WINDOWS驅動編程的知識，利用它的向導工具，能很快地開發出高質量的驅動程序。
　　在Windows9x環境下，操作系統統一管理硬件資源，出于安全性考慮，ring3層應用程序不能直接訪問硬件（I／O端口訪問除外），因此，必須編寫運行在ring0層的虛擬設備驅動程序（VxD）來響應系統底層的中斷。如果板卡只有I／O操作，而沒有用到中斷和內存操作，可以不用編寫驅動程序，直接在應用程序里實現輸入輸出就可以了。編程的方法是先找到板卡，再找到卡中與我們用到的局部空間相對應的PCI基地址，然后就可以根據要求對這個基地址進行操作了。如果在WINDOWS98以上版本的操作系統下，就要編寫WDM設備驅動程序了。
5　結束語
　　由于PCI總線數據吞吐量大，傳輸速率高，在微機接口設計中，基于PCI總線的設計成為主流。PCI9052是一款優秀的PCI接口芯片，設計者用它可避免直接面對復雜的PCI總線協議，降低了設計難度，從而使用戶可以集中精力解決具體的應用問題，縮短了開發周期。實踐證明，PCI9052為開發作為總線接口目標設備的產品，特別是對基于ISA總線的接口板向PCI的轉換提供了極大的方便。

1　武安和，周利莉．WINDOWS設備驅動程序（VxD與W DM）開發實務．北京：電子工業出版社，2001
2　王保全，周國勇．PCI9052在ISA總線接口中的應用．電子技術，2001（8）