1 引言

隨著計算機技術的飛速發展和普及，數據采集系統迅速得到了廣泛的應用。數據采集系統性能的好壞主要取決于它的精度和速度。在保證精度的條件下，應用盡可能高的采樣速度，以滿足對信號的實時采集和實時處理;而要實現高速數據采集，不僅需要高性能的adc等設備，而且需要高速的數據傳輸。目前isa總線己經逐 漸退出了歷史舞臺，開發基于pci總線的數據采集卡己經是勢在必行。

2 pci總線接口概述

pci總線的信號線包括32根地址數據復用線、仲裁、接口控制線、總線命令字節允許復用線和系統復位等。在進行基本的數據傳輸操作時，數據線先出現地址， 同時總線命令出現在c/be〔3:0〕上，設備根據這些命令判斷所要進行的操作，在接下來的數據節拍中傳輸數據，如果傳送或接收方沒有準備好，那么就插入等待周期。pci總線的其它操作還有設備選擇、配置周期和中斷應答等。

pci總線協議復雜，需要在外部設備和pci總線之間增加一個接口電路。接口電路實現比較困難，目前實現pci接口的方法主要有：利用cpld或fpga 可編程邏輯器件和利用專門的pci接口芯片等多種方法實現。pci接口芯片具有設計簡單、功能強大、可靠性好等特點，從而大大減少了開發人員的工作量。在 實際工作中我們綜合各方面的因素，在本文選擇了pci9054。

3 pci9054芯片

3.1 pci總線通用接口芯片簡介

pci9054是plx公司生產的pci總線通用接口芯片，采用先進的plx數據管道結構技術，符合pciv2.1和v2.2規范;提供了兩個獨立的可編 程dma控制器;每個通道均支持塊和分散/集中的dma方式;在pci總線端支持32位/33mh;本地端（local bus）可以編程實現8，16，32位的數據寬度;傳輸速率最高可達132mb/s;本地總線端時鐘最高可達50mhz支持復用/非復用的32位地址數 據。pci9054的內部結構框圖如圖1所示。

圖1 pci9054內部結構框圖

由圖1可知，pci9054提供了pci、eeprom、local總線三個接口。pci9054作為一種橋接芯片在pci總線和local總線之間提供 傳遞消息，既可以作為兩個總線的主控設備去控制總線，也可以作為兩個總線的目標設備去響應總線。

pci9054有6個零等待可編程fifo存儲器（fifos）。它們分別完成pci發起讀、寫操作，pci目標讀、寫操作和dma讀、寫操作。由于 fifo存儲器的存在，數據可以大量突發傳輸而不丟失。這樣不僅滿足實時性要求，同時可以根據用戶的需要采用與pci時鐘異步的本地頻率。串形 eeprom（serial eeprom）是用來在開機時初始化配置內部寄存器的。內部寄存器（internal regi- sters）標識地址映射關系以及pci端和本地端工作狀態。fifo和內部寄存器在計算機主機或者本地端都是統一編址的，用戶可以從兩端通過編程訪問它 們的每一個字節。

3.2 數據傳輸模式

pci9054的數據傳輸模式靈活多樣，包括直接主模式（pci master）、直接從模式（pci target）、dma模式。

數據傳輸模式的選擇主要是要根據硬件設計者對硬件設計的需求而定的。當硬件設計者選擇由pci發起控制的時候，則pci9054應該為pci的工作目標， 這時應選擇pci 9054的工作方式為pci從模式。當硬件設計者選擇本地端發起控制的時候，pci9054成為主控設備，而pci則成為pci9054的工作目標，這種 情況下應選擇pci9054的工作方式為pci主模式。在數據進行dma傳輸時，pci9054對pci端和local端都是主控設備，本身具有dma控 制器完全可以脫離pc機進行dma控制，此時pci9054工作在dma傳輸模式。

3.3 本地總線工作方式

pci9054本地總線可工作在m，c，j三種模式。

m模式是專為motorola公司的mcu設計的工作模式。c模式下9054芯片通過片內邏輯控制將pci的地址線和數據線分開，很方便地為本地工作時序 提供各種工作方式，一般較廣泛應用于系統設計中。j模式是一種沒有local master的工作模式，它的好處是地址數據線沒有分開，嚴格仿效pci總線的時序。pci9054的工作方式可利用模式選擇引腳加以選擇，對于 176pin-pqfp封裝的9054芯片模式選擇引腳為pin156（mode1）和pin 157（modeo）。只要將這兩個腳接地便可選擇了c模式;兩個腳都接 則選擇了m模式;pin156接地，pin157接則選擇了j模式。

4 利用pci9054進行pci接口電路的設計

4.1 接口電路的硬件結構圖如圖2所示：

圖2 硬件結構圖

4.2 pci9054與pci bus接口

硬件接口電路的第一部分是9054與pci插槽間的連接信號線。這些信號包括地址數據復用信號ad［31:0］，總線命令信號 c/be［3:0］和pci 協議控制信號par，frame#，irdy#，trdy#，stop#，idsel，devsel#等。電路連接中將彼此對應的信號線連接在一起即可。在pci總線信號中，除了rst#，inta#~intd#之外，其它所有信號都在時鐘上升沿被采樣。每個信號都有相對于時鐘前沿的建立和保持時間。在此期間，不允許有信號跳動。該時間一過，信號的變化就無關緊要了。這種建立和保持時間對于不同的信號其情形是不同的。對于ad［31:0］、par和 idsel來說，只有在一定的時鐘邊沿上才有上述時間的要求。對于 lock#，irdy#，trdy#，frame#，devsel#，stop#，req#， gnt#，serr#和perr#這些信號在每個時鐘前沿都有建立和保持時間。對于c/be［3:0］#在傳輸總線命令時，要在frame#第一次建立時 對應的時鐘邊沿上遵守建立和保持時間的關系。若傳輸字節使能信號時，要在完成一個地址期或數據期之后的每一個時鐘邊沿保證相應的建立和保持時間。

4.3 pci9054與eeprom接口

各種接口芯片都需要外接串行eeprom芯片來加載配置數據。對于串行eeprom芯片，需要根據接口芯片數據手冊中給出的生產廠家及型號選擇，這里選擇 microchip technology公司的 93lc46b。pci9054提供4個管腳與串行eeprom相連接，它們分別是eedi，eedo，eesk， eecs，對應于93lc46b的di， d0， sk， cs這4個管腳，這4對管腳直接相連就可以。另外93lc46b的vcc管腳需要接+5v電源，gnd接地。因為需要對串行eeprom進行寫操作，串行 eeprom應處于可編程而且非保護狀態，所以pe接高電平而pre接低電平。93lc46的技術手冊規定兩個管腳上拉和下拉的電阻應為10k左右。

4.4 pci9054與local bus接口

硬件電路第三部分是pci 9054與local端連接。plx9054芯片local端用到的部分引腳信號描述如下。

lhold：申請使用本地總線，輸出信號;lholda：對lhold應答，輸入信號;ads：新的總線訪問有效地址的開始，在總線訪問 first clock設置時，輸出信號： blast：表示為總線訪問的last transfer，輸出信號; lw/r：高電平表示讀操作，低電平表示寫操作，輸出信號。la：地址線。ld：數據線。ready：表示總線上讀數據有效或寫數據完成，用以連接 plx9054等待狀態產生器，輸入信號。

4.5 寄存器配置

設計好接口電路后，硬件設計工作還只完成了一半。由于pci 9054是通用pci接口功能芯片，它的功能還不一定能夠滿足用戶的需求，所以還要進行功能寄存器設置以使接口電路具有特定的功能。寄存器的配置包括 eeprom初始化、local功能寄存器和pci配置寄存器的配置。

（1） eeprom初始化

在計算機的加電自檢期間，pci總線的rst#信號復位，plx9054內部寄存器的默認值作為回應。plx9054輸出本地lreset#信號并檢測串 行eeprom。如果串行eeprom中的前33個比特不全為1，那么plx9054確定串行eeprom非空，用戶可通過向9054的寄存器cntrl 的29位寫1來加載eeprom的內容到plx9054的內部寄存器;配置的信息（設備識別號、供應商代碼號、local總線三個空間的大小以及三個空間的基址等）事先要利用編程器寫入配置存儲器中，也可以在p1xsdk中的plxmon下對eeprom進行配置。

（2） pci配置寄存器的配置

配置pci配置寄存器比較簡單。主要是填寫生產商id號、器件id號、類碼子系統id號和子系統生產商id號。對于pci 9054，其生廠商id號為10b5，器件id號為9054，子系統號為9054，子系統id號為10b5，類碼號為0680，表示其為橋設備中的其它橋 設備類。

（3） 本地配置寄存器的配置

對于本地配置寄存器的配置就是對本地地址空間及其本地總線屬性的配置。這些配置要根據實際開發的硬件板卡的硬件資源進行配置。設備人員配置寄存器的任務就是要把某一段本地地址映射為pci地址，也就是當主機cpu要訪問本地地址空間時，要知道其對應的pci總線地址。

4.6 驅動程序的開發

設備驅動程序提供鏈接到pci板卡的軟件接口，文件擴展名為.sys的動態鏈接庫。在windows98和windows2000中，設備驅動程序必須根 據windows驅動程序模型（wdm）設計。設備驅動程序的關鍵是如何完成硬件操作，基本功能是完成設備的初始化、對端口的讀寫操作、中斷的設置和響應 及中斷的調用，以及對內存的直接讀寫。本設計應用基于vc++的driverworks軟件，只要在它的向導程序（driverwizard）指引下，根據硬件的具體情況設置必要參數就可以很方便地完成驅動程序的框架，最后根據具體的要求添加新的類對象和所需代碼即可。

5 結束語

隨著數字技術的發展，要求的數據傳輸速率將會越來越高。pci9054以其強大的功能，簡單的用戶接口，為pci總線接口的開發提供了一種簡潔的方法，設計者只要設計本地總線接口控制電路，即可實現與pci總線的高速數據傳輸。