基于CH365芯片的PCI總線控制卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

解云峰 王興偉等

摘 要：文章介紹了一種采用CH365芯片實(shí)現(xiàn)由高速PCI總線到低速I(mǎi)SA總線平滑轉(zhuǎn)換的控制卡設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面闡述了其作為接口芯片實(shí)現(xiàn)與本地總線CPLD及其它芯片對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的輸出的過(guò)程。實(shí)際應(yīng)用表明該控制卡具有操作簡(jiǎn)易、成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PCI總線；CH365芯片；CPLD

引言

ISA總線是上世紀(jì)八十年代由IBM公司推出的一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制總線，該總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8MB/s，地址總線寬度為24位，可以支持16MB的內(nèi)存尋址空間。ISA總線因數(shù)據(jù)傳輸速率較低，又不能動(dòng)態(tài)分配系統(tǒng)資源，且對(duì)CPU占用率高，相應(yīng)的插卡數(shù)量有限，幾個(gè)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)共享系統(tǒng)資源時(shí)，很容易出現(xiàn)沖突現(xiàn)象等缺點(diǎn)，已逐漸被功能強(qiáng)大的PCI總線所取代。與ISA總線相比PCI總線數(shù)據(jù)寬度為32位，傳輸速率為133MB/s，實(shí)時(shí)性更好，可控性更佳，且能夠動(dòng)態(tài)分配系統(tǒng)資源，很好的解決了多個(gè)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)資源時(shí)所產(chǎn)生的沖突現(xiàn)象。因此采用基于PCI標(biāo)準(zhǔn)的接口設(shè)計(jì)已成為各類項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的優(yōu)先選擇。

1 CH365芯片簡(jiǎn)介

CH365是一個(gè)連接PCI總線的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存儲(chǔ)器映射、擴(kuò)展ROM以及中斷。可將32位高速PCI總線轉(zhuǎn)換為主動(dòng)8位并行數(shù)據(jù)線接口并提供16位地址。CH365非突發(fā)存取的實(shí)測(cè)速度可達(dá)每秒7MB，讀寫(xiě)脈沖的寬度從30nS到240nS可選（文章采用默認(rèn)寬度240nS）；自動(dòng)分配I/O基址；CH365的存儲(chǔ)器空間占用32K字節(jié)，偏移地址是0000H～7FFFH，實(shí)際地址是存儲(chǔ)器基址加上偏移地址。

CH365與PCI總線連接部分可按照PCI協(xié)議對(duì)應(yīng)管腳一一相連即可，在CH365本地總線端主要信號(hào)有：D[7-0]：8位雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線；A[15-0]：16位地址信號(hào)線；MEM_RD：存儲(chǔ)器或擴(kuò)展ROM的讀選通/使能，低電平有效；MEM_WR/IOP_HIT是復(fù)用引腳，MEM_W

R是輸出信號(hào)，作為存儲(chǔ)器或擴(kuò)展ROM的寫(xiě)選通/使能，低電平有效，而IOP_HIT是輸入信號(hào)，用作本地硬件定址請(qǐng)求，低電平有效。

2 控制卡的設(shè)計(jì)

本卡的設(shè)計(jì)目的是：在對(duì)分機(jī)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，用調(diào)試計(jì)算機(jī)模擬總站向分機(jī)發(fā)送相關(guān)指令，以檢驗(yàn)分機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否完善。而本卡即為連接模擬總站計(jì)算機(jī)與分機(jī)的橋梁，通過(guò)插入模擬總站計(jì)算機(jī)PCI插槽將計(jì)算機(jī)指令通過(guò)板卡接口傳輸至分機(jī)系統(tǒng)。以下從硬件、軟件兩方面簡(jiǎn)單介紹設(shè)計(jì)法案。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

若要實(shí)現(xiàn)上述功能，PCI接口端使用一片CH365接口芯片；本卡CPLD為ALTERA公司的EPM1270系列，通過(guò)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)；數(shù)據(jù)傳輸部分使用串口芯片TL16C752B經(jīng)MAX490傳出；其余所有信號(hào)均經(jīng)由雙叉分芯片SW128輸出。設(shè)計(jì)原理框圖如下圖1所示。

在硬件設(shè)計(jì)中所需要注意的問(wèn)題：（1）PCI屬于高頻數(shù)字電路，在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)需要參考PCI總線設(shè)計(jì)規(guī)范，以避免干擾；（2）CH365芯片的三對(duì)電源引腳上應(yīng)并聯(lián)0.1uF的獨(dú)石或者高頻瓷片電容用于電源退耦，數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)；（3）CH365的PCI信號(hào)走線長(zhǎng)度應(yīng)小于35mm，盡量走弧線或者45線，信號(hào)走線盡量布在元件面，在PCB背面保留大面積接地覆銅。（4）PCI總線引腳PRSNT1#和PRSNT2#有兩個(gè)用途：表明槽位上板的存在；提供板對(duì)電源要求的有關(guān)信息。本卡采用下表第二種方案。具體如表1所示：

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本板卡模擬總站計(jì)算機(jī)軟件由VC6.0編寫(xiě)，通過(guò)對(duì)約定地址的操作來(lái)控制CPLD完成相應(yīng)的功能，以及串口的數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)镃H365接口芯片本地總線端的A14～A0輸出存儲(chǔ)器的偏移地址，可提供 0000H～7FFFH地址范圍的有效偏移地址，因此，程序中約定使用存儲(chǔ)器地址作為對(duì)CPLD的操作地址。

CH365通過(guò)MEM_RD和MEM_WR與CPLD連接，在對(duì)CPLD進(jìn)行操作之前，需要先讀取CH365配置空間的存儲(chǔ)器基址寄存器，然后由基址加上偏移地址獲得CPLD在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器空間的實(shí)際物理地址，最后通過(guò)實(shí)際物理地址給CPLD發(fā)送相應(yīng)的操作指令。

基于CH365的驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL，讀寫(xiě)操作程序如圖2：

根據(jù)CH365芯片輸出的MEM_RD、MEM_WR及相應(yīng)地址信號(hào)，CPLD產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)入T信號(hào)、R信號(hào)、TR信號(hào)等，具體CPLD的程序在此不再一一給出。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)增加一塊CH365接口芯片，實(shí)現(xiàn)了將原有ISA總線升級(jí)為PCI總線，且獲得了和原ISA卡相同的功能，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度，工作穩(wěn)定可靠。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了一塊CPLD芯片實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)的輸出，這樣做提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，在需要改變或增加系統(tǒng)功能時(shí)，只需要修改CPLD芯片的軟件部分就可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，CH365對(duì)基于ISA總線向PCI的升級(jí)提供了極大的方便。

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作者簡(jiǎn)介：解云峰（1984-），男，碩士，2012年畢業(yè)于太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，現(xiàn)從事相控陣?yán)走_(dá)天線波束控制方面的工作。