基于CLD的單片機(jī)CI接口設(shè)計(jì)

基于CPLD的單片機(jī)PCI接口設(shè)計(jì)摘要：詳細(xì)闡述一種利用CPLD實(shí)現(xiàn)的8位單片機(jī)與PCI設(shè)備間的通信接口方案，給出用ABELHDL編寫(xiě)的主要源程序。該方案在實(shí)踐中檢驗(yàn)通過(guò)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)CPLDPCI8位單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，然而讓它直接與PCI總線設(shè)備打交道卻有其固有缺陷。8位單片機(jī)只有16位地址線，8位數(shù)據(jù)端口，而PCI總線2.0規(guī)范中，除了有32位地址數(shù)據(jù)復(fù)用AD[3～0]外，還有FRAME、IRDY、TRDY等重要的信號(hào)線。讓單片機(jī)有限的I/O端口來(lái)直接控制如此眾多的信號(hào)線是不可能的。一種可行的方案就是利用CPLD作為溝通單片機(jī)與PCI設(shè)備間的橋梁，充分利用CPLD中I/O資源豐富，用戶可自定制邏輯的優(yōu)勢(shì)，來(lái)幫助單片機(jī)完成與PCI設(shè)備間的通信任務(wù)。1PCI接口設(shè)計(jì)原理1.1PCI總線協(xié)議簡(jiǎn)介這里只討論P(yáng)CI總線2.0協(xié)議，其它協(xié)議僅僅是在2.0的基礎(chǔ)上作了一些擴(kuò)展，僅就單片機(jī)與PCI設(shè)備間的通信來(lái)說(shuō)，意義不大。PCI總線是高性能局部總線，工作頻率0～33MHz，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。在這里，我們只關(guān)心單片機(jī)與一個(gè)PCI設(shè)備間通信的情況，而且是以單片機(jī)與CPLD一方作為主控方，另一方作為PCI從設(shè)備。這樣做的目的是為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，降低系統(tǒng)造價(jià)。PCI總線上信號(hào)線雖多，但并不是每個(gè)信號(hào)都要用到。實(shí)際上PCI設(shè)備也并不會(huì)支持所有的信號(hào)線，比如錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR與SERR在網(wǎng)卡中就不支持。我們可以針對(duì)具體的應(yīng)用選擇支持其中部分信號(hào)線，還有一些信號(hào)線可以直接連電源或接地。下面簡(jiǎn)單介紹一下常用信號(hào)線的功能。AD[31～0]：地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用信號(hào)。在FRAME有效的第一個(gè)周期為地址，在IRDY與TRDY同時(shí)有效的時(shí)候?yàn)閿?shù)據(jù)。C/BE[3～0]：總線命令與字節(jié)使能控制信號(hào)。在地址其中傳輸?shù)氖强偩€命令；在數(shù)據(jù)期內(nèi)是字節(jié)使能控制信號(hào)，表示AD[31～0]中那些字節(jié)是有效數(shù)據(jù)。表1是總線命令編碼的說(shuō)明。表1總線命令表C/BE[30]#命令類型說(shuō)明C/BE[30]#命令類型說(shuō)明0000中斷應(yīng)答1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O讀1010配置讀0011I/O寫(xiě)1011配置寫(xiě)0100保留1100存儲(chǔ)器多行讀0101保留1101雙地址周期0110存儲(chǔ)器讀1110存儲(chǔ)器一行讀0111存儲(chǔ)器寫(xiě)1111存儲(chǔ)器寫(xiě)并無(wú)效PCI總線上所有的數(shù)據(jù)傳輸基本上都由以下三條信號(hào)線控制。嘉FR細(xì)AM插E：逮幀周按期信稠號(hào)。貿(mào)由主寄設(shè)備璃驅(qū)動(dòng)看，表光示一比次訪汪問(wèn)的慘開(kāi)始?jí)竞统盅砝m(xù)時(shí)義間，旱FR貝AM濃E有密效時(shí)磁（0間為有屈效，呈下同蹄），逆表示形數(shù)據(jù)演傳輸敘進(jìn)行干中，晴失效勺后，懲為數(shù)蝴據(jù)傳奉輸最障后一嗓個(gè)周慰期。良IR酬D：猜主設(shè)修備準(zhǔn)片備好版信號(hào)雄。由謙主設(shè)廊備驅(qū)忍動(dòng)，姐表示閉主設(shè)詳備已晃經(jīng)準(zhǔn)堅(jiān)備好岔進(jìn)行聾數(shù)據(jù)京傳輸襯。腥TR悠DY腫：從是設(shè)備彼準(zhǔn)備扛好信瓶號(hào)。泡由從悉主設(shè)蒜備驅(qū)振動(dòng)，死表示么從設(shè)摟備已薯經(jīng)準(zhǔn)析備好尖進(jìn)行析數(shù)據(jù)川傳輸肆。當(dāng)海IR貼DY迷與T旁RD梢Y同污時(shí)有頓效時(shí)獅，數(shù)遞據(jù)傳衡輸才派會(huì)真壽正發(fā)謊生。踢另外巨，還潑有I慮DS朽EL擾信號(hào)沃用來(lái)腳在配茫置空阿間讀爭(zhēng)寫(xiě)期沖間作較為片銳選信私號(hào)。志對(duì)于鋤只有昨一個(gè)酬P(guān)C旱I從帳設(shè)備預(yù)的情脊況，值它總序可以白接高蛋電平份。I煤DS午EL棒信號(hào)鐮由從申設(shè)備循驅(qū)動(dòng)溜，表恢示該彩設(shè)備怪已成羞為當(dāng)隱前訪氏問(wèn)的定從設(shè)鋸備，瞇可以預(yù)不理胃會(huì)。燒在P砍CI達(dá)總線擾上進(jìn)摘行讀輪寫(xiě)操售作時(shí)賄，P紀(jì)CI推總線躺上的祖各種歇信號(hào)肌除了株RS界T、堡IR塞Q、卻IR瓜QC辛、I侵RQ鐵之外眾，只痰有時(shí)鋒鐘的伙下降巡沿信扒號(hào)會(huì)孔發(fā)生導(dǎo)變化跑，而稻在時(shí)聲鐘上損升沿雨信號(hào)述必須消保持撥穩(wěn)定譽(yù)。麗1.對(duì)2糕CP噴LD絮設(shè)計(jì)切規(guī)劃信出于戶對(duì)單強(qiáng)片機(jī)舞和C座PL橋D處情理能緒力和欺系統(tǒng)你成本戰(zhàn)的考稻慮，終下面掉的規(guī)噸劃不野支持飲PC迫I總缸線的剝線性攤突傳攤輸?shù)壬缧枰獱I(yíng)連續(xù)與幾個(gè)芹數(shù)據(jù)夜周期鐵的讀槍寫(xiě)方堅(jiān)式，輛而僅蠅支持艱一個(gè)曠址周串期加填一個(gè)光數(shù)據(jù)瓦周期域的讀新寫(xiě)方筒式。賤對(duì)于咸大部塌分應(yīng)狠用而渡言，怪這種到方式炒已經(jīng)隆足夠蒸了。灣圖1刷與圖繡2是槐經(jīng)過(guò)慚簡(jiǎn)化碧后的糟PC蝴I總揀線讀思寫(xiě)操統(tǒng)作時(shí)足序。虜在C旁PL駁D內(nèi)聾設(shè)有種13秤個(gè)8矛位寄蟻存器抽用來(lái)強(qiáng)保存涂進(jìn)行突一次砍PC隆I總宏線讀銷寫(xiě)時(shí)硬所需冬要的墓數(shù)據(jù)帆，其覺(jué)中p綱ci布_a渴dd仁re病ss速0～常pc約i_導(dǎo)ad勢(shì)dr便es米s3強(qiáng)是讀霞寫(xiě)時(shí)碌的地佳址數(shù)輔據(jù)；物pc轉(zhuǎn)id擴(kuò)at靠as酷0～吼pc離i_銅da蚊ta怨s3是是要業(yè)往P暴CI然設(shè)備首寫(xiě)的爛數(shù)據(jù)愉；p枕ci狡_c域be閘[3禁～0靠]保堅(jiān)存地持址周否期時(shí)冊(cè)的總證線命我令，巧pc免i_綢cb矮e[添7～鍬4]腫保存捧數(shù)據(jù)爬周期煩時(shí)的格字節(jié)彎使能挎命令俘；p誦ci騾_d旅at紹a0肅～p暫ci垮_d摧at兵a3貍保存告從P拾CI災(zāi)設(shè)備康返回黑的數(shù)喪據(jù)；頑pc憤i_遷re年qu閃es予t是宗PC偏I(xiàn)總脅線讀郵寫(xiě)操拔作狀慰態(tài)寄惕存器柴，用劣于向旗單片謙機(jī)返竹回一夢(mèng)些信父息。葡當(dāng)單鋪片機(jī)竭往p革ci泊_c殺be范寄存交器寫(xiě)罷入一厭個(gè)字雜節(jié)的睜時(shí)候遞，會(huì)過(guò)復(fù)位圍CP夠LD草中的燦狀態(tài)流機(jī)，助觸發(fā)贏CP隸LD來(lái)進(jìn)行昌PC連I總嫂線的目讀寫(xiě)唇操作稍；單墓片機(jī)挽則通耐過(guò)查持詢p南ci臨_r筐eq班ue錢st型寄存彈器得陳知讀淺寫(xiě)操當(dāng)作完翁成，喚再?gòu)牡c焦i_糞da湯ta瞞寄存最器讀建出P候CI存設(shè)備俗返回困的數(shù)倚據(jù)。巨CP滋LD掃中狀炮態(tài)機(jī)匙的狀返態(tài)轉(zhuǎn)于移圖稱如圖拍3所塔示。救每一灑個(gè)狀護(hù)態(tài)對(duì)訴應(yīng)F肝RA華ME故與I挎RD慎信號(hào)崗的一連種輸洲出，未而其續(xù)它輸棵入輸雄出信晌號(hào)線驅(qū)可由陜這兩岸個(gè)信墊號(hào)線爺和p馳ci主_c虜be襪的值消及T物RD忽Y的是狀態(tài)蟻決定寧。當(dāng)腥FR妹AM極E為防有效胞時(shí)，移AD謝[3著1～犯0]開(kāi)由p去ci端_a奧dd受re鬼ss惹驅(qū)動(dòng)煌，而甩C/望BE思[3償～0擾]由尋pc饅i_貓cb猛e低夕4位召驅(qū)動(dòng)滾；當(dāng)孩IR歪DY薄有效忙時(shí)，隊(duì)C/磁BE蠶[3恢～0捷]視簽總線喪命令廈，要吐么由都pc疲i_市cb歉e高焰4位凱驅(qū)動(dòng)敬，要姨么設(shè)需為高填阻態(tài)拾，而袍AD自[3稍1～攀0]煮在p錯(cuò)ci變_c斗be腦[0稠]為劇“0宵”時(shí)爺，（睛PC澇I讀婆命令辛）設(shè)苗為高傍阻態(tài)增，而問(wèn)在p曲ci矮_c元be興[0常]為乘“1地”時(shí)正（P混CI惠讀命塊令）執(zhí)由p師ci隊(duì)_d嶄at祥as嫂驅(qū)動(dòng)輸。另信外一溫方面施，一腐旦T歷RD慮Y信痛號(hào)線黑變?yōu)檎T低電踩平，線AD養(yǎng)[3臥1～吐0]鏡線上樣的數(shù)領(lǐng)據(jù)被跨送入蝦pc裕i_剖da命ta芬寄存熱器，泰而C摘/B鄰E[卸3～蹄0]誕線上鉛的數(shù)亦據(jù)被鏈送入屑pc躺i_鍬re堤qu睡es婚t寄泉存器牙的低奮4位鐮。剃考慮廚到在工不正疼常情茅況下準(zhǔn)，P洗CI幻設(shè)備平不會(huì)迎對(duì)P郵CI勇總線偵作出睬響應(yīng)宴，即站TR異DY四不會(huì)絞有效匙，為礦了不緞使?fàn)铐?yè)態(tài)機(jī)渡陷入任狀態(tài)貍S2敬的僵芬持局泉面，梢另外慈增設(shè)孤了一訂個(gè)移割位計(jì)器數(shù)器城my戀co筆un寇te票r。攪當(dāng)I惜RD摩信號(hào)炎有效報(bào)時(shí)，矛計(jì)數(shù)律器開(kāi)闖始計(jì)廊數(shù)。登計(jì)數(shù)袋溢出樓之后與，不聞?wù)揚(yáng)音CI敘總線蒼操作準(zhǔn)是否釘完成嘆，狀林態(tài)機(jī)雞都會(huì)稀從狀片態(tài)S繼2轉(zhuǎn)眨移到陪狀態(tài)蜂S3計(jì)，即夜結(jié)束看PC蔽I總櫻線操撈作。芽當(dāng)T賴RD具Y有帖效時(shí)盼，會(huì)學(xué)立即袋置位召my染co奉un盜te換r.煌co豬ut袋。脾PC改I總頌線操?zèng)鲎魇强朔裾宕_完請(q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