摘要：面對眾多的、性能各有千秋的同類產品，如何取舍，如何在設計中選用合適的器件，往往是設計者尤其是新手們躊躇的事情。本文分析在檢測設備中設計PCI總線接口卡時如何選擇適合的PCI控制器總是;分別介紹幾種符合PCI2.2協議的新型PCI總線橋接器：AMCC5920、CY70944PV-AC、PCI9030、PCI9054、PCI9056，同時給出其結構框圖。在比較它們各自的特性后，提出自己的方案選擇。

　　關鍵詞：計算機專業國家級論文,PCI總線,接口卡,AMCC5920,CY7C9449PV-AC,PCI9030,PCI9054,PCI9056

　　引言

　　現要研制一臺檢測設備，采用工控機結構。需要設計一個將上位機與DSP、DDS等功能單元(做成擴展卡插在擴展槽中)連接起來的模塊單元(即用來傳輸控制命令、狀態和信號數據的接口部件)。在設計計算機擴展接口之前，首先考慮的是采用哪種總線形式。PCI總線是Intel公司推出的一種高性能局部總線，它的主要特點是：①具有地址數據多路復用的高性能32位或64位的同步總線。總線引腳數目和部件數量少(對于總線目標設備只有47根信號線，對于主設備最多只有49根信號線)，降低了成本及布線復雜度。②PCI局部總線在33MHz總線時鐘、32位數據通路時，可達到峰值132Mbit/s的帶寬;在33MHz總線時鐘，64位數據通路時可達到峰值264Mbit/s的帶寬;在66MHz主頻時，對于32位數據通路和64位數據通路帶寬的峰值，可分別達到264Mbit/s或528Mbit/s的帶寬;PCI總線還有線性突發傳輸功能，保證了滿載的高速傳輸。③PCI總線的設計是獨立于處理器的，可以方便地符合PCI規范的微機和工作站系統中進行硬件移植，目前已成為嵌入式系統的局部總線之一。④隱蔽的總線仲裁，減小了仲裁開銷。⑤極小的存取延時，采用總線多主控和異步數據轉移操作。⑥PCI提供的數據和地址奇偶校驗功能，保證數據完整性和準確性。⑦PCI總線與CPU和時鐘頻率無關，它能支持多個外設，設備間通過局部總線可以完成數據快速傳遞，從而很好地解決數據傳輸的瓶頸問題。⑧對PCI擴展卡及元件，能夠自動配置，實現設備的即插即用。由于使用方便、靈活、產品壽命長，目前PCI總線產品與其它的總線標準相比具有茂大優越性和更為廣闊的應用前景。我們決定采用1個PCI總線的控制器來完成這個適配卡的設計。通過這一適配卡的連接，將信號、數據通過工控機內的總線插槽傳到各個功能模塊中。

　　1 芯片選擇

　　目前，PCI總線接口電路主要有2種選擇：PCI專用芯片組(又稱橋接電路)或PLD。PCI總線協議較復雜，設計PCI控制接口難度較大，對于產品不大又有時限的工程項目來說，成本較大;而通用的PCI接口芯片功能全而強大(例如FIFO速度快、容量大，可支持DMA方式等)，它實現PCI規范所要求的所有硬件接口信號和配置空間寄存器，能夠減少開發時間和成本，并獲得較好的數據傳輸性能。所以決定采用已有的橋接電路。PCI總線橋接器又分主控設備(master)和目標設備(target)兩大類。主控設備可以控制總線驅動地址、數據和控制信號;目標設備不能啟動總線操作，只能依賴于主控設備從其中讀取或向其傳送數據。以下針對當前的一些較新推出的產品作一些介紹和比較。

　　1.1 目標設備

　　這是一款采用SMARTarget技術的32位、33MHz的PCI目標接口芯片。是目前PLX公司推出的最高級通用PCI目標設備。它完全符合PCI2.2規范，并且是業界提供的第1個支持CompactPCI、熱交換規范PICMG2.1的產品。

　　①特色。32位、33MHz目標接口支持上至132MB/s的突發傳送;局部總線操作速度最高達60MHz，支持突發傳送達240MB/s;PCI目標讀預取、延遲寫模式。PCI突發傳輸長度可編程;支持5個局部地址空間到PCI總線地址空間映射(空間0、1、2、3、4以及1個擴展的ROM);傳輸等待周期、總線寬度可編程;提供4個片選信號(沒有譯碼邏輯，局部器件減少)、9個可編程通用I/O;可編程對局部總線讀寫門信號;全面支持PCI2.2規范中的關鍵產品數據(vital product data)，包含一些新的功能結構，為用戶或系統定久的參數或配置數據提供了一個靈活的存取方式;包含2個可編程FIFO(PCI目標讀FIFO深度為16個長字、PCI目標寫FIFO深度為32個長字)。PCI9030還提供了1個PCI時鐘的緩沖輸出，可用來作為局部總線的輸入時鐘;封裝為176腳PQFP以及180腳uBGA。

　　②兼容性。PCI9030的引腳與9050、9052、9054、9080均不兼容，只兼容9050、9052的寄存器，并提供了某些寄存器新的位定義和若干新的寄存器定義;但與9054以及9080的寄存器不兼容。PCI9030可廣泛應用于網絡、通信、圖像及海量存儲設計中。它易于將已有的其它總線設計轉換到PCI總線的設計，縮短了設計周期，且其豐富的外部接口大節省了制板空間。

　　(2)AMCCS5920

　　AMCCS5920(簡稱S5920)是AMCC公司新近推出的一種PCI總線目標接口芯片，從其功能來看，可被視作是S5933的子集。與后者相比，S5920減少了總線主控的功能，其它性能相仿，甚至有所增強;而價格卻降低了很多，因此，在很多無需進行總線主控的場合，采用S5920完成設計能取得更高的性能價格比。其主要性能如下：符合PCI2.2標準;最高傳輸速率132MB/s;可編程的預取長度和等待周期;4個32位讀寫FIFO的直通通道;外加總線可工作于主動或被動狀態;支持即插即用;支持串行NVRAM和可選的外部BIOS配置;160腳PQFP封裝。

　　S5920提供了3個物理總線接口：PCI總線接口、外加總線接口和外部非易失性存儲器接口。PCI總線接口與主機板的PCI總線擴展槽連接，外加總線接口與外部功能設備連接，非易失性存儲器接口與配置存儲器連接;符合I2C串行總線標準，配置存儲器通常是串行E2PROM，容量從128字節到65 526字節;數據傳送在PCI總線與外加總線之間進行。與S5933一樣，S5920為設計者提供了與PCI總線相邊的靈活易用的方式。通過S5920，復雜的PCI總線被轉換成易于使用的8/16/32位用戶部，即外加總線。S5920有信箱和直通通道2種傳輸方式，并為2種方式提供了完備的操作寄存器完成各種定義和設置。

　　1.2 主控設備

　　(1)PCI9054

　　PCI9054是由美國PLX公司生產的先進的PCI I/O加速器，采用了先進的PLX數據流水線結構技術，是32位、33MHz的PCI總線主I/O加速器;符合PCI本地總線規范2.2版，突發傳輸速率達到132MB/s，本地總線支持復用/非復用的32位地址/數據;有M、C、J三種模式;針對不同的處理器及局總線特性可選，盡量減少中間邏輯;具有可選的串行E2PROM接口，本地總線時鐘可和PCI時鐘異步。PC9054內部有6種可編程的FIFO，以實現零等待突發傳輸及本地總線和PCI總線之間的異步操作;支持主模式、從模式、DMA傳輸方式，因其強大的功能可應用于適配卡和嵌入式系統中。PCI 9054是一種性比高的PCI橋路芯片，比PCI9080、PCI9050等性能更優越。

　　(2)PCI9056

　　具有32位、66MHz的PCI總線以及局部總線操作，是目前最先進的32位通用主控芯片;內部還是基于原有的9054技術架構。與9054相比，有以下特點：a.含有1個PCI仲裁器，支持7個外部主控設備，針對Compact PCI(含有7個插槽)的設計是足夠了。B.2個獨立的DMA通道：每個通道含有1個雙向的深度為64長字(256字節)的FIFO。C.差分讀寫數據。d.用有效位旗語描述符控制動態DMA振鈴管理。e.增強的M模式功能，能提供PowerQUICC超出原有16字節長度限制的突發傳送。f.對于主控方式，有2個獨立的讀(32長字)寫(64長字)FIFO;對于目標模式，也有2個響應同樣深度的FIFO;并有可編程的讀信號超過報告及其恢復。g.符合PICMG 2.1熱交換技術規范，包括電壓偏移容錯、預充電功能與預置不支持響應功能，支持PCI電源管理rl.1，含有D3cold電源事件中斷，符合Windows 98和Windows2000系統設計的需求，h.可應用于嵌入式主機的復位和中斷引腳設置功能。i.JTAG邊界掃描。j.256-FPBGA封裝(17mm×17mm，1.0mm)，2.5V的CMOS芯核電壓，對3V和5V的I/O信號電平容錯。

　　PCI9056與9054的寄存器兼容，易于實現設計的平滑轉換。

　　(3)CY7C09449PV

　　CY7C09449PV-AC是Cypress公司提供的符合PCI2.2總線規范的功能完善、價格低廉的雙端口RAM接口芯片。其中一個端口是PCI接口，適合與PC機通信;另一個端本地接口，適合與各類本地CPU通信，其總線通信時鐘速率可達50MHz，2個端口均可以獨立讀/寫靜態存儲器SRAM。其主要特點如下：a.完全兼容PCI規范2.2版;b.128Kbit雙向靜態SRAM;c.可作為主/從設備進行數據的傳輸，支持PCI突發方式及DMA操作;d.具有I2O(智能輸入/輸出)功能，當I/O單元工作時包含4組32位FIFO、終端寄存器及部分SRAM用于一般存儲目的;e.可作為主橋接口;f.單一3.3V電源供電，對3V、5V信號電平容錯;g.可通過I2C總線對芯片進行初始化配置，并把設置參數存于非易失性NVRAM;h.由4個FIFO和1個中斷寄存器構成I2O消息單元;i.可直接與多種處理器連接，減少了邏輯部件;j.局部總線時鐘可達50MHz。k.160腳扁平方形塑封。仲裁加上等待的方式，允許兩邊CPU在指令級共享SRAM，允許兩邊的CPU相互通過中斷交換信息，還允許通過狀態信號相互同步。該芯片不含有總線仲裁功能(這一功能是標準PC及嵌入式系統所必需的)，可以請示獲取PCI總線控制權。

　　CY7C09449PV-AC可以直接與許多處理器連接，省卻了粘著邏輯部件，可以采用總線。

　　2 選用分析

　　在眾多通用的PCI接口芯片中，最后選用了PCI9054。原因如下：①目前AMCC公司的S5920、PLX公司的PCI9052/50等芯片已在市場上廣泛應用，它們的優越性主要是實現了PCI目標設備的功能，并提供了與ISA總線信號兼容或時序相似的本地總線信號，是從ISA到PCI總線平臺平滑過渡的最佳選擇;但它們都不支持PCI2.2協議，無論是操作速度還是傳輸帶寬在性能上已屬落后，而且從DSP和適配卡的發展方向來說，3.3V低電壓的信號環境是更主流的選擇。②如果只是與局總處理器相連，采用CY7C09449PV-AC將是上佳之先;但由于本系統各功能模塊作用不同，與主機交換信息的方式不同，不能同時共享CY7C09449PV-AC的右邊接口，因此不選用;③信號產生模塊中的DSP在需要的時候，也會發起傳輸，所以，決定采用主/從控制器更好些。我們所研制的這套檢測設備是將根據設定的參數而產生的仿真的回波信號數據流，當每次收到啟動脈沖時，將預存數據傳入處理模塊中，同時DSP預備產生下一次所需的回波信號，這樣對數據流的速度要求就不是很高，所以選擇了PCI9054。PCI9054也是目前業界設計適配器選用的主流芯片。PCI9054以其強大的功能和簡單的用戶接口，為PCI總線接口的開發提供了一種簡潔的方法，設計者只需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。而且由于PCI9056、PCI9656與它的兼容性較好，將來很容易將設計性能提升到64位或64MHz操作，目前已將PCI9054用于實際設計中。

　　結束語

　　每當要開始一個工程項目設計時，首先要搞清楚的是該項目所要完成的性能指標，然后再確定具體的實施方案。在成本預算允許的情況下，當然要選用當前最先進的芯片，同時也要考慮到采用這種產品的設計在未來的可擴展性、易維護性、升級成本等;另一方面也不能盲目采用所謂“高性能”產品。“高性能”產品往往集成了很多功能，而且“高性能”的體現還要整體系統性能的配套提高，或者設計指標本就不高，這樣選用的“高性能”芯片只會造成資源浪費，也許隨之來還有應用的復雜性。總之在考慮同類產品的選用時，要以盡量提高產品的性價比為宗旨。在這方面，PLX為了使產品開發風險降到最低并降低成本，提供了支持PCI9054的軟件開發套件(SDK)和參考設計套件(RDK)，這些套件可讓設計者快速地將設計推向生產線。當然，產品的更新換代速度、價格、供貨期等這些也都是需要考慮的方面，同時參考一些成熟的產品設計，也能提供一定的參考作用。