PCI 9052及其在通用网络控制卡设计中的应用

摘 要：本文简要介绍了PCI协议从模式接口芯片PCI9052特点，并说明了EEPROM配置注意事项。最后结合51单片机将其应用于通用网络控制卡设计课题,介绍了控制卡工作原理，并给出了软硬件结构设计。

关键词：PCI总线，PCI接口芯片9052,WDM

1、前言

　　PCI（Peripheral Compornent Interconnect,即外围部件互连）总线是一种能为主CPU及外设提供高性能数据总线的局部总线。目前已经成为最流行的、也是最有发展前途的计算机系统局部总线[1]。相应的，计算机应用领域的各种功能扩展卡也必将逐步发展为PCI标准的扩展插卡。以INTEL为首的多家集团开始设计的PCI总线，其V2.0规范于1993年4月正式发布。PCI总线具有严格的规范，这就保证了它具有良好的兼容性，符合PCI规范的扩展卡可插入任何PCI系统可靠地工作。一个PCI接口包括一系列的寄存器，这些寄存器中的信息允许计算机自动配置PCI卡。

　　目前，实现PCI接口大体有两种方式：使用可编程器件或专用芯片。由于PCI总线协议非常复杂。开发PCI扩展板若使用可编程逻辑阵列芯片来完成PCI协议的执行，其工作量和难度都是巨大的，一般都会选用PCI专用接口芯片。下面介绍PCI9052接口芯片及其在通用网络控制器中的应用。

2、PCI9052芯片简介

　　PCI9052是PLX技术公司为扩展适配板卡推出的能提供一种混合的高性能PCI总线目标（从）模式的接口芯片。其主要特点如下：

　　（1）遵照PCI2.1规范的从接口芯片，支持低成本从属适配器;（2）双向FIFO,可实现高性能的零等待突发式数据传输;（3）最多可达5个局部地址空间和4个芯片组。（4） 支持Big/Little Endian编码字节的转换; （5）支持复用或非复用模式的8、16或32位的局部总线;（6）局部总线与PCI时钟异步。（7）串行EEPROM提供PCI总线和局部总线部分重要配置信息; （8）PCI锁定机制，PCI主控设备可以通过锁定信号独占对PCI9052的访问。（9）PCI总线传输速率达132Mb/s。（10）低功耗CMOS,160脚PQFP封装。

　　PCI9052为适配板提供了简明、高性能的PCI总线从接口，能快速、廉价的将ISA器转换为PCI总线。同时，PCI9052能加快适配板上的数据传输率，由ISA的8MHz、5Mb/s提高到33MHz、132Mb/s。可与多种局部总线相连，并且支持相对较慢的局部总线。

3、PCI9052芯片在通用网络控制卡中的应用

　　PCI9052接口芯片作为通用PCI接口，其应用场合和范围是广泛的。随着PC机中ISA扩展槽数量的逐渐减少直至取消，PCI扩展槽已成为PC机主板配置的主流。本文设计的通用网络控制卡，主要由一片自制双口RAM（由6264和ISPL1032E组成）、PCI9052、51单片机以及一些外围器件构成。该控制卡的核心功能是：由RS-485进来的数据通过PCI卡，送微机进行数据处理，需显示部分通过RS-232由51单片机控制液晶实现显示功能。

　　3.1工作原理

　　在本设计中，采用控制能力较强的单片机来执行数据流的控制，高速的PC机进行数据处理。由于PCI9052对PCI总线没有直接的主控能力，对内部寄存器的操作是通过PCI总线上的主机或串行EEPROM来实现的。9052通过EEPROM（93CS46）读取配置信息，初始化内部寄存器。在9052和89C51通信过程中，自制双口RAM将89C51接收到的数据交给PC机处理，同时，PC机需要显示或通信的数据也通过双口RAM送给89C51。考虑到成本以及本卡的体积，本设计采用Lattice芯片ispLSI1032E自制双口RAM及控制接口。当9052和89C51访问共用RAM6264时，用ispLSI1032E实现总线隔离，将数据、地址总线和读写及片选信号隔离，同时设计仲裁电路以保证对存储器的分时访问，避免由于双方同时访问造成总线竞争。本设计电路中采用利用中断口（9052 LINT1、89C51 INT0）来完成竞争仲裁电路。LATTICE实现总线隔离、地址锁存及分时复用89C51的单个串口，从而控制RS232或RS485与外界通信。

　　3.2 EEPROM配置

　　配置空间的可靠、稳定实现是PCI扩展卡设计的核心问题。一次设计的成功与否，配置空间起着关键性的作用。它决定了用户扩展卡能否被操作系统识别、能否“即插即用”，决定着软件驱动程序开发的方便程度。

　　可以使用三种方法配置PCI9052的EEPROM, 方法一：烧写串行EEPROM方法。使用烧写器，将数据写入串行EEPROM，适当修改9052数据手册EEPROM默认值以满足实际需要。方法二：热配置方法。从PCI总线通过PCI9052芯片使用方法一的相同数据来烧写串行EEPROM。方法三：使用由PLX公司提供的软件PLXMON来直接配置。

　　在硬件调试过程中，某方面的考虑不全，都能引起硬件调试失败，本设计配置注意事项:

　　1.由于和51单片机协同工作，PCI9052设置为不支持突发方式，其局部总线被设置成非总线复用（MODE引脚接地）和8位宽度（在LASXBRD控制寄存器中设置）。

　　2.PCI9052必须设置为Little Endian模式，而且LRDY#输入必须被使能，而BTERM和BURST必须被禁止（通过LASXBRD控制寄存器实现）。

　　3. 空间0分配给LOCAL端的内存存取，空间1分配给LOCAL端的I/O存取。其基地址和空间范围根据实际配置（通过CSXBASE控制寄存器实现）。

　　4.提供的地址和I/O空间可根据实际需要通过CS相应选择。

　　5.串行EEPROM一定要选用支持连续读写的芯片型号,9052才能实现正确读写。

　　3.3硬件设计

　　控制器硬件电路结构图如图1所示。

　　电路分为四部分。第一部分是9052与PCI插槽间的连接信号线。这些信号包括地址数据复用信号AD[31:0],总线命令信号C/BE[3:0]#和PCI协议控制信号PAR、FRAME#、STOP#、TRDY#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#、INTA。尤需注意的是PSNT1、PSNT2必须至少有一根接地，这样系统才能找到PCI卡,在本设计中本地芯片没有提供TRDY#信号，9052的对应脚IRDY#必须接地，否则系统就会死机，永远等待那个IRDY#信号有效才读取数据。第二部分是与串行EEPROM的连线。这里有四根信号线：EESK、EEDO、EEDI和EECS。第三部分是9052与应用电路的连接。在本设计中主要用到的是本地端局部总线信号，有数据线LAD[7:0]，地址线LBE[1：0]、LA[12：2]，读写信号线WR#、RD#，本地端准备好输入信号线LRDYI#，由于本设计中本地芯片无需申请总线控制，9052的LHOLD信号接地。第四部分是双口RAM与C51电路的连接。本设计ispLSI1032E不仅提供隔离总线的I/0口，还实现了地址锁存、控制功能，极大地提高了设计的灵活性。89C51的P1.1控制6264的总线，当P1.1为1时，89C51占用总线，这时PC机可以通过读偏移量为3FFFH单元上的内容来产生一个中断信号来向89C51申请6264的总线控制权;而P1.1为0时，PC机占用6264的总线，89C51可以通过P1.2申请PC机中断，以使9052释放6264总线控制权或直接置P1.1为1占用6264总线。P1.0通过设计ispLSI1032来实现控制89C51的串口的分时复用问题的，P1.3控制RS584的收发转换。

　　3.4软件设计

　　完成通用网络控制卡硬件方面的设计，为了实现该卡与计算机的通信，还需要开发PCI设备驱动程序。WDM （Windows Driver Model）是 NT3 . 51和NT4. 0内核模式设备驱动程序模型的扩展形式 ,是为基于 Win98和 Win2000的设备驱动程序提供的一种新的开发模型。本设计使用开发工具WINDRIVER大大简化了驱动程序的开发。通过DiverWizard开发者很容易生成驱动程序框架，同时，WINDRIVER和VC++有很好的接口。生成驱动框架后在Microsoft Visual C++ 6.0中就可以通过在工程项目中加入9052_lib.c, 在应用程序开头#include"9052_lib.h",并添加特定的驱动代码完成驱动编写。下面是驱动程序主函数的部分代码：

　　…

　　if （!PCI_Get_WD_handle（&hWD）） return 0;

　　WD_Close （hWD）; //确定驱动是否装上

　　hMy9052 = PMy9052_LocateAndOpenBoard（0x10b5, 0x9050, fUseInt）; //打开9052设备

　　PMy9052_ADDR ad_sp = P9052_ADDR_SPACE0;

　　ad_sp =＊PMy9052_GetAddrRangeName（PMy9052_ADDR addrSpace）;//得到有效的映射空间

　　data = MYDIVER_ReadByte（hMYDIVER, ad_sp, Offset）; //读特定存储位置的值

　　MYDIVER_WriteByte（hMYDIVER, ad_sp, Offset,data）; //data值写入存储空间

　　…//数据处理

　　WD_Close （hWD）; //结束

　　为了使用WDM驱动程序 ,需要在开始→设置→控制面板→添加 /删除硬件向导中选择“下一步”,然后选择“添加新设备” ,在查找新硬件页中选择“否 ,我想从列表中选择硬件” ,在硬件类型页中选择“其它设备” ,在选择一个设备驱动程序页中选择“从磁盘安装”按钮 ,接着选择设计好的INF文件即可。INF文件负责复制WDM驱动程（MY9052.SYS）到Windows 98路径下的SYSTEM\DRIVERS文件夹 ,并根据INF文件中的设定分配硬件资源。本地端89C51采用汇编语言控制液晶显示，卡外数据采集及其与PC机的通信。总体主程序流程图如图2所示。

4、结论

　　实践证明，本课题开发的网络控制卡，实用性强，可靠性好，并具有良好的可扩展性。在设计电路中，采用LATTICE自制双口RAM及控制仲裁电路，减少了许多相应的外围器件，使成本有了大幅度的降低。本文使用驱动开发工具Windriver 5.05 ,并借用了VC++6.0集成环境,设计的驱动程序与Windows 98操作系统完全兼容 ,工作正常且稳定。利用此WDM驱动程序,可以实现Windows 98环境下网络控制卡采集数据的正确处理。

参考文献

　　[1] Tom Shanley Don Anderson 著 刘晖等 译 PCI系统结构（第四版）. [M]. 北京：电子工业出版社，2000：C1-C4.

　　[2] PLXTechnology.9052 Data Book[M].Version 2.0. 09,2001.

　　[3] 李贵山.PCI局部总线开发者指南 [M ]. 西安:西安电子科技大学出版社,1997:1-200 .

　　[4] [美 ]Chris Cant Windows WDM设备驱动程序开发指南[M] 孙义，马波，国雪飞等 北京：机械工业出版社，2000