简易通用型PCI接口的VHDL-CPLD设计
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2020-12-10
05:43:30
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简易通用型简易通用型PCI接口的接口的VHDL-CPLD设计设计
摘要：从PCI时序分析入手，重点阐述了PCI通用的状态机设计，说明了用VHDL语言来实现本PIC通信状态机的
软件设计以及进行MaxPlusII验证的程序和方法。用该方法所设计的接口既可支持PCI常规传输，又可支持PCI猝
发传输。 关键词：PCI时序 CPLD器件 状态图 VHDL语言 PCI猝发传输用CPLD设计所构成的CPI接口系统具有
简洁、可靠等优点，是一种行之有效的设计途径。很多技术杂志和网站上，都有不少用CPLD设计PCI常规传输
系统的文章。但用这些方法在MzxPlusII、Fundition等环境下进行模拟仿真时，其产生的时序往往与PCI规范有
很大出入。虽然Altera
摘要：摘要：从PCI时序分析入手，重点阐述了PCI通用的状态机设计，说明了用VHDL语言来实现本PIC通信状态机的软件设计以及
进行MaxPlusII验证的程序和方法。用该方法所设计的接口既可支持PCI常规传输，又可支持PCI猝发传输。
关键词：关键词：PCI时序 CPLD器件 状态图 VHDL语言 PCI猝发传输
用CPLD设计所构成的CPI接口系统具有简洁、可靠等优点，是一种行之有效的设计途径。很多技术杂志和网站上，都有
不少用CPLD设计PCI常规传输系统的文章。但用这些方法在MzxPlusII、Fundition等环境下进行模拟仿真时，其产生的时序往
往与PCI规范有很大出入。虽然Altera等公司推出PCI核可以直接使用，但这样的内核占用CPLD资源较多，且能适配的器件种
类少，同时价格也高，在实际设计应用中有很大的局限性。因此，使用通用型CPLD器件设计简易型PCI接口有很大的现实意
义。在Compact接口的CPLD设计中，笔者根据PCI总线传输时序来进行状态机构造，并使用VHDL语言进行功能模拟和定时
分析，从而达到了预期目的。用该方法设计的CPLD-PCI接口既可支持PCI常规传输，也可支持PCI猝发传输，而且在系统编
程和下载器件方面，效果也都很好。
1 典型的典型的CPLD-PCI接口模型简介接口模型简介
用CPLD作PCI接口所构成的系统模型如图1所示。这里，CPLD/FPGA用于完成PCI主/从传输时序的逻辑构成与变换，并
对双口RAM进行适当操作。在整个系统的设计中，CPLD常常使用PCI总线的33MHz时钟，双口RAM常常选用高速器件来简
化PCI传输的逻辑设计。
2 PCI总线传输时序分析总线传输时序分析
PCI总线传输至少需要40多条信号线，包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输均由一
个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据的称为常规传输；一次传输一个地址和一批数据的称为
猝发传输。常用的控制信号有：帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备准备好信号TRDY、从设备选通信号
DEVSEL、命令/字节信号C/BE等。图2 和图3分别给出了PCI单数据段和猝发操作时的读写时序。
分析PCI总线的传输时序，可以看出，PCI总线传输有以下几个显著特点：
（1）每次数据传输时首先传出地址和命令字，从设备一般可从地址中确定是不是对本机的访问，并确定访问的首地址；
而从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作；
（2）读写访问只有在信号IRDY、TRDY、DEVSEL都为低状态时才能进行；
（3）猝发传输通常需要通过逻辑来实现地址的自动递加；
（4）主从设备中任一方没有准备好，操作中都需要能够引起等待状态插入的活动；
（5）系统通常在帧同步信号FRAME的下降沿诱发数据传输，而在上升沿指明只有一个数据或只剩下一个数据；
（6）读操作比写操作多一个中间准备过程。
图图2
3 基于基于CPLD的状态机设计的状态机设计
3.1 状态机的构造
根据对上述时序图的分析，完成一个简易PCI总线传输需要设计六个状态：S0～S5，其中状态S0标识PCI总线空闲时期；
状态S1标识地址与总线命令识别阶段；状态S2标识读操作入口的准备阶段；状态S3标识读/写访问周期；状态S4标识最后一
个数据传输阶段；状态S5标识操作中的等待时期。
3.2 状态功能的确定
各状态所应执行的功能如下：
状态S0～S2用于对PCI总线置高信号TRDY和DEVSEL；对双口RAM则置高片选信号CS，以使读/写信号处于读状态，此
时地址呈现三态。此外，在S1态还应依据地址信号来确定是不是对本机的选择，并识别是不是读或写操作。
状态S3～S4用于对PCI总线置低信号TRDY和DEVSEL；对双口RAM则产生片选信号CS、读或写信号，同时确定适当的
读写访问地址。
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