基于PCI9656和MAXII EPM1270实现数据接收卡的应用方案

    PCI9656支持66Mhz、64bit的PCIR2.2规范，提供了兼容PICMG2.1R2.0规范的CompactPCIHotSwap接口，其局部总线达到66MHz、32bit（支持0“66MHz、8/16bit），可为PCI（CompactPCI）适配器及嵌入式系统设计提供高性能的总线接口。PCI9656的配置寄存器与PCI9054、PCI9056兼容，也方便了原有设计的移植。

    PCI9656具有6条独立的数据通道，用于DirectMaster、DirectSlave以及DMA功能模式下的数据传输，其深FIFO设计有效提升了总线的突发传输性能。

    1DirectMaster模式。用于局部总线到PCI（CompactPCI）的数据传输，16QWords（128byte）和32QWords（256byte）的FIFO各应用于数据的读、写通道。

    2DirectSlave模式。用于PCI（CompactPCI）到局部总线的数据传输，16QWords（128byte）和32QWords（256byte）的FIFO各应用于数据的读、写通道。

    3DMA模式。PCI9656提供了两条DMA通道（Channel0、Channel1），使用了两独立的32QWords（256byte）双向FIFO。两条DMA通道可同时传输数据，通过PCI9656的MARBR寄存器可配置其优先级关系。PCI9656的DMA方式有常规的块模式（Blockmode）和集散模式（Scatter/Gathermode），而且支持以DREQ#、DASK#信号请求、应答的命令模式（Demandmode），可应用于通信领域中的实时数据传输。

    在局部总线端，PCI9656简化了数据的传输控制逻辑，与ISA总线类似，方便了传输控制的设计实现。PCI9656的局部总线有三种应用模式，可以适用不同的嵌入式处理器。

    1M模式。支持Motorola32bit的处理器，提供了可与MPC850、MPC860PowerQCICC直接相连的接口。

    2C模式。适合大多数处理器的通用模式，在设计中多采用此模式。

    3J模式。与C模式类似，但其地址线与数据线复用。

    2数据接收卡设计

    PCI9656片内资源丰富，功能多样，采用PCI9656为接口芯片，可方便地进行PCI（Compact）适配器的设计。而在PCI9656的局部总线端，往往不需要实现其全部逻辑功能，可依据需要选取配置，更进一步简化设计。

    图1是应用PCI9656的CompactPCI数据记录卡的设计框图，此数据接收卡应用于一款合成孔径雷达的数据记录器中，数据源为34bit的差分信号，32bit数据，1bit采样时钟，1bit数据有效标志位。图1中：时钟驱动ICS553向PCI9656、逻辑控制模块和FIFO提供同步时钟信号；初始化配置芯片采用Microchip93LC56B，PCI9000系列提供3线的E2PROM串行接口，可在系统上电时初始化内部配置寄存器；差分到单端信号的转换经由Ti公司的LVDT386和390完成；FIFO采用了IDT公司所设计的高速、低功耗的72T36135M，数据容量为512K×36bit，使用易于级联的FirstWordFollowThrough工作模式；逻辑控制部分采用Altera的MAXIIEPM1270，实现FIFO到PCI9656局部总线间的数据传输控制。

    基于PCI9656和MAXII EPM1270实现数据接收卡的应用方案

    2.1PCI9656的设计应用

    在CompactPCI端，PCI9656提供了66MHz、64bit总线应用所需信号，可依据CompactPCI规范连接，通过简单的外部电路，可实现HotSwap功能。

    在局部总线端，采用了PCI9656的C模式。在C模式下，PCI9656的局部总线可配置实现三种数据传输逻辑。（1）Singlecyclemode。每次传输1个数据（8/16/32bit），默认的传输模式。（2）Burst-4mode。每次4个数据，应用Inteli960与IBMPPC401处理器时的推荐模式。（3）Continuousburstmode。多数据的连续突发传输模式，提供了  的数据吞吐量。在传输过程中，从设备（Slave）可通过Bterm#信号停止传输过程。模式2与模式3只选其一，模式1始终可用。在数据接收卡中，采用了连续突发（Continuousburst）模式，可以有效的利用局部总线带宽。

    分析接收卡的设计：局部总线端无处理器，PCI9656在此端为主设备（Master），始终占用总线，负责逻辑控制的CPLD为从设备（Slave），始终响应PCI9656。数据传输过程只利用了PCI9656的DirectSlave和DMA模式，，而且不需DMA的命令模式，运行过程中数据通过FIFO单向传输，不需解码地址信号，对CPLD的控制可通过向其写命令码完成。因此，可以对PCI9656的许多信号简化处理，只需实现如下信号的时序要求：

    LD［31:0］，32bits数据信号。

    ADS#，总线操作的开始标志。

    Blast#，突发传输的结束标志。

    LW/R#，写/读信号。

    Wait#，主设备暂停传输信号，信号无效标志主设备正常。

    Ready#，从设备操作完成信号，信号有效标志从设备正常。

    EOT#，数据传输异常中止信号，用于FIFO溢出或空时中断数据传输。

    Lint#，中断信号输入，用于引起CompactPCI总线端的中断。

    LRST#，局部总线端重置。

    信号经简化后，在正常的读写操作中，只需要处理ADS#、Blast#、LW/R#、Wait#、Ready#与数据的逻辑关系，Singlecycle可认为是Continuousburst的特例，从而将两种模式下的逻辑时序统一处理。正常操作中，ADS#、Blast#、Wait#、Ready#需满足的逻辑关系如图2所示：

    图2中，ADS#、Blast#、Wait#信号由PCI9656驱动，LW/R#（图2中未标出）也由PCI9656驱动，在整个过程中处于低或高，标志PCI9656对总线的读或写操作。Ready#由CPLD驱动，Data为双向信号。CPLD空闲状态时监测ADS#信号，一旦ADS#有效，则根据LW/R#转入读或写操作。读操作中，CPLD将FIFO数据读出，同时将Ready#置为有效状态，需监测Wait#，Wait#无效时，才可继续读取下一数据；写操作中，CPLD需将Ready#置为有效状态，监测Wait#，Wait#无效时，CPLD才可完成总线上数据的写入；当CPLD检测到Blast#、Wait#、Ready#均为有效状态时，便完成  一个数据的传输操作，转至空闲状态。

    实现上述的数据传输逻辑，再加上适当的异常情况和测试转换控制，便可设计CPLD的逻辑控制模块。

    2.2MAXIIEPM1270应用

    MAXII系列是Altera公司的新型架构CPLD，与传统架构的CPLD相比，MAXII的功耗和成本大幅降低，资源密度和性能却显著提升，非常适用于接口间的控制协议转换。设计中采用了MAXII的EPM1270型号CPLD，其设计结构如图3所示。MAXIIEPM1270内部主要分为逻辑控制、测试、FIFO三个模块：

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    1FIFO采用Altera提供的IP核实现，容量可根据资源利用情况调节，使用FWFT（FirstWordFollowThrough）模式，为CPLD提供与外部FIFO简便的接口。

    2测试模块产生测试数据，控制数据通道在真实数据源与测试数据源间切换，在测试接收卡时使用。

    3逻辑控制模块内有异常和测试控制、状态转换控制两部分，通过一个8bit寄存器进行通信。（1）寄存器控制CPLD的测试模块、状态选择，同时记录FIFO的状态变化。（2）异常和测试控制部分依据状态寄存器内容控制测试模块，监测FIFO的溢出、半满、空等状态，产生Lint#信号或通过控制寄存器传递到状态转换控制部分，使之有效EOT#，中断数据传输。（3）状态转换控制部分执行局部总线的数据读写逻辑，建立了四个状态：S0，空闲状态；S1，数据读状态；S2，寄存器读状态；S3，命令写状态。S0状态下根据LW/R#信号和寄存器内容确定向S1、S2、S3状态的转换。S1状态下读取FIFO数据，根据FIFO状态产生异常中止信号EOT#。S2状态下读取8bit寄存器内容。S3状态下向8bit寄存器写入命令码来改写和重置其相关比特位，从而控制CPLD的测试模块，切换S1、S2状态，清空FIFO。

    通过上述设计模块，MAXIICPLD便可在PCI9656与IDT72T36135M之间建立一个简捷的数据传输通道。

    3结束语

    PCI9656采用了PLX公司业界  的数据通道架构技术，其丰富的功能为高速的PCI（CompactPCI）总线应用提供了简捷的I/O设计途径。文章介绍了采用PCI9656作为PCII/O设计的一款应用于66Mhz、64bitCompactPCI总线系统的数据接收卡。本文作者创新点：1将PCI9656应用于66Mhz、64bitCompactPCI总线系统，满足高速数据传输的要求。2采用CPLD内建FIFO的IP核实现FIFO与PCI9656的接口连接，优化了CPLD的转换逻辑。