使用DSP加速PCI接口产品的开发

使用DSP加速PCI接口产品的开发作者：南京电子技术研究所（210013）林振华来源：《电子技术应用》摘要：一种基于PLX公司的PCI接口芯片的辅助开发工具，可极大地方便PCI产品的硬件调试，以及驱动程序和应用软件的开发。给出了一个以PCI9052为接口芯片的图形控制器的开发实例，以及在Windows操作系统下如何调用SDK中的API函数。关键词：PCI桥PCI9052芯片SDKVC++6.01PCI总线和PCI桥接芯片PCI总线就一种目前较为流行的、先进的高速同步总线。它的历史较短，正式的2.2版本于1999年2月发布。其优点在于能够满足设备之间实现快速访问，因为PCI总线的全部读写传送都可以用突发方式进行，且总线速度可达33/66MHz，数据宽度为32/64bit。此外，低功耗以及与处理器无关也是其优点。PCI有三个相互独立的物理空间：存储器地址空间、I/O地址空间和配置地址空间。配置空间用于访问PCI设备的配置寄存器，以完成启动时的初始化，并由配置软件给PCI设备分配存储器和I/O地址空间。由于PCI总线协议较为复杂，在设计具有PCI接口的产品时，如果CPU或MCU没有PCI接口，一般采用专用的桥接芯片，或者是可嵌入PLD中的IP核来实现PCI协议。Altera、Xilinx等PLD生产厂商大都提供可以嵌入自己产品中的支持PCI协议的IPCore，使用起来较为灵活，但是对应用者的要求也较高。采用专用PCI桥芯片，可以让工程师工必精通PCI规范的各种细节，甚至不需完全了解PCI总线的时序，只要理解了桥电路的局部总线的性能，就可以顺利地进行PCI产品的设计开发，不失为一种低成本、高效率的解决方案。主流的PCI桥芯片主要有AMCC公司S593X和PLX公司的PCI9050、9054、9060等。其中PLX公司为其产品还提供一套软件开发工具包SDK，它可以很好地帮助工程师进行硬件调试，并大大简化PCI设备驱动程序及应用软件的编制。2用PCI9052构成的PCI接口电路按照是否具有控制总线的功能，可以将PCI的设备功能划分为主设备（Master）功能和目标设备（Target）功能，总线上可以有多个具有Master功能的设备，因此PCI是一个独立于CPU的总线。PCI9050、9052、9030是PLX公司生产的具有完全Target接口功能的PCI桥接芯片，支持32位、33MHz即132MB/s传送速度的PCI总线规范。其中PCI9030是最新推出的，支持高达60MHz的局部总线时钟，并具备热插拔功能。PCI9052集成了一个与标准ISA兼容的总线接口，简化了接口电路的设计，应用较为方便。图1是以PCI9052作为PCI桥的图形控制板的接口逻辑电路框图。与PCI9052接口的是一个具有二维图形显示功能的图形控制器TMS34010。它拥有一个16位的I/O映射功能的主机接口（HPI），通用ISA总线的时序就可以满足其要求，因此利用PCI9052的ISA端口可以非常简便地实现图形控制器与PCI总线的接口，并且由于只需要I/O接口操作功能，不需要ISA标准的存储器读写功能，所以许多不需要的相关信号可以被省略。图1中CPLD中的逻辑电路是将ISA地址线进行HPI端口的译码，并与读写选通（IOWR、IORD）相或产生主机片选HCS选中TMS34010。由于PCI9052的ISA接口不是芯片上电后的缺省状态，所以还要对硬件进行预先设备。首先，将PCI9052的MODE引脚接地，设置成非复用总线方式；然后对串行EEPROM进行预编程，也就是对芯片内部的寄存器进行设置。由于PCI9052的ISA模式已指定将局部总线的CS0分配给了ISA的存储器地址空间，CS1分配给了ISA的I/O地址空间，所以要对CS0、CS1对应的两组相关寄存器进行设置。其中LAS0RR、LAS0BA、CS0BASE用于设置PCI到ISA的存储器地址空间的映射；LAS1RR、LAS1BA、CS1BASE用于设置PCI到ISA的I/O地址空间的映射；LAS0BRD、LAS1BRD用于将时序设置成能满足ISA总线的要求。此外，须将INTCSR寄存器的第12位置成ISA模式，还要设置CNTRL寄存器，将第138、139脚置为ISA总线输出信号IORD、IOWR。3使用SDK实现PCI设备的驱动和应用软件的开发要完成对PCI设备产品的开发和调试，相关的软件调试工具是必不可少的。PLX公司的SoftwareDevelopmentKits(SDK)就是这样一个功能较为完善的工具包。3.1SDK软件包的内容和特点SDK软件包主要包括以下内容：（1）Windows98/NT/2000兼容的设备驱动程序和以此为基础的HOSTAPI库函数；（2）一个Windows下的调试应用软件PLXMon，它可以对PLX公司的所有PCI接口芯片进行配置和操作，使用非常方便；（3）可以支持多种嵌入式CPU的LocalAPI库函数；（4）可以支持VxWorks、Linux、pSOS等多种RTOS的BSP。其中（3）、（4）项是专业版SDK-PRO的内容，对于在嵌入式实时操作系统（RTOS）上开发具有嵌入式CPU的PCIMASTER设备是很有帮助的。而在Windows操作系统上开发PCI的TARGET设备，（1）、（2）项即可满足要求，而且利用SDK的HOSTAPI就可方便地进行设备驱动程序的开发。3.2使用SDK开发步骤将PCISDK安装后，Windows的驱动程序就已被放置在SDK的目录下，插入PCI设备后上电，操作系统自动搜索到新的PCI硬件，并且识别出PLX接口芯片的型号，要求安装驱动程序，将SDK的相应目录给出，便自动完成安装。如要进行硬件调试，PLXMon是一个使用简便的基于Windows98/NT/2000操作系统的调试工具。它可以查看和修改PLX公司的PCI桥芯片内的所有寄存器的值，并支持FLASH和EEPROM编程，可极大地方便硬件的调试。而要开发用户自己的设备驱动或应用程序，还需要Microsoft的WindowsDDK和VisualC/C++6.0；步骤如下：1、将PLX公司的SDK包含在工程目录下；2、程序中要设置PCI_CODE和LITTLE_ENDIAN宏定义；3、包含头文件PlxApi.h；4、将PlxApi.lib插入到工程中去；5、调用PLX公司的API函数完成相应的功能操作。3.3实例说明下面是一段在VisualC++6.0环境下编写的代码，仅为了说明如何在计算机局部总线上调用SDK的API函数对上设备进行I/O读写等基本操作，这也是编写一个设备驱动程序的基础。为了节省篇幅，省略了程序中变量和函数的详细说明部分，具体可参考文献[4]。PlxPciDeviceFind(&Device，&DeviceNum)；//首先在PCI总线上寻找PLX公司的PCI接口芯片，获得一个指向DEVICE_LOCATION类型的指针变量Device；rc=PlxPciDeviceOpen(&Device,&hDevice);//打开这个设备，获得一个句柄hDevice；PlxChipTypeGet(hDevice，&ChipType，&Rivision)；//通过句柄读出芯片的型号；port=PlxPciConfigRegisterRead(Device.BusNumber,Device.SlotNumber,0x1c,&rc)；//利用获得的设备总线和插座的序号信息定位该设备，并调用函数读取PCI9052内部寄存器关于该设备被分配在PCI总线上I/O空间的端口地址（0xlc是要读的PCIBAR3寄存器的地址偏移量）；prot=port&～(10)；//清第零位，得到真正的端口其地址；rc=PlxIoPortRead（hDevice,port+0x2b0,BitSize16,&RegValue）；//将基地址加上偏移地址，读取局部总线扩展端口的数据，写操作与此类似；……PlxPciDeviceClose(hDevice)；//程序结束时，与PlxPciDeviceOpen()相对应，释放该设备本文介绍的只是最简单的应用SDKAPI库的步骤和方法。目前3.2版SDK提供的API库函数功能已非常完善，可完成PCI总线上的包括存储器、I/O和配置寄存器的读写、中断响应以及DMA通道等要求的各种功能，完全可以满足应用软件开发的需要。SDK最大的优点是使用方便简单，不过它只是面向PLX公司的PCI接口芯片的开发工具，不能做到与芯片无关；另外，它提供的API库只是基于Windows操作系统的，并且要预先安装在提供的各类芯片的驱动程序，然后通过DLL的调用来实现驱动，因此无法开发运行在核心态的真正的VxD。这些是它的局限性。