摘要：介紹了PCI總線擴展卡的設計思路和方法，并結合一個多功能CAN通信I/O卡的設計實例，介紹了PCI總線擴展卡的軟硬件設計流程，給出了一套快速可行的解決方案。

關鍵詞：PCI總線 PLX9052 設備驅動程序 Windriver

隨著計算機和控制技術的不斷發展，很多工程人員都選用PC機作為控制系統的操作平臺。為了能夠和外部設備通信，PC機上提供了外置的USB、串口、并口及內置的ISA、PCI等接口。PCI總線接口速度快，系統占用率低，有完備的即插即用（PnP）管理體制，是目前計算機插卡式外設總線的事實標準。

筆者設計了一塊PCI總線多功能CAN通信I/O卡，可以完成數字量I/O、CAN總線通信的功能。本文將根據筆者的實際經驗，介紹PCI接口擴展卡的軟硬件設計流程和一種快速開發方案。

1 PCI總線簡介

PCI總線標準由PCISIG（PCI Special Interest Group）制定，該組織的成員有Intel、IBM、DEC等公司。目前PC機中使用的PCI總線標準主要以PCI2.0為主，其頻率為33MHz，字寬為32bit，電源電壓為5V。新版的PCI標準向下兼容，并支持66MHz時鐘，字寬為64bit，電壓為3.3V。

PCI總線是一種時分復用的雙向應答總線，傳輸發起方稱為主設備，接收方稱為從設備。主設備用RFAME信號指示，從設備拉低它的DEVSEL線來表示響應傳輸請求。PCI總線的數據傳輸以幀為單位，每次傳輸由一個地址周期（Address Phase）和多個數據周期（Data Phase）組成，如圖1所示。AD0～AD31首先給出本次傳輸的首地址，后面緊跟一個或多個32位（4字節）寬的數據，多個數據的地址自動遞增。在地址周期，C/BE0～C/BE3這四根線的不同組合指示出在AD0～AD31上將要進行何種類型的操作，如C/BE0～C/BE3=0110表示存儲器讀，C/BE0～C/BE3=0011表示I/O寫。在數據周期，C/BE0～BE3對應AD0～AD31上四個字節的使能。IRDY和TRDY分別表示主設備準備好和從設備準備好。在傳輸過程中，只有IRDY和TRDY同時有效，傳輸才能繼續；否則插入等待周期，用于在不同速度的設備之間協調工作。

計算機的接口卡一般會用到I/O端口、存儲器空間、中斷及DMA等計算機資源。傳統ISA接口卡通過更改跳線來避免多塊卡之間的資源沖突，PCI接口卡則摒棄了硬件跳線，由軟件統籌分配資源，這被稱為即插即用。為實現此功能，PCI協議除了可以對I/O空間、存儲器空間讀寫外，還定義了對配置空間的讀寫（C/BE0～C/BE3=1010、1011）。所謂配置空間，是指映射到每塊接口卡上的256字節的特殊功能寄存器。設計者事先在配置空間的指定位置寫入需要申請使用的資源量，主板上電后，由PnP-Bios讀取各卡的配置空間，對它們所需的資源進行統籌分配，再將分配結果寫回對應的配置空間地址，完成自動配置。

2 PCI接口卡的硬件設計及調試

以筆者設計的PCI卡為例，使用SJA1000實現CAN總線通信功能，需要映射32字節的存儲器空間和一個中斷資源，在功能上屬于PCI從設備（Target-only Device）。SJA1000的對外接口電路可以直接與Intel8051、8096及ISA總線連接，但是不能與PCI總線直接連接，因此需要設備用于邏輯轉換的接口電路。

PCI接口電路的設計一般有兩類方法：一類是使用FPGA/CPLD等可編程器件開發邏輯轉換電路。根據實現功能的多少，所需的等效門密度約為5000～15000門，可自行編程或者購買已有“軟核”（IPCORE）的產品實現；另一類是使用標準接口芯片對PCI總線邏輯信號解碼。第一種方法開發成本高、難度大、周期長、測試設備昂貴，但是批量生產成本很低，適合大規模全定制或半定制ASIC的生產。第二種方法相對簡單、開發周期短、性價比合理，適合本方案采用。市場上的接口芯片供應商有PLX、AMCC、TI等公司。其中，PLX公司的接口芯片PLX9052價格便宜、供貨渠道暢通、功能適用，因此這里選用PLX9052。

采用PLX9052的接口卡在邏輯上可分成三個功能模塊：PCI接口部分、EEPROM部分和局部總線部分，如圖2所示。

PLX9052提供完備的PCI從設備支持，PCI接口部分的47根信號線可以直接與PCI連接器（俗稱金手指）連接。PCI連接器上有兩根特殊的引線PRSNT1#和PRSNT2#，它們不參與PCI協議操作，只用來告知主板該卡消耗的電功率。

PLX9052將PCI總線上的操作轉換為對局部總線的操作，即通過LAD0～LAD7、RD、WR、CS等對SJA1000的寄存器進行訪問。舉例來說，如果系統上電后分配給本卡的存儲器地址空間為F680 0000～F680 001F，那么當系統通過PCI總線訪問這個區域時，PLX9052會應答，并將其轉換為局部地址0x0000～0x001F，對應于SJA1000的32個內部寄存器。另外，PLX9052自身也有一些內部寄存器，它們被自動映射到另一片內存區域，可通過PCI總線直接訪問。

PLX9052提供三種類