嵌入式系统的PCI接口设计

摘 要：论述了PLX公司的64位、66MHz的PCI接口芯片PLX9656与Mortorola公司的嵌入式处理器MPC8260的PCI接口设计，阐述了嵌入式系统设计的原理及方法，同时介绍相关的开发设计工具。

关键词：嵌入式；PCI；硬联逻辑；接口设计；PLX9656；MPC8260

1引言

通常意义的计算机系统结构是以CPU为中心，再辅以存储系统和I／O接口构成。其功能主要用于数值计算和数据处理。而嵌入式系统是将CPU作为部件嵌入到系统中，此时的CPU并不是用于通用计算。嵌入式系统的主要特点是针对性强和实时性强、可靠性高、体积小、功耗低，可广泛应用于个人数字助理、数码相机、数字电视、通信、工业测控系统以及导弹控制等诸多领域。嵌入式系统的设计过程包括：需求论证、规格说明、体系结构设计、硬件和软件构件设计以及系统集成等。较好的方法是采用统一的建模语言（UML）来描述设计任务。这是一种面向对象的建模语言，它可将设计描述为许多交互的对象，这些对象对应系统中的软件和硬件。与嵌入式系统紧密相关的概念还包括实时操作系统（RTOS）、在片系统（SOC）和硬件描述语言（HDL）。所以说嵌入式系统的设计是一个"系统工程"。

　　以MPC8260为CPU，再加上PLX9656的64bit／66MHz PCI接口所组成的嵌入式系统有很高的性能，其数据吞吐量可达几百MB／S。其中MPC8260是MOTOROLA公司生产的具有603eTM核及通信处理模块（CPM）的高性能、高集成度CPU。它在片内集成了存储管理单元（MMU）、系统接口单元（SIU）、64位60x总线和32位本地总线以及强大的网络接口（三个FCC、两个MCC、四个SCC、两个SMC等）。

　　嵌入式系统有两种工作模式：第一种为附属工作方式，该方式将嵌入式系统设计成板卡形式，并通过主机的PCI接口进行数据传输。这种方式具有一定的独立性，可承担某项特定的任务，从而可使主机CPU的开销大大减少。常用的视频压缩卡、工业数据采集卡等都属此种类型。第二种工作模式为独立工作方式。该方式由于嵌入式系统本身含有CPU，因而是一个自主的系统和功能单元，能独立完成某项任务，并可通过网络接口（如以太网、ATM、HDLC／SDLC等）或通道（如SCSI、USB等）将数据传输给服务器，以实现数据的传输与管理。其典型产品有机顶盒、磁盘阵列控制器等。

2 PCI规范及其接口芯片

第一个PCI技术规范1．0版本于1992年6月面世，到1999年2月发布了2．2版，不久前又公布了PCIX规范。PCI的位数由32位扩展为64 位，频率从33MHz提高到133MHz。该规范是处理器、存储器总线至周边设备扩展的桥梁，根据PCI桥接的对象可分为Host／PCI桥（北桥）和 PCI／SA桥（南桥），它们可一起构成芯片组。PCI接口芯片通过配置和编程可将其数据空间映射为Memory和I／O方式；其数据传送既可以是单数据段读写，又可以是突发方式、中断方式或DMA方式。

　　许多厂商（如AMCC、IBM、PLX等）都可提供PCI接口芯片，图1所示是PLX的64bit／66MHz PCI接口芯片PLX9656的结构框图。

　　PLX9656符合PCIr2．2、CompactPCIr1．0及PCI热插拔r1．0规范。它可配置为M模式（可与Motorola的 MPC850、MPC860无缝接口）、C模式（为非复用地址／数据方式，可与DSP、ASIC和FPGA接口）和J模式（为复用地址／数据方式，可与 IBMPoweerPC401和IOP480接口）。此外，它还具有以下特点：


●采用先进的Direct Master、Direct Slave和DMA数据传输技术，其迸发数据传输率PCIBus端为528MB／s，Local Bus端为264MB／s；
　　●I2OTM信息单元包括8个32位邮箱寄存器和2个32位门铃寄存器；
●PCI仲裁器支持7个外部主设备；
　　●带有可编程中断产生器及串行EEPROM接口。

3硬联逻辑设计

PCI接口芯片的主要功能是桥接CPU端的LocalBus与PCI总线。另外，还必须通过串行总线上的EEPROM来配置PCI芯片的初始工作方式。 PLX9656的三种工作模式（M、C和J）可以和大多数CPU和DSP接口。其中M模式是专为MOTOROLA的POW－ERPC系列CPU而设计的接口模式。

　　由PLX9656与MPC8260组成的最小系统至少应包括以下几个组成部分：FLASH、SDRAM、SRAM、PCI连接器、JTAG端口、时钟、复位、电源、EEPROM、以太网接口、ATM和RS232串行口等。

　　PLX9656信号线包括PCI端信号、Local Bus端地址与数据、控制信号、电源和地。其中前两项占了信号数量的绝大部分。为了保证信号的可靠传输，芯片上用很多引脚作电源和地，这些引脚在布线时应仔细连接，并应大面积敷铜，同时还要连接滤波电容。另外要注意的是：MPC8260有60x Bus和LocalBus两条总线，前者为MPC8260与外界的接口总线，所以应将PLX9656的Local Bus信号与MPC8260的60x Bus连接。图2所示是系统的硬联逻辑框图。