基于Wishbone片上总线的PCI Bridge核的研究和应

３．２ ＰＣＩ Ｂｒｉｄｇｅ的操作

ＰＣＩ桥核有两种应用方式：主、从桥（相对ＰＣＩ总线而言）。作为从桥时，当ＰＣＩ桥连到拥有ＰＣＩ总线的主机系统上电后，主机系统软件将扫描ＰＣＩ总线上连接的ＰＣＩ总线设备（包括ＰＣＩ桥），然后配置ＰＣＩ桥空间寄存器，即由配置软件来完成ＰＣＩ桥的初始化配置过程。之后，ＰＣＩ桥进入正常工作状态。

ＰＣＩ桥核作为主桥时，ＰＣＩ桥完全控制ＰＣＩ总线。ＰＣＩ桥的Ｗｉｓｈｂｏｎｅ代理设备完全负责连接到ＰＣＩ总线上的ＰＣＩ设备的初始化配置过程。运行在Ｗｉｓｈｂｏｎｅ代理设备上的固件（设备无关软件）在上电后扫描ＰＣＩ总线，以确定有哪些ＰＣＩ设备，并分别有什么配置要求。然后在Ｗｉｓｈｂｏｎｅ映象０空间内配置各个ＰＣＩ设备的配置空间。配置完成即可加载各个ＰＣＩ设备的驱动程序。此时ＰＣＩ设备也可以通过ＰＣＩ桥的ＰＣＩ目标单元访问Ｗｉｓｈｂｏｎｅ总线。

ＰＣＩ桥的配置空间包括两个部分：一个部分为Ｗｉｓｈｂｏｎｅ从单元的配置、状态和控制寄存器；另一个部分为ＰＣＩ目标单元的配置、状态和控制寄存器（包括ＰＣＩ协议要求实现的２５６字节标准配置空间）。ＰＣＩ桥通过相应的地址映像空间（ＰＣＩ映像０和Ｗｉｓｈｂｏｎｅ映像０）来实现ＰＣＩ桥两侧代理设备访问ＰＣＩ桥的配置空间。作为从桥时，主机系统的主桥可以使用普通的存储器读写指令来访问ＰＣＩ桥的配置空间，也可以通过配置读写指令来访问ＰＣＩ桥配置空间的低２５６字节。作为主桥时，ＰＣＩ桥本身就可以产生配置周期。如同ＰＣ机Ｘ８６系统的主桥配置机制０一样，ＰＣＩ桥的Ｗｉｓｈｂｏｎｅ代理主设备可以通过访问ＰＣＩ桥配置空间的ＣＮＦ＿ＡＤＤＲ和ＣＮＦ＿ＤＡＴＡ寄存器来产生配置读写命令，从而实现对其它ＰＣＩ设备的上电初始化过程。

由于ＰＣＩ桥核是一个软核，在ＰＣＩ桥核中有一个参数头文件。可以通过更改ＰＣＩ桥核头文件的参数来改变ＰＣＩ桥的操作方式（如主桥或从桥设置、ＰＣＩ或Ｗｉｓｈｂｏｎｅ映像空间的定义等），因而使用非常方便。

４ 使用PCI Bridge核来访问PCI设备

ＰＣＩ桥作为从桥一般用在ＰＣＩ扩展卡上（或称ＰＣＩ周边卡），如数据采集，图像传输等。而作为主桥一般用在ＰＣＩ总线的主控板上（或称ＰＣＩ系统卡），但需要初始化ＰＣＩ总线上的功能设备，并控制ＰＣＩ总线的操作。

为了调试主／从桥的应用，笔者设计了三块电路板来协调控制ＰＣＩ总线的操作。一块为ＦＰＧＡ板（Ｘｉｌｉｎｘ公司的Ｓｐａｒｔａｎ ＩＩ芯片，设计有ＰＣＩ接口），一块为微控制器板（５１单片机），一块为普通ＰＣＩ扩展卡。

作为从桥时，只需要ＦＰＧＡ板就可以完成整个实验过程。即用Ｖｅｒｉｌｏｇ语言实现一个Ｗｉｓｈｂｏｎｅ从接口，并连接到ＦＰＧＡ内部的ＢｌｏｃｋＲＡＭ上（可由ＩＳＥ的ＣＯＲＥ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ产生），然后选择ＰＣＩ Ｂｒｉｄｇｅ核的应用方式为ＧＵＥＳＴ（从桥方式），并连同自己的程序一起编译下载到ＦＰＧＡ的配置芯片上。这样，把ＦＰ-ＧＡ板插入ＰＣ机的ＰＣＩ插槽，就可在ＰＣ机上开发驱动程序来访问ＦＰＧＡ板上的资源（如ＲＡＭ等）。如果要进行数据采集，可以把Ｗｉｓｈｂｏｎｅ从接口连接到数据采集模块上。从桥实现的功能模块图如图５所示。

作为主桥时（选择ＰＣＩ Ｂｒｉｄｇｅ核的应用方式为ＨＯＳＴ），由于ＦＰＧＡ板上没有微控制器，所以需要把ＦＰＧＡ板上的Ｉ／Ｏ口与５１单片机电路板上的Ｉ／Ｏ扩展口连接起来一起形成ＰＣＩ主控板。ＦＰＧＡ板和普通ＰＣＩ扩展板都插到独立的ＰＣＩ底板的ＰＣＩ插槽上，然后在ＦＰＧＡ板上和单片机板上进行编程以实现对普通ＰＣＩ扩展板的初始化配置和正常读写操作。其电路功能模块框图如图６所示。

由于单片机的接口是８位，读写时序也和ＰＣＩ桥中的Ｗｉｓｈｂｏｎｅ时序不同，所以需要在ＰＣＩ桥和单片机扩展Ｉ／Ｏ口之间用软件实现一个Ｗｉｓｈｂｏｎｅ主接口。该Ｗｉｓｈｂｏｎｅ主接口的工作过程为：单片机发出读操作时，先传送４次８位地址数据到ＦＰＧＡ中，再将由Ｗｉｓｈｂｏｎｅ主接口组成的３２位地址存储在一个３２位地址寄存器中，随后单片机发出读命令，以启动Ｗｉｓｈｂｏｎｅ主接口进行Ｗｉｓｈｂｏｎｅ总线的读时序，当Ｗｉｓｈｂｏｎｅ主接口把从ＰＣＩ总线上读来的３２位数据存放在一个３２位读数据寄存器中后，单片机将分４次