充磁机厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
充磁机厂家
热门搜索:
技术资讯
当前位置:首页 > 技术资讯

嵌入式系统的PCI接口设计

发布时间:2020-06-30 19:42:47 阅读: 来源:充磁机厂家

1引言

本文引用地址: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。

4驱动程序

开发Windows环境和Linux环境的驱动程序有很大不同。

4.1 Windows环境中驱动程序的编写

由于Windows操作系统被Microsoft所垄断,它是一个封闭的操作系统,因此很难将用户驱动程序挂接到Windows操作系统中。通常要利用一些开发工具,如Microsoft的DDK、Numega的DriverStudio和Jungo的WinDriver等。因而应首先是由它们生成驱动程序的框架后,再导入到Microsoft的Visual C++中,在填入与设计对象相关的代码后,最后由build生成Windows环境下的驱动程序。

PLX公司的PLX9656RDK提供了Windows API及其源代码和调试工具PLXMon。利用这些针对PLX芯片的API可以驱动PCI接口,而且其编程工作也非常快捷。

PLX芯片的初始化函数原型为:

S8 Select Device(DEVICE_LOCATION*pDev);

它可提供很多对PCI的接口操作,其中包括寄存器读/写、中断允许/禁止、获取中断状态、IOP总线读/写、IOP端口读/写、电源管理、热插拔功能、VPD读/写、EEPROM读/写、邮箱寄存器读/写、门铃寄存器读/写、DMA控制/状态、DMA块通道操作、DMASgl通道操作以及DMAShuttle通道操作等。

在对PLX芯片进行初始化后,便可利用PLX9656RDK提供的上述功能对PCI接口进行操作。

4.2 Linux环境下驱动程序编写

Linux是源代码开放型操作系统。在这种系统中,用户自编的设备驱动程序可以和原操作系统的驱动程序享有同等的“地位”。Linux环境下,驱动程序的编写有两种方式,一种是基于内核的,另一种是基于模块的。前一种方式是将驱动程序直接注册在相应的系统文件中,然后在操作系统启动时将它装载在内存中使用;后一种方式则通过命令行insmod和mmod来加载和卸载驱动程序模块,因此比较方便灵活。

Linux对设备的操作与对文件的操作一致,所有的驱动程序都毫不例外地要使用file operations结构。其中的read、write、ioctl、mmap、open、release指针分别指向用户编写的驱动程序的相关操作。

每个PCI设备均可由总线号、设备号和功能号来确定,它共有三个访问空间,即内存空间、I/O端口和配置寄存器。配置空间用于决定PCI器件的工作方式和映射到系统中的地址。其基本功能函数如下:

访问I/O和内存空间时,要根据配置寄存器中PCL-BASE-ADDRESS-i(i=0...5)所给定的基地址来读写数据。

5嵌入式系统的实现

嵌入式系统的开发平台包括Host(主机)和Tar-get(目标)两部分。通常,Host和Target的硬件构架(如x86、PowerPC、ARM、MIPS等)和操作系统都不尽相同。因此需要用CDK(交叉开发工具包)把在Host上开发的代码下载到Target上。此开发平台的模型如图3所示。

由于主机上资源丰富(如功能强大的操作系统和应用软件、CRT显示输出和打印机硬拷贝输出、键盘和鼠标输入等),因此调试起来非常便捷。针对不同的目标系统,HardHat CDK有不同的开发工具包,但开发流程及工具的使用几乎一样。首先用相应目标系统的交叉编译器将源程序编译为可执行文件,再将可执行文件拷贝到目标系统的NFS目录下,待目标系统装载内核并引导后,便可调试和运行应用程序了。程序调试成功后,就可以使用EmbeddedPlanet公司的Planet Core来将应用程序烧录到目标板的FLASH中,这样,目标板就成了可独立运行的嵌入式系统了。

6小结

由MPC8260和PLX9656构成的嵌入式系统有着广阔的应用前景。可应用于高性能通信系统中的WAN/LAN控制卡、高速MODEM卡、帧中继卡、路由和交换机等,处理器集成的ATM、T1/E1及以太网等通信通道均能很好地支持上述通信功能;另外还支持高速PC适配卡、CompctPCI接口卡以及嵌入式主机系统等。由于PLX9656具有数据管道构架的直接传输方式,因而可方便的用于PCI及Local Bus端的I/O和设备的高速数据传输。

更多计算机与外设信息请关注:21ic计算机与外设频道

c++相关文章:c++教程

沈阳劳保工服定做

黑龙江订制防静电工服

潍坊西服订制

青岛订做防静电工作服