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低成本PCI仲裁器邏輯擴展設計

更新日期:2007-12-19  作者:  來源:光學精密機械網(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

來源:電子產品世界  作者:飛思卡爾半導體(中國)有限公司上海分公司 田茂昕


摘要: 本文論述了飛思卡爾公司32位處理器MPC5200B的PCI接口設計要點,闡述了PCI仲裁器邏輯擴展設計及方法。經過CPLD仿真及實際應用證明,該電路設計正確,針對MPC5200B有效地擴展了PCI仲裁器邏輯,增加了PCI總線上主設備個數。


關鍵詞: PCI仲裁器;邏輯擴展;MPC5200B

PCI總線是現今最為流行的控制總線之一,它廣泛地應用在計算機中,目前嵌入式設備中的很多解決方案都包含了PCI總線。在多主設備的PCI系統應用中,必須為各個主設備提供仲裁授權信號。為了使PCI設備能夠更方便地應用在嵌入式系統中,本文介紹一種基于飛思卡爾MPC5200B的低成本PCI總線仲裁器邏輯擴展的設計方法,此方法可以在已有的PCI仲裁器的基礎上,實現擴展PCI總線上主設備的個數,從而滿足多PCI設備的設計要求,提高系統的擴展性要求,在體積、功能、成本等諸多方面都有很好的應用前景。

MPC5200B

飛思卡爾公司的MPC5200B是基于PowerPC架構下的一款性能卓越的微處理器。它具有760MIPS、帶浮點運算單元(FPU)、低功耗等特點。該處理器采用高性能的e300內核,集成了高性能存儲控制器、中斷控制器、DMA控制器、PCI控制器、以太網控制器以及USB、CAN 2.0A/B、I2C等豐富的接口。其結構框圖如圖1所示。


圖1 MPC5200B 框圖

MPC5200B能夠快速提供數據吞吐和處理。集成的 BestComm DMA控制器可降低主e300核心傳送I/O密集數據的負荷。集成的雙倍數據速率(DDR)內存控制器的有效內存總線速度達到266MHz,能夠實現高速數據訪問。 BestComm DMA 控制器和DDR內存支持的高速PCI 接口能夠實現高速數據輸入和輸出。

MPC5200B內部集成了一個PCI總線仲裁器,但其仲裁只支持兩個外部PCI主設備(包含MPC5200B的PCI模塊)。為了增加PCI主設備,我們必須對PCI仲裁器進行擴展。
  
PCI總線仲裁

PCI總線是一種共享式的總線,可以連接多個主設備,但由于數據傳輸的獨享性,每一時刻只能由一個主設備占用總線。因此,為了有效地利用PCI總線帶寬,總線上必須設置一個仲裁器。

每個具有主設備功能的PCI設備必須提供兩個與仲裁有關的信號:REQ#(請求總線信號)和GNT#(總線授權信號)。由需要發起PCI傳輸事務的設備發出REQ#信號,由PCI總線仲裁器裁決后給出GNT#信號。接到GNT#信號的PCI設備將在下一次總線空閑后開始操作。

PCI總線仲裁的裁決過程可以在PCI傳輸期間完成,并不占用PCI總線的帶寬,這被稱為隱式仲裁:即需要發起PCI操作的設備可以隨時發出請求REO#,PCI仲裁器立即批準該請求并給出GNT#。但實際的傳輸過程一定要等到當前傳輸完畢、線空閑后才可以開始。
   
具體設計及仿真

以MPC5200B外擴兩個主PCI設備為例,依據PCI仲裁原理及MPC5200B PCI控制器接口邏輯擴展方式如圖2所示。其中邏輯單元(Logic Unit)就是本文詳細闡述的部分。

圖2 MPC5200B PCI仲裁邏輯擴展示意圖

MPC5200B含有一個片上PCI總線仲裁器,現在需要對外擴展其仲裁功能,以滿足多主PCI設備的需求。

對于外擴PCI主設備而言,有兩對REQ#和GNT#信號需要和MPC5200B片上PCI仲裁器進行通訊;對于MPC5200B而言,邏輯單元就是它一對一的主PCI設備,通訊信號為相關的PCI總線控制信號。邏輯單元電路如圖3所示。

圖3 MPC5200B PCI仲裁邏輯擴展電路

圖3b MPC5200B PCI仲裁邏輯擴展電路(續)

PCI總線復位信號對邏輯電路復位后,如果僅有一個總線請求,則相對應的總線授權信號MASTER_GNT通過由此總線請求控制的MUX進行輸出,實現總線“請求-授權”過程。

如果兩PCI外設同時產生總線請求信號REQ0#和REQ1#,則DR(Dual Require)信號配合PCI_PRAME和PCI_CLK,鎖住NG(Next Grant)信號的更新,直到當前幀傳輸完畢。

由圖4可以看出,仿真環境模擬了一個設備申請和兩個設備同時申請的情況,并分別給出了總線授權信號(GNT),驗證了仲裁器擴展邏輯的正確性。

圖4 MPC5200B PCI仲裁邏輯擴展電路仿真

結語

PCI總線協議抽象性很強,且時序邏輯復雜。本文采用簡單的邏輯設計實現了對于PCI仲裁器擴展,已經在CPLD中實現,成功應用于MPC5200B的PCI仲裁器邏輯擴展。

參考文獻:
1.  MPC5200B User’s manual. Rev.1
2.  PCI Local Bus Specification. Rev 2.2

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