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1 前言 在工業(yè)控制領(lǐng)域，基于ISA總線的I/O接口因電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低得到了廣泛的應(yīng)用。但是，隨著控制理論與技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)控制對(duì)I/O接口電路高速的要求，基于ISA總線的接口電路越來越難以滿足現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，其缺點(diǎn)逐步顯現(xiàn)出來：①ISA是8/16bit的系統(tǒng)總線，最大傳輸速率僅為8MB/s，傳輸速率低；⑨現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中ISA插槽逐漸減少；③1SA總線系統(tǒng)資源占用率較高，占用硬件中斷資源等。而PCI總線由于速度高、可靠性強(qiáng)、成本低及兼容性好等性能，成為目前應(yīng)用最廣泛、最流行的一種高速同步總線，具有32/64bit總線寬度，總線時(shí)鐘頻率為33/66MHz，最大傳輸速率可達(dá)132MByte/s(32Bit)，遠(yuǎn)大于ISA總線的傳輸速率。采用基于PCI標(biāo)準(zhǔn)的接13設(shè)計(jì)已成為各類項(xiàng)目開發(fā)中的優(yōu)先選擇。 但是，一方面在ISA總線時(shí)代，生產(chǎn)的大量摹于ISA總線的接口電路，即使到了現(xiàn)在仍發(fā)揮著重要作用，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用仍十分普遍。另一方面，PCI總線協(xié)議比較復(fù)雜，它不但有著嚴(yán)格的H步時(shí)序要求，而且為了實(shí)現(xiàn)即插即用和自動(dòng)配置，PCI接口還要求有許多的配置寄存器，因此它的接口電路實(shí)現(xiàn)起來比較閑難。對(duì)于一般的設(shè)計(jì)者來說，為了縮短開發(fā)周期，沒有必要自己去設(shè)計(jì)所有的接口邏輯。只需利用通用PCI接口芯片就能降低開發(fā)難度，且可以較低代價(jià)實(shí)現(xiàn)ISA總線升級(jí)到PCI總線。在現(xiàn)有PCI總線接口芯片中，以PLX公司的PCI9052應(yīng)用最為廣泛，利用它的ISA模式可以便捷的實(shí)現(xiàn)ISA總線升級(jí)到PCI總線。但是由于ISA模式只是PCI9052所工作的四個(gè)模式之～，用其實(shí)現(xiàn)ISA總線升級(jí)顯然是大材小用。另外基于ISA總線的接口電路，多數(shù)只完成簡(jiǎn)單的輸入輸出操作，使用PCI9052芯片．費(fèi)用較高，且資源利用率極低。鑒于此，本文介紹了一款閆產(chǎn)的PCI總線接口芯片CH365，它非常適合實(shí)現(xiàn)ISA總線升級(jí)到PCI總線，且價(jià)格低廉，不到PCl9052芯片的三分之一。 2 CH365簡(jiǎn)介 CH365是一個(gè)連接PCI總線的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存儲(chǔ)器映射、擴(kuò)展ROM及中斷。它將32位高速PCI總線轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)便易用的類似ISA總線的8位主動(dòng)并行接口，用于制作低成本的基于PCI總線的計(jì)算機(jī)板卡，以及將原先基于ISA總線的板卡升級(jí)到PCI總線上。 2．1特點(diǎn) CH365特點(diǎn)如下：(1)實(shí)現(xiàn)基于32位PCI總線的從設(shè)備接口(SLAVE)；(2)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)并行接口：8位數(shù)據(jù)，16位地址，I/0讀和寫，存儲(chǔ)器讀和寫；(3)支持以字節(jié)、字或雙字為單位對(duì)I/0端口或存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫；(4)支持長(zhǎng)度達(dá)240字節(jié)的I/O端口；(5)支持本地硬件定址功能，自由選擇I/O地址，在指定地址實(shí)現(xiàn)I/O端口；(6)直接升級(jí)ISA板卡到PCI總線，完全不用修改I/O板卡的相關(guān)軟件；(7)直接映射支持容量為32KB的存儲(chǔ)器SRAM或者擴(kuò)展ROM(Boot ROM)；(8)內(nèi)置硬件實(shí)現(xiàn)的I2C主設(shè)備接口，可掛接I2C從設(shè)備；(9)支持容量為64KB以及128KB的存儲(chǔ)器或者擴(kuò)展ROM；(10)內(nèi)置4uS至1mS的硬件計(jì)時(shí)單元，用于延時(shí)參考；(11)大引腳間距(0.8mm)的PQFP-80封裝。 2．2引腳介紹 圖1為CH365總線接口芯片的一般應(yīng)用框圖，其中CH365左邊的信號(hào)與PCI總線相連，右邊的信號(hào)是用戶接口，可與ISA總線相連。 PCI主要信號(hào)完全符合PCI總線規(guī)范要求，與PCI總線相連的主望信號(hào)有：CLK：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，上升沿有效；AD[3l-0]：地址和雙向數(shù)據(jù)復(fù)用線；RST：系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，低電平有效； CBE[3-0]：總線命令和字節(jié)使能復(fù)用信號(hào)線；PAR：奇偶校驗(yàn)信號(hào)線TRDY：目標(biāo)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)，低電平有效；IRDY：發(fā)起設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)線，低電平有效；FRAME：幀周期開始信號(hào)線，低電平有效；DEVSEL：目標(biāo)設(shè)備選中信號(hào)線，低電平有效；INTA：INTA中斷請(qǐng)求信號(hào)，低電平有效；IDSEL：初始化設(shè)備選擇信號(hào)線，高電平有效。這些信號(hào)直接和PCI總線上對(duì)應(yīng)的引腳相連即可。 
圖1 CH365與PCI總線的接口門 與ISA總線連接的主要信號(hào)有：D[7-0]：8位雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線；A[15-0] : 16位地址信號(hào)線；IOP_RD：I/O端口的讀選通/使能，低電平有效；lOP_WR：I/O端口的寫選通/使能，低電平有效；MEM_RD：存儲(chǔ)器或擴(kuò)展ROM的讀選通/使能，低電平有效；MEM_WR/IOP_HIT是復(fù)用引腳，MEM_WR是輸出信號(hào)，作為存儲(chǔ)器或擴(kuò)展ROM的寫選通/使能，低電平有效，而IOP_HIT是輸入信號(hào)，用作本地硬件定址請(qǐng)求，低電平有效；SYS_EX/INT_REQ也是復(fù)用引腳，SYS_EX用作輸出信號(hào)，作為可以獨(dú)立控制的輸出信號(hào)線，而INT_REQ用作輸入信號(hào)，作為本地中斷請(qǐng)求輸入，低電平有效。 2．3工作模式的設(shè)定 為了在不增加引腳的前提下提供更多可用功能．CH365對(duì)部分引腳進(jìn)行復(fù)用，通過工作模式設(shè)定進(jìn)行功能選擇。工作模式設(shè)定的具體方法如下：將本地端8位數(shù)據(jù)信號(hào)線D7-D0采用上拉或者下拉的方式設(shè)定為所需的高電平或者低電平，CH365被復(fù)位后根據(jù)這些信號(hào)線的默認(rèn)狀態(tài)設(shè)定工作模式以及參數(shù)；而這些信號(hào)線在作為8位數(shù)據(jù)總線被驅(qū)動(dòng)時(shí)，因?yàn)橐话阃獠吭O(shè)備的驅(qū)動(dòng)電流不小于1mA，所以上拉或者下拉不會(huì)影響其對(duì)數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)；另外，CH365僅在被復(fù)位后的1μS內(nèi)一次性設(shè)定工作模式以及參數(shù)，所以，如果外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)能力很小或者是OC集電極開路驅(qū)動(dòng)，則可以僅在復(fù)位后的短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)下拉，而在其余時(shí)間屏蔽下拉或轉(zhuǎn)換成上拉。 表1為設(shè)定工作模式和參數(shù)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值(1即高電平．0即低電平)。例如，D1=O則可以定義PCI板卡的ID，D3=0則啟用中斷功能，D4=0則啟用本地硬件定址的功能D4D3=01則啟用EXT_WR功能，D4D3=11則啟用SYS_EX功能。 表1 工作模式參數(shù)的設(shè)定
提供給產(chǎn)品制造商使用，數(shù)據(jù)線的狀態(tài)從PCI設(shè)備配置空間41H中讀值。 3 應(yīng)用 圖2給出了CH365的應(yīng)用框圖。這是一塊數(shù)字量輸入輸出I/O卡，由于只涉及到了簡(jiǎn)單的輸入輸出，因此圖l中有些信號(hào)未曾使用。CH365的PCI部分的信號(hào)直接與PCI總線連接即可；而ISA部分的本地信號(hào)中要用到的是：16位地址總線A15一A0，8位數(shù)據(jù)總線D7一D0．讀信號(hào)10P RD(低電平有效)，寫信號(hào)IOP_WR(低電平有效1，另外最重要的信號(hào)是本地硬件定址信號(hào)IOP_HIT(MEM_WR的復(fù)用引腳)。其中16位地址總線的A9一A0參與譯碼，形成本卡的段基址和偏移地址及本地硬件定址信號(hào)。本設(shè)計(jì)中選擇D4經(jīng)下拉電阻接地，即采用引腳63的復(fù)用功能，生成本地硬件定址信號(hào)，設(shè)置工作模式為ISA轉(zhuǎn)PCI；另外Dl接高電平，即采用CH365默認(rèn)的ID(推薦使用)。 在設(shè)計(jì)中采用了CPLD芯片，由CPLD對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣不僅可以提高整個(gè)系統(tǒng)的工作速度，而且可以大量的減少通用分立IC的個(gè)數(shù)，降低PCB布線的難度和減小PCB板的面積，并且可以方便的升級(jí)和系統(tǒng)修改，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。
圖2 CH365在I/O板卡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 4 結(jié)束語 由于PCI總線數(shù)據(jù)吞吐量大，傳輸速率高，在微機(jī)接口設(shè)計(jì)中，基于PCI總線的設(shè)計(jì)成為主流。CH365是一款優(yōu)秀的PCI總線接口芯片，設(shè)計(jì)者用它可避免直接面對(duì)復(fù)雜的PCI總線協(xié)議。降低了設(shè)計(jì)難度，使用戶可以集中精力解決具體的應(yīng)用問題，縮短了開發(fā)周期。實(shí)踐證明，CH365為開發(fā)作為總線接口目標(biāo)設(shè)備的產(chǎn)品，特別是對(duì)基于ISA總線的接口板向PCI的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)：在數(shù)字采集系統(tǒng)中使用了功能強(qiáng)大的可編程邏輯器件，不僅大大減少了系統(tǒng)中元器件的數(shù)量，而且方便了后期的系統(tǒng)升級(jí)，只要修改CPLD中的軟件部分，就可實(shí)現(xiàn)1~16路信號(hào)的采集。 作者：：陳俊靈，王福源 來源：《微計(jì)算機(jī)信息》(嵌入式與SOC)2009年第2-2期 |
