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• 關鍵詞： PCI_MT64 CPCI總線 數據采集卡
• 摘要：PCI_MT64的工作原理以及此IP核在CPCI總線數據采集卡的應用設計，并通過本地邏輯設計測試了此IP核的功能。

隨著CompactPCI在中國大范圍的普及和使用，越來越多的企業開始研制基于CompactPCI接口的產品，市場上有一些專用PCI接口芯片。FPGA(現場可編程門陣列)技術的快速發展使得萬門以上乃至幾十萬門邏輯陣列的使用越來越普遍。與專用PCI接口芯片相似，很多FPGA制造商都提供了PCI接口核邏輯。設計者可以將PCI用戶邏輯與PCI Core集成在一片FPGA里，并且可以在頂層通過仿真來驗證PCI接口以及用戶邏輯設計的正確與否，這樣可以大幅度提高調試速度、縮短開發周期、提高電路板的集成度和系統的性能。目前，開發者最常用的兩種PCI IP核是ALTERA公司的PCI MEGACORE和XILINX公司的PCI Logicore。本文所介紹的PCI_MT64 IP核是ALTERA公司開發的一個功能強大的CPCI接口內核，最高能實現64位的數據寬度和66MHz的工作頻率。

PCI_MT64 IP核的原理和結構

根據用戶性質的不同，CPCI接口類型分為兩種：MASTER(主設備) 和TARGET（從設備）。ALTERA公司據此開發了多種 PCI IP核：PCI_MT64、PCI_MT32、PCI_T64和PCI_T32。由于設計需要完成66MHz、64位寬度數據傳輸，且在主模式下DMA控制器才能工作，因此選擇了PCI_MT64。

PCI_MT64是支持33/66MHz工作頻率、64位PCI總線、支持主/從模式的PCI IP功能模塊。當其寬度為64位、系統時鐘為66 MHz時，峰值傳輸速率為528 MB/s。其主要由8個模塊組成，如圖1所示。

 

圖1 PCI_MT64的模塊結構

參數配置寄存器：提供參數確定的寄存器，包括設備識別、供應商識別、分類代碼、修訂版本、基址寄存器和子系統供應商等信息。在設計中，ALTERA公司提供了參數化的圖形界面，用戶只需按PCI協議輸入或選擇合理的值即可完成該寄存器的配置。

PCI側地址/數據緩沖模塊：用來緩存PCI總線側的地址數據輸入、輸出信號。

PCI側主/從模式控制模塊：用于控制PCI總線的主設備和從設備的各種時序操作。

Local側主/從模式控制模塊：用于控制PCI_MT64與本地邏輯的各種操作。

Local側地址/數據/命令/字節使能模塊：接收和輸出用戶側的所有地址、數據、命令、字節使能等信號。

奇偶校驗模塊：用于對數據、地址、命令進行奇偶校驗。

PCI_MT64 IP核在CPCI數據采集卡中的應用設計

PCI_MT64 IP核在CPCI數據采集卡中的功能：與CPCI總線之間的通信和數據傳輸，并做奇偶校驗以保證正確性，即將復雜的CPCI總線信號轉換為相對簡單易操作的CPCI本地總線信號，它從CPCI總線側獲得傳輸命令和讀寫數據的地址后，一方面對這個操作命令做出反應，將其傳達給本地邏輯，另一方面將CPCI總線傳送過來的數據地址映射為本地邏輯可識別的地址。當本地端總線準備好后，PCI IP核會收到本地邏輯做出的響應信號，然后根據主從模式，讀/寫命令的不同執行相應的時序。簡單的說，它是CPCI總線和本地邏輯的橋梁，所以首先要設計CPCI本地側邏輯實現PCI IP核功能驗證，如圖2所示。

 

圖2 CPCI本地端邏輯設計

以上設計能快速評估PCI IP核的功能，當PCI_MT64作為一個主設備，主模式控制邏輯連接DMA控制器來完成一次PCI主模式讀寫傳輸。當PCI_MT64作為一個從設備，它觸發從模式控制邏輯來執行一次從模式傳輸。CPCI數據采集卡使用DMA方式上傳數據，即將數據采集模塊的數據處理后，緩存到FIFO，從FIFO中傳輸數據到上位機；使用從模式寫傳輸發送控制命令到板卡不同寄存器。當進行一次從模式傳輸時，PCI IP核不能啟動總線操作，只能依賴于主設備從其中讀取數據或向其傳送數據，相關設計較為簡單，而DMA模式是PCI_MT64配合自主設計的DMA控制器來實現的，所以DMA控制器是整個設計的關鍵。