<!--→摘要CH(開(kāi)始)-->摘 要：論述了PLX公司的64位、66MHz的PCI接口芯片PLX9656與Mortorola公司的嵌入式處理器MPC8260的PCI接口設(shè)計(jì)，闡述了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理及方法，同時(shí)介紹相關(guān)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工具。 <!--摘要CH(結(jié)束)←--><!--→關(guān)鍵CH(開(kāi)始)-->
關(guān)鍵詞：嵌入式；PCI；硬聯(lián)邏輯；接口設(shè)計(jì)；PLX9656；MPC8260 <!--關(guān)鍵CH(結(jié)束)←-->
1引言
通常意義的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以CPU為中心，再輔以存儲(chǔ)系統(tǒng)和I／O接口構(gòu)成。其功能主要用于數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。而嵌入式系統(tǒng)是將CPU作為部件嵌入到系統(tǒng)中，此時(shí)的CPU并不是用于通用計(jì)算。嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)和實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低，可廣泛應(yīng)用于個(gè)人數(shù)字助理、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視、通信、工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)以及導(dǎo)彈控制等諸多領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程包括：需求論證、規(guī)格說(shuō)明、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件和軟件構(gòu)件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)集成等。較好的方法是采用統(tǒng)一的建模語(yǔ)言（UML）來(lái)描述設(shè)計(jì)任務(wù)。這是一種面向?qū)ο蟮慕ＵZ(yǔ)言，它可將設(shè)計(jì)描述為許多交互的對(duì)象，這些對(duì)象對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的軟件和硬件。與嵌入式系統(tǒng)緊密相關(guān)的概念還包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）、在片系統(tǒng)（SOC）和硬件描述語(yǔ)言（HDL）。所以說(shuō)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)“系統(tǒng)工程”。
以MPC8260為CPU，再加上PLX9656的64bit／66MHz PCI接口所組成的嵌入式系統(tǒng)有很高的性能，其數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá)幾百M(fèi)B／S。其中MPC8260是MOTOROLA公司生產(chǎn)的具有603eTM核及通信處理模塊（CPM）的高性能、高集成度CPU。它在片內(nèi)集成了存儲(chǔ)管理單元（MMU）、系統(tǒng)接口單元（SIU）、64位60x總線和32位本地總線以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)接口（三個(gè)FCC、兩個(gè)MCC、四個(gè)SCC、兩個(gè)SMC等）。
嵌入式系統(tǒng)有兩種工作模式：第一種為附屬工作方式，該方式將嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)成板卡形式，并通過(guò)主機(jī)的PCI接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種方式具有一定的獨(dú)立性，可承擔(dān)某項(xiàng)特定的任務(wù)，從而可使主機(jī)CPU的開(kāi)銷大大減少。常用的視頻壓縮卡、工業(yè)數(shù)據(jù)采集卡等都屬此種類型。第二種工作模式為獨(dú)立工作方式。該方式由于嵌入式系統(tǒng)本身含有CPU，因而是一個(gè)自主的系統(tǒng)和功能單元，能獨(dú)立完成某項(xiàng)任務(wù)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口（如以太網(wǎng)、ATM、HDLC／SDLC等）或通道（如SCSI、USB等）將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與管理。其典型產(chǎn)品有機(jī)頂盒、磁盤陣列控制器等。
2 PCI規(guī)范及其接口芯片
第一個(gè)PCI技術(shù)規(guī)范1．0版本于1992年6月面世，到1999年2月發(fā)布了2．2版，不久前又公布了PCIX規(guī)范。PCI的位數(shù)由32位擴(kuò)展為64 位，頻率從33MHz提高到133MHz。該規(guī)范是處理器、存儲(chǔ)器總線至周邊設(shè)備擴(kuò)展的橋梁，根據(jù)PCI橋接的對(duì)象可分為Host／PCI橋（北橋）和 PCI／SA橋（南橋），它們可一起構(gòu)成芯片組。PCI接口芯片通過(guò)配置和編程可將其數(shù)據(jù)空間映射為Memory和I／O方式；其數(shù)據(jù)傳送既可以是單數(shù)據(jù)段讀寫，又可以是突發(fā)方式、中斷方式或DMA方式。
許多廠商（如AMCC、IBM、PLX等）都可提供PCI接口芯片，圖1所示是PLX的64bit／66MHz PCI接口芯片PLX9656的結(jié)構(gòu)框圖。
PLX9656符合PCIr2．2、CompactPCIr1．0及PCI熱插拔r1．0規(guī)范。它可配置為M模式（可與Motorola的 MPC850、MPC860無(wú)縫接口）、C模式（為非復(fù)用地址／數(shù)據(jù)方式，可與DSP、ASIC和FPGA接口）和J模式（為復(fù)用地址／數(shù)據(jù)方式，可與 IBMPoweerPC401和IOP480接口）。此外，它還具有以下特點(diǎn)：
●采用先進(jìn)的Direct Master、Direct Slave和DMA數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其迸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率PCIBus端為528MB／s，Local Bus端為264MB／s；
●I2OTM信息單元包括8個(gè)32位郵箱寄存器和2個(gè)32位門鈴寄存器；
●PCI仲裁器支持7個(gè)外部主設(shè)備；
●帶有可編程中斷產(chǎn)生器及串行EEPROM接口。
3硬聯(lián)邏輯設(shè)計(jì)
PCI接口芯片的主要功能是橋接CPU端的LocalBus與PCI總線。另外，還必須通過(guò)串行總線上的EEPROM來(lái)配置PCI芯片的初始工作方式。 PLX9656的三種工作模式（M、C和J）可以和大多數(shù)CPU和DSP接口。其中M模式是專為MOTOROLA的POW－ERPC系列CPU而設(shè)計(jì)的接口模式。
由PLX9656與MPC8260組成的最小系統(tǒng)至少應(yīng)包括以下幾個(gè)組成部分：FLASH、SDRAM、SRAM、PCI連接器、JTAG端口、時(shí)鐘、復(fù)位、電源、EEPROM、以太網(wǎng)接口、ATM和RS232串行口等。
PLX9656信號(hào)線包括PCI端信號(hào)、Local Bus端地址與數(shù)據(jù)、控制信號(hào)、電源和地。其中前兩項(xiàng)占了信號(hào)數(shù)量的絕大部分。為了保證信號(hào)的可靠傳輸，芯片上用很多引腳作電源和地，這些引腳在布線時(shí)應(yīng)仔細(xì)連接，并應(yīng)大面積敷銅，同時(shí)還要連接濾波電容。另外要注意的是：MPC8260有60x Bus和LocalBus兩條總線，前者為MPC8260與外界的接口總線，所以應(yīng)將PLX9656的Local Bus信號(hào)與MPC8260的60x Bus連接。圖2所示是系統(tǒng)的硬聯(lián)邏輯框圖。
4驅(qū)動(dòng)程序
開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境和Linux環(huán)境的驅(qū)動(dòng)程序有很大不同。
4．1 Windows環(huán)境中驅(qū)動(dòng)程序的編寫
由于Windows操作系統(tǒng)被Microsoft所壟斷，它是一個(gè)封閉的操作系統(tǒng)，因此很難將用戶驅(qū)動(dòng)程序掛接到Windows操作系統(tǒng)中。通常要利用一些開(kāi)發(fā)工具，如Microsoft的DDK、Numega的DriverStudio和Jungo的WinDriver等。因而應(yīng)首先是由它們生成驅(qū)動(dòng)程序的框架后，再導(dǎo)入到Microsoft的Visual C＋＋中，在填入與設(shè)計(jì)對(duì)象相關(guān)的代碼后，最后由build生成Windows環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序。
PLX公司的PLX9656RDK提供了Windows API及其源代碼和調(diào)試工具PLXMon。利用這些針對(duì)PLX芯片的API可以驅(qū)動(dòng)PCI接口，而且其編程工作也非常快捷。
PLX芯片的初始化函數(shù)原型為：
S8 Select Device（DEVICE＿LOCATION＊pDev）；
它可提供很多對(duì)PCI的接口操作，其中包括寄存器讀／寫、中斷允許／禁止、獲取中斷狀態(tài)、IOP總線讀／寫、IOP端口讀／寫、電源管理、熱插拔功能、VPD讀／寫、EEPROM讀／寫、郵箱寄存器讀／寫、門鈴寄存器讀／寫、DMA控制／狀態(tài)、DMA塊通道操作、DMASgl通道操作以及 DMAShuttle通道操作等。
在對(duì)PLX芯片進(jìn)行初始化后，便可利用PLX9656RDK提供的上述功能對(duì)PCI接口進(jìn)行操作。
4．2 Linux環(huán)境下驅(qū)動(dòng)程序編寫
Linux是源代碼開(kāi)放型操作系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，用戶自編的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以和原操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序享有同等的“地位”。Linux環(huán)境下，驅(qū)動(dòng)程序的編寫有兩種方式，一種是基于內(nèi)核的，另一種是基于模塊的。前一種方式是將驅(qū)動(dòng)程序直接注冊(cè)在相應(yīng)的系統(tǒng)文件中，然后在操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將它裝載在內(nèi)存中使用；后一種方式則通過(guò)命令行insmod和mmod來(lái)加載和卸載驅(qū)動(dòng)程序模塊，因此比較方便靈活。
