1 典型的CPLD-PCI接口模型简介
用CPLD作PCI接口所构成的系统模型如图1所示。这里,CPLD/FPGA用于完成PCI主/从传输时序的逻辑构成与变换,并对双口RAM进行适当操作。在整个系统的设计中,CPLD常常使用PCI总线的33MHz时钟,双口RAM常常选用高速器件来简化PCI传输的逻辑设计。
2 PCI总线传输时序分析 PCI总线传输至少需要40多条信号线,包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输均由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据的称为常规传输;一次传输一个地址和一批数据的称为猝发传输。常用的控制信号有:帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备准备好信号TRDY、从设备选通信号DEVSEL、命令/字节信号C/BE等。图2 和图3分别给出了PCI单数据段和猝发操作时的读写时序。
分析PCI总线的传输时序,可以看出,PCI总线传输有以下几个显著特点:
(1)每次数据传输时首先传出地址和命令字,从设备一般可从地址中确定是不是对本机的访问,并确定访问的首地址;而从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作;
(2)读写访问只有在信号IRDY、TRDY、DEVSEL都为低状态时才能进行;
(3)猝发传输通常需要通过逻辑来实现地址的自动递加;
(4)主从设备中任一方没有准备好,操作中都需要能够引起等待状态插入的活动;
(5)系统通常在帧同步信号FRAME的下降沿诱发数据传输,而在上升沿指明只有一个数据或只剩下一个数据;
(6)读操作比写操作多一个中间准备过程。
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2 PCI总线传输时序分析 PCI总线传输至少需要40多条信号线,包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输均由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据的称为常规传输;一次传输一个地址和一批数据的称为猝发传输。常用的控制信号有:帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备准备好信号TRDY、从设备选通信号DEVSEL、命令/字节信号C/BE等。图2 和图3分别给出了PCI单数据段和猝发操作时的读写时序。
分析PCI总线的传输时序,可以看出,PCI总线传输有以下几个显著特点:
(1)每次数据传输时首先传出地址和命令字,从设备一般可从地址中确定是不是对本机的访问,并确定访问的首地址;而从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作;
(2)读写访问只有在信号IRDY、TRDY、DEVSEL都为低状态时才能进行;
(3)猝发传输通常需要通过逻辑来实现地址的自动递加;
(4)主从设备中任一方没有准备好,操作中都需要能够引起等待状态插入的活动;
(5)系统通常在帧同步信号FRAME的下降沿诱发数据传输,而在上升沿指明只有一个数据或只剩下一个数据;
(6)读操作比写操作多一个中间准备过程。
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2 PCI总线传输时序分析 PCI总线传输至少需要40多条信号线,包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输均由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据的称为常规传输;一次传输一个地址和一批数据的称为猝发传输。常用的控制信号有:帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备准备好信号TRDY、从设备选通信号DEVSEL、命令/字节信号C/BE等。图2 和图3分别给出了PCI单数据段和猝发操作时的读写时序。
分析PCI总线的传输时序,可以看出,PCI总线传输有以下几个显著特点:
(1)每次数据传输时首先传出地址和命令字,从设备一般可从地址中确定是不是对本机的访问,并确定访问的首地址;而从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作;
(2)读写访问只有在信号IRDY、TRDY、DEVSEL都为低状态时才能进行;
(3)猝发传输通常需要通过逻辑来实现地址的自动递加;
(4)主从设备中任一方没有准备好,操作中都需要能够引起等待状态插入的活动;
(5)系统通常在帧同步信号FRAME的下降沿诱发数据传输,而在上升沿指明只有一个数据或只剩下一个数据;
(6)读操作比写操作多一个中间准备过程。
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2 PCI总线传输时序分析 PCI总线传输至少需要40多条信号线,包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输均由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据的称为常规传输;一次传输一个地址和一批数据的称为猝发传输。常用的控制信号有:帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备准备好信号TRDY、从设备选通信号DEVSEL、命令/字节信号C/BE等。图2 和图3分别给出了PCI单数据段和猝发操作时的读写时序。
分析PCI总线的传输时序,可以看出,PCI总线传输有以下几个显著特点:
(1)每次数据传输时首先传出地址和命令字,从设备一般可从地址中确定是不是对本机的访问,并确定访问的首地址;而从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作;
(2)读写访问只有在信号IRDY、TRDY、DEVSEL都为低状态时才能进行;
(3)猝发传输通常需要通过逻辑来实现地址的自动递加;
(4)主从设备中任一方没有准备好,操作中都需要能够引起等待状态插入的活动;
(5)系统通常在帧同步信号FRAME的下降沿诱发数据传输,而在上升沿指明只有一个数据或只剩下一个数据;
(6)读操作比写操作多一个中间准备过程。
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2 PCI总线传输时序分析 PCI总线传输至少需要40多条信号线,包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输均由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据的称为常规传输;一次传输一个地址和一批数据的称为猝发传输。常用的控制信号有:帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备准备好信号TRDY、从设备选通信号DEVSEL、命令/字节信号C/BE等。图2 和图3分别给出了PCI单数据段和猝发操作时的读写时序。
分析PCI总线的传输时序,可以看出,PCI总线传输有以下几个显著特点:
(1)每次数据传输时首先传出地址和命令字,从设备一般可从地址中确定是不是对本机的访问,并确定访问的首地址;而从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作;
(2)读写访问只有在信号IRDY、TRDY、DEVSEL都为低状态时才能进行;
(3)猝发传输通常需要通过逻辑来实现地址的自动递加;
(4)主从设备中任一方没有准备好,操作中都需要能够引起等待状态插入的活动;
(5)系统通常在帧同步信号FRAME的下降沿诱发数据传输,而在上升沿指明只有一个数据或只剩下一个数据;
(6)读操作比写操作多一个中间准备过程。
| 2 PCI总线传输时序分析
PCI总线传输至少需要40多条信号线,包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输均由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据的称为常规传输;一次传输一个地址和一批数据的称为猝发传输。常用的控制信号有:帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备准备好信号TRDY、从设备选通信号DEVSEL、命令/字节信号C/BE等。图2 和图3分别给出了PCI单数据段和猝发操作时的读写时序。
分析PCI总线的传输时序,可以看出,PCI总线传输有以下几个显著特点:
(1)每次数据传输时首先传出地址和命令字,从设备一般可从地址中确定是不是对本机的访问,并确定访问的首地址;而从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作;
(2)读写访问只有在信号IRDY、TRDY、DEVSEL都为低状态时才能进行;
(3)猝发传输通常需要通过逻辑来实现地址的自动递加;
(4)主从设备中任一方没有准备好,操作中都需要能够引起等待状态插入的活动;
(5)系统通常在帧同步信号FRAME的下降沿诱发数据传输,而在上升沿指明只有一个数据或只剩下一个数据;
(6)读操作比写操作多一个中间准备过程。
3 基于CPLD的状态机设计
3.1 状态机的构造
根据对上述时序图的分析,完成一个简易PCI总线传输需要设计六个状态:S0~S5,其中状态S0标识PCI总线空闲时期;状态S1标识地址与总线命令识别阶段;状态S2标识读操作入口的准备阶段;状态S3标识读/写访问周期;状态S4标识最后一个数据传输阶段;状态S5标识操作中的等待时期。
3.2 状态功能的确定
各状态所应执行的功能如下:
状态S0~S2用于对PCI总线置高信号TRDY和DEVSEL;对双口RAM则置高片选信号CS,以使读/写信号处于读状态,此时地址呈现三态。此外,在S1态还应依据地址信号来确定是不是对本机的选择,并识别是不是读或写操作。
状态S3~S4用于对PCI总线置低信号TRDY和DEVSEL;对双口RAM则产生片选信号CS、读或写信号,同时确定适当的读写访问地址。
状态S5用于对PCI总线置低信号TRDY和DEVSEL;并且对双口RAM置高片选信号CS,以使读/写信号处于读状态,此时地址呈现三态。
3.3 状态变化的确定
根据对PCI总线传输时序的分析,影响各个状态相互转化的因素是:帧同步信号FRAME、主设备准备好信号IRDY、从设备选择信号CS-MAP、读识别信号READ以及写识别信号WRITE。这里,可用CS-MAP、READ、WRITE来标识状态S1产生的中间识别信号。
需要注意,在状态S1时要寄存收到的首地址,而在状态S3变化时要适时进行地址递增。
还要注意状态机设计时产生的容错问题,以便在非设计状态下能够无条件回到空闲态S0。
由于采用的是高速双口RAM,并且规划分开了RAM两侧的写操作区域,因此可以认为:RAM是可以任意访问的。
3.4 状态图的规划
综上所述便可得出如图4所示的设计规划图。
4 VHDL语言的描述 设计时,使用三个进程和几个并行语句可实现整个CPLD的功能:一个进程用于完成从设备及其读写操作的识别;一个进程用于完成操作地址的获取与地址的递增;第三个进程完成状态机的变化。用几个并行语句完成操作信号的产生时,需要注意,各状态所完成的功能要用并行语句实现,不能再用进程,否则就会引起逻辑综合的麻烦,有时甚至根本不能综合。整 个程序如下:
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.All;
USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;
ENTTTY cpci IS
PORT(clk,rst,frame,irdy:IN STD_LOGIC;
ad_high : IN STD_LOGIC_VECTOR(31 downto 24);
ad_low : IN STD_LOGIC_VECTOR(12 downto 0);
c_be : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);
trdy,devsel:OUT STD_LOGIC;
cs, r_w :OUT STD-LOGIC;
addr: OUT STD_LOGIC_VECTOR(12 downto 0);
END cpci;
ARCHITECTURE behave OF cpci IS
SIGNAL addr_map : STD_LOGIC_VECTOR(12 downto 0);
SIGNAL read,write,cs-map:STD_LOGIC;
TYPE state_type IS(s0,s1,s2,s3,s4,s5);
SIGNAL state: state_type;
BEGIN
Identify: PROCESS(clk)- -读、写、从设备的识别
BEGIN
IF rising_edge(clk)THEN
IF c_be=X"6"AND ad_high=X"50"AND state=s1
HTEN read < = '0'; - -读
write < = '1';
cs_map < ='0';
ELSIF c_be=X"7"AND ad_high= X"50"
AND state=s1 THEN
read < = '1'; - -写
write < = '0';
cs_map < ='0';
ELSIF state=s0 THEN
read < = '1';
write < = '1';
cs_map < ='1';
END IF;
END IF;
END PROCESS;
Addr_countROCESS (clk) - -操作地址的获取与地址的递增
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