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1 前言 在工業控制領域，基于ISA總線的I/O接口因電路簡單，造價低得到了廣泛的應用。但是，隨著控制理論與技術的進步，計算機的飛速發展和現代工業控制對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代工業控制系統的要求，其缺點逐步顯現出來：①ISA是8/16bit的系統總線，最大傳輸速率僅為8MB/s，傳輸速率低；⑨現代計算機中ISA插槽逐漸減少；③1SA總線系統資源占用率較高，占用硬件中斷資源等。而PCI總線由于速度高、可靠性強、成本低及兼容性好等性能，成為目前應用最廣泛、最流行的一種高速同步總線，具有32/64bit總線寬度，總線時鐘頻率為33/66MHz，最大傳輸速率可達132MByte/s(32Bit)，遠大于ISA總線的傳輸速率。采用基于PCI標準的接13設計已成為各類項目開發中的優先選擇。 但是，一方面在ISA總線時代，生產的大量摹于ISA總線的接口電路，即使到了現在仍發揮著重要作用，尤其在工業控制領域的應用仍十分普遍。另一方面，PCI總線協議比較復雜，它不但有著嚴格的H步時序要求，而且為了實現即插即用和自動配置，PCI接口還要求有許多的配置寄存器，因此它的接口電路實現起來比較閑難。對于一般的設計者來說，為了縮短開發周期，沒有必要自己去設計所有的接口邏輯。只需利用通用PCI接口芯片就能降低開發難度，且可以較低代價實現ISA總線升級到PCI總線。在現有PCI總線接口芯片中，以PLX公司的PCI9052應用最為廣泛，利用它的ISA模式可以便捷的實現ISA總線升級到PCI總線。但是由于ISA模式只是PCI9052所工作的四個模式之～，用其實現ISA總線升級顯然是大材小用。另外基于ISA總線的接口電路，多數只完成簡單的輸入輸出操作，使用PCI9052芯片．費用較高，且資源利用率極低。鑒于此，本文介紹了一款閆產的PCI總線接口芯片CH365，它非常適合實現ISA總線升級到PCI總線，且價格低廉，不到PCl9052芯片的三分之一。 2 CH365簡介 CH365是一個連接PCI總線的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存儲器映射、擴展ROM及中斷。它將32位高速PCI總線轉換為簡便易用的類似ISA總線的8位主動并行接口，用于制作低成本的基于PCI總線的計算機板卡，以及將原先基于ISA總線的板卡升級到PCI總線上。 2．1特點 CH365特點如下：(1)實現基于32位PCI總線的從設備接口(SLAVE)；(2)轉換為主動并行接口：8位數據，16位地址，I/0讀和寫，存儲器讀和寫；(3)支持以字節、字或雙字為單位對I/0端口或存儲器進行讀寫；(4)支持長度達240字節的I/O端口；(5)支持本地硬件定址功能，自由選擇I/O地址，在指定地址實現I/O端口；(6)直接升級ISA板卡到PCI總線，完全不用修改I/O板卡的相關軟件；(7)直接映射支持容量為32KB的存儲器SRAM或者擴展ROM(Boot ROM)；(8)內置硬件實現的I2C主設備接口，可掛接I2C從設備；(9)支持容量為64KB以及128KB的存儲器或者擴展ROM；(10)內置4uS至1mS的硬件計時單元，用于延時參考；(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用框圖，其中CH365左邊的信號與PCI總線相連，右邊的信號是用戶接口，可與ISA總線相連。 PCI主要信號完全符合PCI總線規范要求，與PCI總線相連的主望信號有：CLK：系統時鐘信號，上升沿有效；AD[3l-0]：地址和雙向數據復用線；RST：系統復位信號，低電平有效； CBE[3-0]：總線命令和字節使能復用信號線；PAR：奇偶校驗信號線TRDY：目標設備準備好信號，低電平有效；IRDY：發起設備準備好信號線，低電平有效；FRAME：幀周期開始信號線，低電平有效；DEVSEL：目標設備選中信號線，低電平有效；INTA：INTA中斷請求信號，低電平有效；IDSEL：初始化設備選擇信號線，高電平有效。這些信號直接和PCI總線上對應的引腳相連即可。 
圖1 CH365與PCI總線的接口門 與ISA總線連接的主要信號有：D[7-0]：8位雙向數據信號線；A[15-0] : 16位地址信號線；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：存儲器或擴展ROM的讀選通/使能，低電平有效；MEM_WR/IOP_HIT是復用引腳，MEM_WR是輸出信號，作為存儲器或擴展ROM的寫選通/使能，低電平有效，而IOP_HIT是輸入信號，用作本地硬件定址請求，低電平有效；SYS_EX/INT_REQ也是復用引腳，SYS_EX用作輸出信號，作為可以獨立控制的輸出信號線，而INT_REQ用作輸入信號，作為本地中斷請求輸入，低電平有效。 2．3工作模式的設定 為了在不增加引腳的前提下提供更多可用功能．CH365對部分引腳進行復用，通過工作模式設定進行功能選擇。工作模式設定的具體方法如下：將本地端8位數據信號線D7-D0采用上拉或者下拉的方式設定為所需的高電平或者低電平，CH365被復位后根據這些信號線的默認狀態設定工作模式以及參數；而這些信號線在作為8位數據總線被驅動時，因為一般外部設備的驅動電流不小于1mA，所以上拉或者下拉不會影響其對數據總線的驅動；另外，CH365僅在被復位后的1μS內一次性設定工作模式以及參數，所以，如果外部設備的驅動能力很小或者是OC集電極開路驅動，則可以僅在復位后的短時間內實現下拉，而在其余時間屏蔽下拉或轉換成上拉。 表1為設定工作模式和參數所對應的數值(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 工作模式參數的設定
提供給產品制造商使用，數據線的狀態從PCI設備配置空間41H中讀值。 3 應用 圖2給出了CH365的應用框圖。這是一塊數字量輸入輸出I/O卡，由于只涉及到了簡單的輸入輸出，因此圖l中有些信號未曾使用。CH365的PCI部分的信號直接與PCI總線連接即可；而ISA部分的本地信號中要用到的是：16位地址總線A15一A0，8位數據總線D7一D0．讀信號10P RD(低電平有效)，寫信號IOP_WR(低電平有效1，另外最重要的信號是本地硬件定址信號IOP_HIT(MEM_WR的復用引腳)。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。本設計中選擇D4經下拉電阻接地，即采用引腳63的復用功能，生成本地硬件定址信號，設置工作模式為ISA轉PCI；另外Dl接高電平，即采用CH365默認的ID(推薦使用)。 在設計中采用了CPLD芯片，由CPLD對數據進行處理，這樣不僅可以提高整個系統的工作速度，而且可以大量的減少通用分立IC的個數，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和系統修改，增強了系統的穩定性和抗干擾性。
圖2 CH365在I/O板卡設計中的應用 4 結束語 由于PCI總線數據吞吐量大，傳輸速率高，在微機接口設計中，基于PCI總線的設計成為主流。CH365是一款優秀的PCI總線接口芯片，設計者用它可避免直接面對復雜的PCI總線協議。降低了設計難度，使用戶可以集中精力解決具體的應用問題，縮短了開發周期。實踐證明，CH365為開發作為總線接口目標設備的產品，特別是對基于ISA總線的接口板向PCI的轉換提供了極大的方便。 本文的創新點：在數字采集系統中使用了功能強大的可編程邏輯器件，不僅大大減少了系統中元器件的數量，而且方便了后期的系統升級，只要修改CPLD中的軟件部分，就可實現1~16路信號的采集。 作者：：陳俊靈，王福源 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第2-2期 |
