PCI总线协议的FPGA实现及驱动设计

DLE是系统的缺省状态，表示总线当前空闲。通常，设备处在IDLE状态时，要检测来自PCI总线和后级设备的信号，便设备作出合适的响应。设备处于S_DATA状态时完成第一次数据传输，直接无条件跳到BACKOFF状态。设备在BACKOFF状态时进行多个数据传输，直到主设备断开访问。需要注意的是：任何对I/O空间、配置空间以及内存空间的突发传输的地址超过了设备映射地址的范围时，从设备要在此状态建立STOP信号，断开访问。当帧信号无效或主设备终止传输时，设备回到初始的IDLE状态。BUS_BUSY状态时总线忙，表示总线正在被其它设备使用。有两条转移路径，若总线仍然被占用，则停留在BUS_BUSY状态，否则返回空头状态IDLE。

2.4 地址译码和命令译码模块

地址译码模块主要检测PCI地址与本PCI卡的基地址是否匹配，可以通过AD[31:00]信号线上的值与设备的基地址作比较判断。如果PCI地址落在设置的基地址范围内，则PCI卡响应当前的总线操作。

命令译码模块指示PCI卡响应不同的总线命令，通过检测C/BE[3:0]#信号线上的值，与表1列出的总线命令作比较，完成命令译码。
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3 Windows9x系统下驱动程序的设计

对PCI设备而言，驱动程序提供了获取PCI卡的配置空间信息、勾挂PCI中断、总线数据传输等功能。本文介绍使用Numega公司的VtooIsD软件进行驱动设计的方法。

3.1 寻找PCI卡并读取配置空间信息

配置空间包含了系统初始化PCI设备所必需的信息，首先需要遍历整个硬件树结构来寻找指定的PCI设备。对于每一个设备，比较其厂商号（Vendor ID）和设备编号（Device ID），如果与设计的PCI卡的信息匹配，则读取它的配置空间信息。

3.2 I/O方式下的读写操作

I/O方式下的读写比较简单。在得到PCI设备基地址信息后，通过C++语言中的端口读写函数inpd和outpd即可完成。举例如下：

Temp=_inpd(gBaseAddresses);//Temp中得到读出的数据

_outpd(gBaseAddresses,Data)；//向基地址写入数据

其中，gBaseAddresses为基地址值，Data为写操作时的数据。

3.3 内存方式下的读写

对于内存方式下的读写，一个重要问题就是地址的映射。因为硬件设备读写的是物理内存，但应用程序读写的是虚拟地址，所以存在着将物理内存地址映射到用户程序线性地址的问题。

映射功能通过调用VtoolsD软件的标准库函数完成。根据给定的物理地址和所要求的空间大小，在系统内存中分配相应空间。首先，用PageReserve函数分配当前保留页的线性地址空间，再利用PageCommitPhys函数的服务对开始的线性地址空间分配相应的物理地址空间。程序如下：

ULONG nPages=_NPAGES_(PhysAddress,SizeInByte)；

Linear=PageReserve(PR_SYSTEM,nPages,PR_FIXED);

PageCommitPhys(PAGENUM(Linear),nPages,PAGENUM

(PhysAddress),PC_INCRPC_WRITEABLEPC_USER);

LinPageLock(PAGENUM(Linear),nPages,0);

其中，PhysAddress为给定的物理地址，SizeInBytes为需要的空间大小。

建立了物理RAM到系统内存的映射后，就可以利用C++语言中的文件操作基类CFile类完成数据的读写。首先使用CFile类的成员函数Open打开文件，为保证数据读写的准确无误，必须使用二进制方式打开；接下来使用Read和Write成员函数进行文件读写；完毕后用Close成员函数关闭文件。

3.4 中断的勾挂和处理

首先在ON_DEVICE_INIT函数中完成中断的初始化。即通过前面读取的PCI设备的中断号，使用VPICD_Virtualize_IRQ函数进行中断勾挂，外调用VPICD_Physically_Unmask函数开中断。

RTCIRQHandle=VPICD_Virtualize_IRQ(&IRQdesc)；

VPICD_Physically_Unmask（RTCIRQHandle）；

然后在RTCInt_Handler函数中进行中断处理，可以进行各种操作，例如向应用程序发送自定义的消息来通知中断的发生。
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    3.5 与应用程序的通信

一般地，应用程序通过CreateFile函数调用VxD驱动程序，得到一个VxD的文件句柄。使用如下的语句可以打开一个名为mydriver.VXD的文件，得到的句柄保存在hVxD中。

hVxD=CreateFile(\\.\mydriver.VXD,0,0,0,CREATE-NEW,FILE-FLAG-DELETE-ON-CLOSE,0)；

通过句柄hVxD和DeviceIoControl函数就可以与驱动程序进行数据传输。

本文采用ALTERA公司的FLEX6000系列芯片，型号为EPF6016TC144-3，实现了简化的从设备模式PCI协议，并在Windows9x系统下实现驱动程序的设计。整个系统工作良好。资源占用情况如下：可用I/O引脚113根，占用51根，占用率45%；可用逻辑单元数1320个，占用151个，占用率11%。

简化的PCI协议的实现占用较少的逻辑资源，可以灵活方便地进行功能添加和改进，同时可以在同一块芯片中集成其他用户模块，实现不同功能，以降低成本。目前，本系统已经应用在数据采集处理、图像处理等方面。

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