基于FPGA的PCI总线接口设计

文章摘要：--- (4)状态寄存器：此寄存器记录了PCI相关事件的信息。在本系统中，位9、10、11、14、15被设计实现。位10∶9为设备选择(DEVSEL#)定时，00B为慢速，01B为中速，10B为快速，11B保留。本设计这两位被硬件连线为01B。当目标设备失败时，位11被设置为1，当发生系统错误时位14置1，发生奇偶校验错误时位15置1。 --- (5)基地址寄存器：该寄存器用来映射设备的存储器地址空间，与设备地址空间大小相应的低位被强制为0，因此在配置写交易中，配置软件通过对这个寄存器的所有位写1，然后再读出该寄存器的值来决定设备存储器所占用的地址范围。位0用来定义设备是存储器映射还是I/O映

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--- (4)状态寄存器：此寄存器记录了PCI相关事件的信息。在本系统中，位9、10、11、14、15被设计实现。位10∶9为设备选择(DEVSEL#)定时，00B为慢速，01B为中速，10B为快速，11B保留。本设计这两位被硬件连线为01B。当目标设备失败时，位11被设置为1，当发生系统错误时位14置1，发生奇偶校验错误时位15置1。
--- (5)基地址寄存器：该寄存器用来映射设备的存储器地址空间，与设备地址空间大小相应的低位被强制为0，因此在配置写交易中，配置软件通过对这个寄存器的所有位写1，然后再读出该寄存器的值来决定设备存储器所占用的地址范围。位0用来定义设备是存储器映射还是I/O映射，在本设计中，位0被设为低以表明目标设备为存储器映射的。
如需要256字节的存储空间，配置软件写入0FFFFFFFFH，本设备送出0FFFFFF00H，而配置软件再次写入基地址寄存器的值与本设备的0FFFFFF00H相与的结果就是基地址值，如配置软件再次写入0CD000000H则基地址值为0CD000000H。
--- (6)类代码寄存器：这个24位的只读寄存器用来说明设备的基本功能和它的可编程接口。这里，此寄存器被强制为018000H，即设备为大容量存储控制器。
--- (7)首部类型寄存器：这个只读寄存器的位0～6定义了首部格式，位7说明了设备为单功能还是多功能。首部类型1为PCI-PCI桥定义，首部类型2则用于PCI CardBus桥。在本设计中寄存器被强制为0来显示其为单功能设备且首部类型为0。

● 时序控制

--- 在时序控制程序中采用状态机模型来实现不同时序的转换。各种命令、数据交换、控制均在状态机的管理下进行工作。PCI总线上的信号是并行工作的，因此，对应每个状态必须明确其执行的任务。这些任务要用VHDL的进程语句来描述所发生的事件。本设计中的状态机共使用了6种状态，它以从设备响应状况为依据，主要以DEVSEL#信号和TRDY#信号的状况为依据。状态机如图1所示，分别对应空闲状态(此状态DEVSEL#、TRDY#和STOP#以及其他输出信号为高阻态)；准备状态、DEVSEL#和TRDY#均为高电平状态，DEVSEL#为低电平且TRDY#为高电平状态，DEVSEL#和TRDY#均为低电平状态；操作结束状态(此状态使DEVSEL#、TRDY#和STOP#维持一个周期高电平)。本系统接到复位信号后对系统进行复位，然后转入空闲状态，在空闲状态中采样总线，并根据总线的变化来决定下一个时钟上升沿后状态机转入何种状态，这些时序和程序中用到的信号都是基本且必须的，在进行开发时可以根据需要增添必要的状态和信号，VHDL对状态机的描述如下。

--- type pci_state is (Idle, Ready, DevTrdyHi, DevLoTrdyHi, DevTrdyLo, OprOver);
signal c_state :pci_state;
--- Idle为空闲状态；Ready为准备状态；DevTrdyHi表示DEVSEL#和TRDY#均为高电平状态；DevLoTrdyHi表示DEVSEL#为低电平且TRDY#为高电平状态；DevTrdyLo表示DEVSEL#和TRDY#均为低电平状态；OprOverr表示操作结束状态。
程序如下。

process(pci_rst,pci_clk)
begin
if pci_rst = '0' then
c_state <= Idle;
elsif pci_clk'event and pci_clk='1' then
case c_state is
when Idle=>
if pci_frame_l='1' and pci_irdy_l='1' then
c_state <= Idle;
elsif pci_frame_l='0' then
c_state <= Ready;
else
c_state <= c_state;
end if;
when Ready=>
if pci_frame_l='1' and pci_irdy_l='1' then
c_state <= OprOver;
else
c_state <= DevTrdyHi;
end if;
when DevTrdyHi=>
if pci_frame_l='1' and pci_irdy_l='1' then
c_state <= OprOver;
else
c_state <= DevLoTrdyHi;
end if;
when DevLoTrdyHi=>
if pci_frame_l='1' and pci_irdy_l='1' then

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