摘 要:VME總線是一種開放式工業(yè)計(jì)算機(jī)總線，在VME總線多主處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常需要進(jìn)行PCI總線與VME總線接口互連。這里分析了業(yè)界最先進(jìn)的PCI-VME總線互連芯片Tsi148的原理與功能，介紹Tsi148在VME總線智能模塊中進(jìn)行PCI-VME接口互連的方法，給出通過本地PCI總線接口進(jìn)行Tsi148初始化和VME系統(tǒng)配置的軟件流程。實(shí)踐表明，采用Tsi148進(jìn)行PCI-VME互連設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了VME總線的高速數(shù)據(jù)傳輸和控制功能，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞:Tsi148;PCI總線;VME總線;接口互連

中圖分類號:TP368文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1004-373X(2010)04-108-03

Design of PCI-VME Bus Interface Based on Tsi148

LIU Baoming，KAN Dandan，SHI Yunhui

(Jiangsu Automation Research Insititute，China Shipbuilding Industry Group Corporation，Lianyungang，222006，China)

Abstract:VMEbus is an open standard industrial computer bus，in the multi-master computer system of VMEbus，the PCI and VME interface are needed to be interconnected.The principle and function of Tsi148，which is the most advanced device for PCI-VME are analysed.The method for PCI/X-VME interconnecting in intelligent board-based Tsi148 is introduced.The flow of software for initializing of Tsi148 and configuration of system from local PCI bus are brought forward.Practice indicates that the design of PCI-VME by Tsi148 has achieved the high speed data transmission and has bus function，and has achieved favorable purpose.

Keywords:Tsi148;PCI Bus;VME Bus;interface interconnect

0 引 言

VME(Versa Module Eurocard)總線是一種開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)總線，支持32/64位總線寬度，采用主控/目標(biāo)結(jié)構(gòu)異步、復(fù)用/非復(fù)用方式;支持16/24/32/64位尋址和8/16/24/32/64位數(shù)據(jù)傳送以及跨界數(shù)據(jù)傳送;具有7條中斷請求線、4條總線請求線，采用菊花鏈優(yōu)先級隊(duì)列;系統(tǒng)最多支持21個(gè)主處理模塊，具有系統(tǒng)錯(cuò)誤檢測功能[1]。

VME總線是一種高可靠性和高兼容性的系統(tǒng)總線，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，尤其是在多主處理系統(tǒng)中，它系統(tǒng)總線，可以實(shí)現(xiàn)多主控處理;PCI總線作為一種高性能32或64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用的總線，具有性能高，成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)完整性及軟件兼容性都好的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)處理器和存儲器系統(tǒng)以及各種接口系統(tǒng)的連接。因此在VME總線的主控系統(tǒng)中，VME總線與PCI總線之間需要專門的橋接芯片進(jìn)行互連，如早期Cypress公司的VIC068A，VIC64，CY7C960芯片，但目前均已停產(chǎn)，取而代之的是Tundra公司的Universe Ⅱ和Tsi148。

Tsi148是2004年Tundra公司推出的新一代PCI/X-VME互連芯片，是早期Universe Ⅱ的替代和升級產(chǎn)品，PCI總線接口可支持PCI-X 133 MHz，VME總線接口支持VME，2eVME，2eSST等傳輸協(xié)議，可以靈活實(shí)現(xiàn)Master，Slave，SCON系統(tǒng)控制器功能，專門為VME總線主處理模塊、智能模塊中的PCI-VME總線接口互連而設(shè)計(jì)。

1 Tsi148的工作原理

1.1 Tsi148的功能

Tsi148實(shí)質(zhì)是一個(gè)PCI總線與VME總線地址空間轉(zhuǎn)換與互連的非透明橋，實(shí)現(xiàn)了本地PCI或PCI/X總線操作與系統(tǒng)VME總線操作的相互轉(zhuǎn)換。

Tsi148的PCI/X總線接口可以全面兼容PCI或PCI/X。PCI-X總線的工作頻率介于50~133 MHz之間，PCI總線的工作頻率介于33~66 MHz之間，兩種模式下支持32位或64位尋址和數(shù)據(jù);VME總線兼容傳統(tǒng)VME32協(xié)議，支持VME64擴(kuò)展和2eVME，2eSST協(xié)議，完備的總線系統(tǒng)控制器功能、中斷和中斷處理功能可通過PCI/X總線或VME總線進(jìn)行初始化配置;兩個(gè)可進(jìn)行軟件配置的DMA控制器，支持直接模式和鏈?zhǔn)侥Ｊ降腄MA操作，可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸[4]。

1.2 Tsi148的組成

Tsi148的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。芯片內(nèi)部主要由以下幾個(gè)功能模塊組成:PCI/X接口單元、VME接口單元、Linkage 模塊單元、DMA單元、寄存器單元、中斷寄存器單元。PCI/X接口單元分為PCI/X Master和PCI/X Target，VME總線接口分為VME Master，VME Slave和SCON單元。Linkage Module為核心轉(zhuǎn)換單元，負(fù)責(zé)兩種總線操作的時(shí)序轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)PCI-VME和VME-PCI的互訪轉(zhuǎn)換;通過配置中斷寄存器可以實(shí)現(xiàn)兩種總線之間的中斷映射。

圖1 Tsi148內(nèi)部組成框圖

2 VME與PCI總線互連

Tsi148非常適合VME總線的主處理模塊和智能處理模塊。一種VME總線智能處理模塊主要組成框圖見圖2，系統(tǒng)主要由MPC8280處理器、存儲器芯片、外圍接口芯片、Tsi148、VME總線接口等其他電路和器件組成。該智能模塊可運(yùn)行VxWorks操作系統(tǒng)，在VME系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)Master/Slave工作方式和SCON功能。在智能模塊上的MPC8280處理器片內(nèi)集成了高效PCI Host接口，可以實(shí)現(xiàn)與Tsi148的無縫連接，同時(shí)通過模塊本地PCI總線接口可以對Tsi148進(jìn)行初始化配置，實(shí)現(xiàn)本地PCI地址空間與VME總線地址空間的映射。

2.1 PCI總線接口

MPC8280的PCI接口支持PCI總線時(shí)鐘最高為66 MHz，總線寬度為32位，Tsi148的PCI/X接口時(shí)鐘由MPC8280的PCLK提供，Tsi148工作模式由上電復(fù)位過程采集到的指定信號的電平狀態(tài)決定，這些信號包括FRAME，IRDY，DEVSEL，STOP，TRDY，M66EN。在該模塊中，采用32 b/66 MHz PCI總線模式，沒有用到高32位地址數(shù)據(jù)線。為防止信號電平浮動造成漏電流過大引起的電平不穩(wěn)，高32位地址數(shù)據(jù)線進(jìn)行上拉，其他與64位操作相關(guān)的控制信號進(jìn)行適當(dāng)拉高或拉低處理，Tsi148的設(shè)備選擇線IDSEL由PCI的地址數(shù)據(jù)線中的AD13實(shí)現(xiàn)。

圖2 智能模塊組成框圖

2.2 VME總線接口

Tsi148的VME總線接口支持32/64位總線寬度，并且具有槽位自動識別功能，實(shí)現(xiàn)了VME64x規(guī)范中定義的CR/CSR功能，配合相應(yīng)的軟件工具可以實(shí)現(xiàn)通過VME總線進(jìn)行模塊配置和系統(tǒng)資源的初始化。Tsi148中的CR/CSR的地址分配可設(shè)置為自動識別Auto ID和地理位置Geographical兩種方法，通過設(shè)置數(shù)據(jù)線VD2，VD3的電平，在上電復(fù)位時(shí)即可決定ASIDEN，GSIDEN引腳的電平狀態(tài)。兩種電平的組合方式如表1所示。

表1 CR/CSR分配機(jī)制

ASIDEN[VD2]GSIDEN[VD3]描述

00CR/CSR禁止

01地理位置方式

10Auto slot ID方式

11如果GA[4:0]引腳為高，設(shè)為默認(rèn)Auto slot ID

2.3 地址空間轉(zhuǎn)換

智能模塊中的PCI總線接口通過Tsi148的Outbound Windows實(shí)現(xiàn)VME總線空間的訪問，最小地址空間為32 KB。當(dāng)該模塊訪問VME系統(tǒng)的某個(gè)地址空間時(shí)，它首先訪問本地PCI地址空間。當(dāng)Tsi148的PCI Target單元收到訪問命令后，加上預(yù)設(shè)的地址偏移量，通過PCI Target送給VME Master。VME Master作為VME總線主控，發(fā)起地址空間訪問，地址轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖3所示。

圖3 PCI/X到VME地址轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)中其他主模塊通過Tsi148的Inbound Windows訪問智能模塊的PCI空間。主模塊訪問智能模塊PCI總線的某個(gè)地址空間時(shí)，它首先訪問VME地址空間。當(dāng)Tsi148的VME Slave單元收到訪問命令后，加上預(yù)設(shè)的地址偏移量，通過VME Slave單元送給PCI Master，PCI Master作為本地PCI總線上的主控發(fā)起地址空間訪問，VME總線地址寬度由主模塊決定，地址轉(zhuǎn)換如圖4所示。

圖4 VME到PCI/X地址轉(zhuǎn)換

兩種總線之間是通過獨(dú)立的讀/寫命令和數(shù)據(jù)緩沖器實(shí)現(xiàn)的，通過它可實(shí)現(xiàn)預(yù)取讀和延時(shí)寫功能。除此之外，Tsi148還支持DMA數(shù)據(jù)傳送，即支持直接模式DMA傳輸和鏈?zhǔn)紻MA傳輸兩種方式，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量較大時(shí)的塊傳送，并且DMA控制器可實(shí)現(xiàn)VME-PCI，PCI-VME，PCI-PCI，VME-VME接口之間的數(shù)據(jù)傳送。

3 Tsi148軟件初始化

智能模塊在VME總線系統(tǒng)中需要進(jìn)行資源配置對Tsi148初始化。首先初始化Tsi148內(nèi)部寄存器，初始化可由兩種方式實(shí)現(xiàn)，一種是通過智能模塊本地PCI總線接口操作進(jìn)行;另一種是系統(tǒng)中主控板通過VME總線接口配置CR/CSR空間實(shí)現(xiàn)。本文介紹通過本地PCI總線進(jìn)行軟件初始化的方法。Tsi148內(nèi)部的4 KB寄存器，分為PCFS，LCSR，GCSR，CSR。其中，PCFS為256 B的標(biāo)準(zhǔn)PCI頭寄存器;LCSR 為本地控制與狀態(tài)寄存器;GCSR 為全局控制與狀態(tài)寄存器;CSR為VME總線控制與狀態(tài)寄存器。4 KB寄存器通過配置命令映射到智能模塊上處理器內(nèi)存地址空間，利用VxWorks環(huán)境下PCI讀/寫命令實(shí)現(xiàn)寄存器配置。

3.1 開放地址空間

初始化之前，首先需要確定4 KB寄存器在系統(tǒng)中的內(nèi)存空間，使能相應(yīng)存儲器讀/寫控制位MEMSP。此時(shí)，可以通過存儲器讀/寫的方式初始化Tsi148的內(nèi)部寄存器。舉例來說，要實(shí)現(xiàn)PCI到VME的地址窗口，需要初始化PCI/X Target Images，也就是OutBoundx寄存器組(x=0～7)。首先初始化相應(yīng)的Images Windows起始地址寄存器OTASU/Lx，結(jié)束地址TOEAU/Lx，偏移地址OTOFU/Lx寄存器，最后設(shè)置OTATx使能寄存器;與此類似，通過設(shè)置VME Slave Images，也就是InBoundx寄存器組，起始地址寄存器ISAU/Lx，結(jié)束地址ITEAU/Lx，偏移地址ITOFU/Lx寄存器，最后設(shè)置ITATx使能寄存器，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)VME到PCI地址空間。Tsi148支持多達(dá)8個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換地址空間，同時(shí)也可以設(shè)置其他相關(guān)的屬性寄存器，實(shí)現(xiàn)2eSST傳輸協(xié)議。

3.2 中斷映射

VME總線的中斷采用菊花鏈傳遞形式。Tsi148實(shí)現(xiàn)了中斷器和中斷處理器的功能，設(shè)置內(nèi)部的中斷寄存器可以實(shí)現(xiàn)VME總線與PCI總線的中斷映射。Tsi148內(nèi)部中斷映射關(guān)系見圖5。Tsi148本地PCI/X總線可提供INTA~INTD四個(gè)中斷輸出，VME總線通過軟件可實(shí)現(xiàn)7個(gè)中斷輸出IRQO1～I(xiàn)RQO7，同時(shí)也可以接受VME總線上的IRQI1～I(xiàn)RQI7輸入信號。中斷輸出IRQO1～I(xiàn)RQO7可以根據(jù)需要由軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)。具體操作是:只要向VME總線中斷控制寄存器(VICR)寫入STID中斷矢量號和中斷級別IRQL，便可產(chǎn)生一個(gè)中斷，每次只產(chǎn)生一個(gè)中斷。當(dāng)Tsi148作為SCON，接收到外部的中斷請求IRQI1～I(xiàn)RQI7時(shí)，通過讀Tsi148中斷應(yīng)答寄存器，即可產(chǎn)生一個(gè)中斷應(yīng)答周期，在中斷應(yīng)答周期中，傳送相應(yīng)的中斷矢量號，進(jìn)行判斷后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行處理。

圖5 PCI -VME中斷映射關(guān)系圖

3.3 初始化流程圖

當(dāng)智能模塊VxWorks的操作系統(tǒng)引導(dǎo)成功啟動后，通過PCI總線接口進(jìn)行軟件初始化和配置的流程如圖6所示。

圖6 初始化流程圖

4 結(jié) 語

實(shí)踐證明，采用Tsi148進(jìn)行VME總線智能模塊與PCI-VME總線接口互連設(shè)計(jì)，既可以簡化硬件電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，又可以兼容早期VME協(xié)議，實(shí)現(xiàn)更高級的傳輸協(xié)議如2eSST。當(dāng)模塊正常工作在VME64傳輸協(xié)議時(shí)可實(shí)現(xiàn)70 MB/s的總線傳輸速率;工作在2eSST 傳輸協(xié)議時(shí)，可實(shí)現(xiàn)300 MB/s的總線傳輸速率。

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