PCl接口DMA传输方式的FPGA实现同济大学超大规模集成电路研究所曲红林争辉焦孟草于超摘要：本文介绍了一种使用FPGA进行32位PC1接口芯片设计的方法，并实现了DMA块模式传输方式，既发挥了PC1总线的高性能又不占用CPU处理时间，实现计算机软件处理与机外的硬件处理的并行执行，广泛适用于高速视频处理。引言所设计的高速视频压缩处理系统的框架如图1PCI总线是微型计算机中处理器、存储器与外所示。在视频处理过程中，由于算法复杂同时要保证围控制部件、扩展卡之间的互连接口，其独立于处理实时性，需要将算法的一部分由计算机完成，处理后器的独特设计和高性能、开放性等优势，使其得到迅的数据再送入PCI卡完成算法的剩余部分。为提高速普及和发展。目前PCI总线已成为微型计算机事处理速度，实现软硬件两部分的高速并行，需要将中实上的总线标准．并在嵌入式计算机和工控计算机间数据通过计算机的PCI接口以DMA方式传送给方面具有广泛的应用前景。同时，随着可编程逻辑器机外硬件模块。考虑到系统的集成度及灵活性，我们件FPGA的快速发展，在FPGA上实现PCI接口，来使用FPGA自主开发PCI接口芯片，符合PCI协议降低成本和满足某些特殊要求的做法得到了越来越2．2广泛的关注。PCI接口的实现方案有两种：①采用专用的PCI接口芯片，可以避免复杂的PCI协议，缩短开发周视舅-!接视频口期，降低开发难度。但系统结构受接口芯片的限制，软}硬件处玛f芯片．处理不能灵活地设计目标系统，且成本较高。②使用可编模I、模块程逻辑器件FPGA实现。这种方案可以根据整个系D姒]统的实际需要仅选择实现PCI协议的某些子集．同时将另外一些重要的功能集成到同一个器件上，这图1高速视频压缩系统框架样就使得所设计的PCI接口具很强的针对性和灵活性，与此同时又可以极大地降低这个系统的成本。我们在设计高速视频压缩系统时，就采用了第二种方广法，即采用FPGA来设计简化的32位PCI接口，同8时集成了DMA(DirectMemoryAccess)块模式传输易方式，既实现了PCI总线的高速传输，同时又大量减少CPU处理时间，从两方面保证了视频处理的实时性图2PCJ接口芯片框架http：／／www．cicmag．comMaster1芯片构成及功能描述芯片的总体框架如图2所示。芯片由PC]接口模块、DMA控制模块及本地总线接口模块三部分构成。PCI接口模块实现了简化的33MHz工作时钟、32位总线宽度的接口功能，支∞持内存空间及配置空间的读写；还负责遵循PCI协议2．2与PCI总线通信，实现接口芯片的即插即用。DMA控制模块负责接收计算机的DMA请求．接管总线控制权，以DMA方式将计算机存储器的数据以块方式读出并写到连接本地总线的存储器．DMA结束后发出中断通知计算机．然后释放对总线的控图3PCI接口信号制权。DMA控制模块也以同样的原理实现本地总线D-I^ST^RTI‘到PCI总线的DMA传输因此，本文只需对PCI总——=气———们咖—·—lo—．———n———————^————————————；==REOII———————————————————-一———r_I线到本地总线的DMA传输实现方法加以阐述。本GNTIJ地总线接口模块负责根据本地总线的协议，同步FR^KIl柚慵IDoI"102f∞IMIIo610tDMA控制模块对其操作，因为它的功能实现随具体∞1*采用的本地总线的不同而变化，故这里不作详细说明。下面从PCI总线信号定义、PCI接口模块、DMA控制模块三方面具体介绍图4PCI总线上DMA传输的时序2PCI总线信号定义总线的请求PCI的外部设备既可以作为PCI总线从设备GNT表示仲裁器允许主设备占用PCI总线(Slave)，实现基本的传送要求，也可以作为PCI总线AD[31：O】时分复用地址傲据信号．在帧信的主设备(Master)，访问其他PCI总线设备及系统的号有效的第一个时钟为地址信号其他资源。为使此接口芯片可以不通过计算机的FRAME表示帧信号有效，指明传输的起CPU，直接访问计算机的存储器，DMA传输过程中始时间和终止时间将接口芯片设置为Master模式，计算机为slave模C／BE[3：0】命令字节使能信号，在帧信号有式，两者间的接口信号遵从PCI协议2．2版在本设效的第一个时钟为命令信号CMD计中接口芯片是以DMA方式把数据从计算机的存IRDY表示主设备已准备好接受数据储器中读出并写入机外硬件处理模块．因此SIave一>DEVSEL设备选择信号，表示读地址在该Master的主要接口