原標(biāo)題：基于CPLD的單片機(jī)PCI接口設(shè)計方案

基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位單片機(jī)與PCI設(shè)備間的通信接口設(shè)計方案

1. 引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)與外部設(shè)備之間的通信需求日益增長。本文設(shè)計了一種基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位單片機(jī)與PCI設(shè)備之間的通信接口方案，以滿足高速數(shù)據(jù)傳輸和靈活接口設(shè)計的需求。

2. 設(shè)計背景與意義

PCI（Peripheral Component Interconnect）總線作為一種高性能總線技術(shù)，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)主板、擴(kuò)展卡等領(lǐng)域。而單片機(jī)作為一種低功耗、低成本的微控制器，在工業(yè)控制、嵌入式系統(tǒng)等方面有著廣泛應(yīng)用。設(shè)計一個高效的接口，以實現(xiàn)8位單片機(jī)與PCI設(shè)備之間的通信，具有重要的實際意義。

3. 主要器件及其作用

3.1 單片機(jī)

單片機(jī)選用Atmel公司的AT89C51，這是一款經(jīng)典的8位單片機(jī)，具有以下主要特點：

• 8位CPU，支持基本的運算和控制功能

• 4KB閃存程序存儲器

• 128字節(jié)內(nèi)部RAM

• 32個I/O引腳

3.2 CPLD

CPLD選用ALTERA MAX7000系列中的EPM7128S，這是一款高性能、低功耗的可編程邏輯器件，具有以下主要特點：

• 128個宏單元

• 5000個等效門

• 高達(dá)100MHz的系統(tǒng)速度

• 豐富的I/O資源

3.3 PCI接口芯片

PCI接口芯片選用PLX公司的PCI9052，這是一個高性能PCI橋接芯片，具有以下特點：

• 32位、33MHz PCI總線

• 支持DMA傳輸

• 支持多種總線主控模式

• 簡單易用的接口

4. 設(shè)計方案

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

主要包括AT89C51單片機(jī)、EPM7128S CPLD、PCI9052接口芯片及PCI總線。

4.2 硬件設(shè)計

4.2.1 單片機(jī)與CPLD接口

AT89C51通過其I/O端口與EPM7128S CPLD連接，具體連接方式如下：

• P0口用于數(shù)據(jù)總線，與CPLD的數(shù)據(jù)端口相連

• P2口用于地址總線，與CPLD的地址端口相連

• P3口部分引腳用于控制信號，如讀寫控制信號、片選信號等

4.2.2 CPLD與PCI接口芯片

EPM7128S CPLD負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)單片機(jī)與PCI9052之間的通信，其連接方式如下：

• 數(shù)據(jù)總線連接：CPLD的I/O口與PCI9052的數(shù)據(jù)端口連接

• 地址總線連接：CPLD的I/O口與PCI9052的地址端口連接

• 控制信號：CPLD通過邏輯設(shè)計生成PCI9052所需的控制信號，如讀寫控制、請求/應(yīng)答信號等

4.3 軟件設(shè)計

4.3.1 單片機(jī)程序設(shè)計

單片機(jī)程序主要包括以下幾個部分：

• 初始化程序：初始化單片機(jī)的各個I/O口，配置CPLD

• 數(shù)據(jù)傳輸程序：實現(xiàn)與CPLD之間的數(shù)據(jù)讀寫

• 中斷處理程序：處理來自PCI總線的中斷信號，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸

#include <reg51.h>

void init() {
    // 初始化程序
}

void main() {
    init();
    while (1) {
        // 數(shù)據(jù)傳輸程序
    }
}

void ISR() interrupt 0 {
    // 中斷處理程序
}

4.3.2 CPLD邏輯設(shè)計

CPLD邏輯設(shè)計采用VHDL或Verilog語言，主要實現(xiàn)以下功能：

• 地址解碼：將單片機(jī)的地址信號解碼成PCI設(shè)備所需的地址

• 數(shù)據(jù)緩沖：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存和傳輸

• 控制信號生成：生成PCI總線所需的各種控制信號

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity PCI_Interface is
    Port ( addr : in  STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);
           data : inout  STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);
           read : in  STD_LOGIC;
           write : in  STD_LOGIC;
           cs : in  STD_LOGIC;
           pci_data : inout  STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0);
           pci_addr : out  STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0);
           pci_read : out  STD_LOGIC;
           pci_write : out  STD_LOGIC);
end PCI_Interface;

architecture Behavioral of PCI_Interface is
begin
    -- 邏輯設(shè)計部分
end Behavioral;

4.4 系統(tǒng)調(diào)試與測試

系統(tǒng)調(diào)試包括以下幾個步驟：

• 硬件連接檢查：確保各個模塊連接正確

• 單片機(jī)程序調(diào)試：通過仿真軟件調(diào)試單片機(jī)程序，確保數(shù)據(jù)傳輸正確

• CPLD邏輯仿真：使用Quartus II等軟件仿真CPLD邏輯，確保邏輯正確

• 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試：將單片機(jī)、CPLD與PCI接口芯片連接，進(jìn)行整體調(diào)試，確保系統(tǒng)正常工作

5. 總結(jié)

本文設(shè)計了一種基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位單片機(jī)與PCI設(shè)備之間的通信接口方案。通過合理的硬件設(shè)計和軟件編程，實現(xiàn)了單片機(jī)與PCI設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。該設(shè)計具有成本低、靈活性高的特點，適用于各種嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)控制應(yīng)用。未來，可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸速率。