FPGA实现简化PCI总线协议与驱动设计

"本文主要介绍了如何使用FPGA技术在ALTERA公司的FLEX6000系列芯片上实现PCI总线协议的从设备模式，并且在Windows9x系统下设计了虚拟设备驱动程序，以实现与应用程序的交互。该实现方法在数据采集、图像处理等领域得到了实际应用，具有结构灵活、功能可靠、易于集成的特点。" PCI总线协议是个人计算机中广泛使用的高速局部总线标准，尽管有新的高速总线技术出现，如Arapahoe和HyperTransport，但PCI因其兼容性和广泛应用仍占据主导地位。在设计中，通常使用专用的PCI接口芯片，如AMCC的S5933或PLX的9080系列，它们能简化用户接口，但成本较高且限制了系统设计的灵活性。 本文提出了一种创新的实现方式，即利用FPGA（现场可编程门阵列）来设计简化版的PCI从设备接口。这种方法允许在同一个FPGA芯片上集成其他用户逻辑，降低系统成本，增加设计的灵活性。在ALTERA的FLEX6000系列芯片上实现的33MHz、32位数据宽度的PCI从设备模块支持I/O空间、内存空间和配置空间的读写操作，以及PCI中断功能。 系统架构包含FPGA芯片、RAM和输出接口。FPGA不仅包含PCI接口模块，还有数据处理模块，接收来自PCI接口的数据并进行处理，然后通过输出接口发送到下级设备。RAM作为数据处理的缓冲区，确保数据传输的连续性。 在软件层面，文章提到了为Windows9x系统编写的虚拟设备驱动程序，这个驱动程序使得PCI设备能够与应用程序无缝交互。这种驱动程序的设计对于系统完整性和用户体验至关重要，因为它提供了操作系统与硬件之间的桥梁。 简化PCI协议的实现主要涉及以下模块： 1. PCI配置空间设置：这是PCI设备自动配置的基础，它包含了设备的ID、基地址和其他关键参数。 2. 总线事务处理：包括读写操作，确保数据在PCI总线和FPGA内部逻辑之间正确传输。 3. 中断处理：实现PCI设备向CPU发送中断请求的能力，用于通知CPU数据传输或其他事件的发生。 4. 数据缓冲和流控：通过RAM实现数据的暂存和流量控制，确保数据的稳定传输。 通过这种方式，FPGA实现的PCI从设备模式不仅提供了基本的PCI接口功能，而且通过虚拟设备驱动程序与应用程序接口，实现了完整的系统解决方案。这一设计已经在数据采集和处理、图像处理等实际应用场景中得到验证，证明了其高效性和实用性。