1. 引言
隨著CPU 的發展，原有的工業總線標準ISA/EISA總線早已跟不上時代的步伐，PCI總線作為一種先進的高性能32/64位局部總線，可以同時支持多組外圍設備並且不受制於處理器和時鐘頻率，並能完全兼容現有的ISA/EISA/MAC等擴展總線，非常適合於顯示卡、網卡、多串口卡等高速外設，已經取代了原來ISA總線的主導地位，成為微型計算機系統的主流總線。
2. PCI總線概述
PCI總線不依附於某個具體的處理器，除了適用intel公司的晶片外，還適用於其他型號的處理器晶片，並能實現PP,既在系統加電時，BIOS可以自動檢測機器配置，而給各個外圍設備分配中斷請求信號和存儲器的緩衝區等。PCI接口設備開發的有兩種方法，一種方法是採用可編程邏輯晶片，好處是比較靈活，用戶可以根據自己的需要開發出適合於特定功能的晶片。另一種常用的方法是使用專用接口晶片，通過專用晶片可以實現完整的PCI主控模塊和目標模塊的功能，將複雜的PCI總線接口轉換為相對簡單的用戶接口，我們只要設計轉換後的總線接口即可。PCI9052是常用的總線接口晶片。本文詳細敘述採用PCI9052.進行接口電路設計，主要的創新點在於PCI9052寄存器的配置空間及PCB布線中高速信號線的處理。
3. PCI9052的工作原理
PCI9052是PLX公司為擴展適配板卡推出的一種混合的高性能PCI總線目標（從）模式接口晶片。該晶片可與多種局部總線互連，支持PCI總線上的突發傳輸速率達到132Mb/s， PCI9052作為目標接口晶片，只能作為從設備，但其功能獨具特色。
3.1 初始化和復位
在上電過程中，PCI9052的內部寄存器有PCI BUS的RST#信號復位，並給以響應信號RETRY，在LOCAL BUS上輸出LRESET#信號，還要檢查串行EEPROM是否存在，如果安裝了EEPROM並且它的前16位不為FFFFH，則PCI9052用EEPROM中的值來配置片內的寄存器，否則使用預設值。PCI總線上主控設備還可通過軟體的途徑（在NCTRL寄存器中設置相應的位）對PCI9052復位，並給出LRESET#信號。採用這種復位以後，主設備只能訪問PCI9052的配置寄存器，而不能訪問LOCAL BUS，直到由主設備將軟體復位的位清除為止。
3.2 片內寄存器訪問
為了接口設計的最大靈活性，PCI9052提供了兩種類型的片內寄存器，它們分別是PCI配置寄存器和局部配置寄存器，二者都可以PCI總線和串行EEPROM訪問，也可以通過設置寄存器CNTRL[13]~CNTRL[12]禁止對串行EEPROM的訪問。
3.3 直接數據傳輸模式
PCI9052支持PCI主設備直接訪問LOCAL BUS上的設備，數據的傳輸方式分為內存映射的突發傳輸和I/O映射的單次傳輸，並由PCI基地址寄存器設置其在PCI內存和I/O空間的合適位置，局部映射寄存器還允許PCI地址空間轉換到局部地址空間。
3.4 PCI中斷的產生
PCI規範定義了四個中斷信號，以INTA#為例，要產生PCI中斷INTA#，首先要將寄存器INTCST的第6位（PCI中斷使能位）設置為1；如果需要以軟體方式產生中斷，則只需將INTCST的第7位（軟體中斷位）設置為1即可。
4.利用PCI9052進行總線接口設計
圖1ATM數據採集卡結構圖
ATM（異步傳輸模式）不僅適用於高速信息傳送和對服務質量（QOS）的支持，還具備了綜合多種業務的能力，以及動態帶寬分配與連接管理能力和對已有技術的兼容性，ATM系統具有光明的前景。作者所在研究所開發設計的ATM數據採集卡採用PCI9052作為接口晶片，選擇支持5V32位的長卡，EEPROM選擇93AA46，9052選擇非復用模式，上圖為其結構圖。
ATM數據採集卡通過光口接收光纖傳輸的STM-1信元，通過物理層的PM5384把STM-1信元轉換成ATM信元，FPGA把ATM信元解釋成用戶需要的信號，PCI9052則控制信號在ATM數據採集卡和PC之間的傳輸。
4.1 寄存器的配置
PCI總線支持三個物理空間：存儲器地址空間、I/O地址空間和配置空間。配置空間是PCI特有的一個空間，所有的PCI設備必須提供配置空間。串行EEPROM存儲了PCI9052的重要配置信息，它的內容非常重要，直接關係到整個板卡能否正常工作，需要非常注意。系統加電時，通過PCI的RST復位以後，PCI9052首先檢測EEPROM是否存在。如果檢測到EEPROM首字不是FFFFH，PCI9052將依次讀取EEPROM的內容來初始化內部寄存器，PCIBIOS根據配置寄存器的內容進行資源分配，從而實現PCI總線的即插即用特性。PCI配置寄存器的配置如表1所示。
PCI9052中還包括局部配置寄存器，以對PCI設備的基地址、地址空間範圍、地址空間描述符和片選信號等進行配置。用戶可以在EEPROM中對PCI9052的局部配置寄存器進行配置，也可以使用系統對該設備分配默認值。局部配置寄存器的配置不是必須的，一般情況下使用預設配置即可。
4.2 PCB布局布線
4.2.1 PCI卡電源要求
在設計電路圖時，必須遵循PCI規範。在電源層和地線層之間的電容可為連接器上的電源引腳提供去耦作用。所有3.3V引腳和沒有使用到的5V引腳需要用以下方法耦合到地：
（1）每個電源引腳上必須有退耦電容，且容量至少位0.01µf。
（2）從引腳根部到電容器焊盤的走線長度不大於0.25 in ,線寬至少為0.02 in 。
PCI擴展板上所允許的最大功耗為25w，該值是指來自四條電源線功耗的總和。最大功耗也可以設置成15w或7.5w，這由連接器上的PRSNT1#和PRSNT2#引腳決定。
4.2.2 走線長度
從擴展卡的連接器到PCI元器件的引腳之間，走線長度有如下限制：
（1）所有接口信號的最大走線長度為1.5 in。
（2）時鐘CLK信號走線長度為2.5 in，並且只能接到一個負載上。
4.2.3 布局布線
PCI接口卡採用四層板結構，在電源層布線時採用「分裂的電源層」技術，既將電源層分成5V和3.3V兩個電源層，為了防止高速信號在跨過電源層是的信號完整性問題以及由於斷裂處信號線交流迴路受阻造成的阻抗的不連續性，儘量不把高速信號布置在兩個電源平面上，應把它們全部布在3.3V平面上訪或5V平面上方，如果有的信號不得已要跨越兩個區域，可以把他放到扳子的另一面，使它在地線平面上方走線。如果有的信號無論如何採用什麼方法都不能不讓它跨越兩個電源層平面的裂縫，這時應將兩個電源層平面用電容器耦合在一起，沒四條跨過的線用一個0.01µF的高速電容器，並且電容器的位置距跨越點不超過0.25 in.
4.3驅動程序開發
對於開發WDM驅動程序來說，有三個常用的開發環境，Windows DDK, DriverStudio和Windriver,綜合考慮它們的優缺點，我們使用DriverStudio來完成PCI9052驅動程序的開發。PCI設備有兩個特徵使得它的驅動程序與「標準的」或現有的設備驅動程序不同。
第一個特徵是PCI設備是可以再定位的。也就是說設備的地址空間不是硬體固定的，PCI設備驅動程序及其它配置軟體應當用該設備配置空間中的映射信息來決定將設備映射到何處，這個可以在例程OnStartDivce中實現。
第二個持徵是PCI中斷是共享的。因為在系統實現中，很有可能將各個設備連到一條中斷線上，這就要求PCI設備驅動程序能夠支持共享的中斷。在DivceStudio中使用Kinterrupt類實現中斷處理，調用成員函數對中斷初始化，控制一個中斷服務程序和另一個之間的連接和斷開。對於DriveWizard生成的框架，它在OnStartDevice(KIrpI)中對一個中斷對象調用InitializeAndConnect(),完成初始化和連接。為了實現PCI中斷的共享，中斷服務程序必須迅速作出是否為自己板卡來的中斷的判定，如果是則返回TURE，否則返回FALSE。對於需要大量操作的工作，中斷服務程序會調用一個低於DIRLQ級別的延遲調用函數，在DISPATCH-LEVEL上完成處理。
4.4 驗證
通過Creatfile打開設備，使用DeviceIOcontrol將IOCTL控制命令及緩衝區首地址送到驅動程序，驅動程序採用DMA方式將由FPGA重組後的數據加上一個頭部信息（VPI、VCI、消息類型等）傳遞給上層測試程序。經驗證收到的數據信息