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PCI总线接口芯片应用
PCI总线接口芯片应用
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PCI9054总线接口芯片应用
一、引 言
PCI(PeripheralComponentInterconnect)总线,即外围部件互连总线,是一种先进的高性能32/64位地址数据复用局部总线。
可同时支持多组外围设备,并且不受制于处理器,为中央处理器与高速外围设备提供一座沟通的桥梁,PCI总线与处理器和时钟频率无关,可以提供高达132MB/s的数据传送速率,是当今PC领域中最流行的总线。
PCI总线具有严格的总线规范,这就保证了它具有良好的兼容性,符合PCI总线规范的扩展卡可以插入任何PCI系统可靠地工作。
但由于PCI总线协议的复杂性,其接口的实现比VESA、ISA和MCA等总线要困难得多。
目前,实现PCI接口设备大多采用专用器件,一般有两种方法:
一种方法是采用可编程逻辑芯片,它的最大好处是比较灵活,用户可以根据自己的需要开发出适合于特定功能的芯片,而不必实现PCI的全部功能。
可以利用的器件也比较多,现在有许多生产可编程逻辑器件的厂商,如Xilinx的LogiCore和Altera的AMPP都提供经过严格测试的PCI接口功能模块,用户只要进行组合设计即可。
但这种方法难度较大,设计周期较长.另一种常用的方法是使用专用总线接口器件,通过专用芯片可以实现完整的PCI主控模块和目标模块的功能,将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的用户接口,用户只要设计转换后的总线接口即可.
采用专用接口器件虽然不够灵活,但由于其对PCI协议良好的支持及其接口的友善性,再加上具有较低的成本和通用性,能够有效降低接口设计的难度,大大地缩短开发时间。
现有的PCI接口芯片主要有AMCC公司的AMCCS59xx系列和PLX公司的PCI90xx系列。
在PLX系列产品中,PCI9054是一款常用的PCI总线接口芯片,本文将对PCI9054总线接口芯片的功能、结构、特点及其在PCI板卡设计中的应用进行介绍。
二、PCI9054简介
PCI9054是美国PLX公司继PCI9052之后推出的又一低成本PCI总线接口芯片,低功耗,PQFP172pins封装,它采用了先进的PLX数据管道结构技术,可以使局部总线快速转换到PCI总线上.PCI9054是一32位/33MHz的通用PCI总线控制器专用芯片,支持主模式、从模式、DMA传输方式,因其强大的功能可应用于适配卡和嵌入式系统中。
PCI9054的主要特性如下:
*符合PCIV2.1,V2.2规范,包含PCI电源管理特性。
*支持VPD(VitalProductData)的PCI扩展。
*支持PCI双地址周期,地址空间高达4GB.
*具备I2O准备报文单元,完全兼容I2OV1.5规范.
*提供了两个独立的可编程DMA控制器,每个通道均支持块和Scatter/Gather的DMA方式,DMA通道0支持请求DMA方式。
*在PCI启动模式,PCI9054可插入类型1和类型2的配置周期。
*在PCI和LocalBus的数据传送速率高达132MB/S。
*支持本地总线(LocalBus)直接接口MotorolaMPC850或MPC860系列,Inteli960系列,IBMPPC401系列及其它类似总线协议设备。
*本地总线速率高达50MHz;支持复用/非复用的32位地址/数据;本地总线可为三种模式:
M模式、C模式和J模式,可利用模式选择引脚加以选择。
*具有可选的串行EEPROM接口。
*本地总线时钟由外部提供,该时钟可和PCI时钟异步。
*具有8个32位Mailbox寄存器和2个32位Doorbell寄存器。
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PCI9054的内部结构组成
PCI9054内部有6种可编程的FIFO,以实现零等待突发传输及本地总线和PCI总线之间的异步操作。
PCI9054的内部结构如图所示。
三、PCI9054功能简介
*PCI9054的EEPROM
PCI9054提供了一个串行EEPROM配置接口,容量2K字节。
在配置存储器中存放了厂家标示、设备标示以及本地总线的基地址空间、I/O空间、中断控制信号等信息.当初始化时,系统自动将串行EEPROM中的配置参数装入PCI配置寄存器,并根据本地总线对内存、I/O端口和中断的需求统一划分,自动配置。
*PCI9054的总线操作
PCI9054的总线操作包括PCI总线操作和本地总线操作.对于PCI总线操作,它完全遵守2。
2版本PCI规范.下面主要讨论一下本地总线操作。
PCI9054本地总线支持非多路复用32位地址/数据总线,多路复用32位和8位,16位或32位本地总线设备从属访问,运行速率高达50MHz,可以获得200MB/S的本地总线突发传输速率。
PCI9054有3种工作方式,分别为C、M和J模式。
M模式主要是针对Motorola公司高性能MPC850/860的应用而设计的,主要应用在电信领域,J模式的接口设计相对比较麻烦,比较常用的是C模式。
C模式下PCI9054分为PCIInitiator操作和PCITarget操作.在PICInitiator操作过程中,本地处理器或本地总线主控设备能够直接通过PCI9054访问PCI总线,发起Local-to—PCI的数据传输。
而在PCITarget操作过程中,PCI总线主控设备可以以可编程的等待状态、总线宽度和突发传输功能访问PCI9054的三个本地空间(空间0,空间1和扩充ROM空间).
*PCI9054的DMA突发模式
PCI9054集成了两个互相独立的DMA通道,每个通道都支持BlockDMA和Scatter/GatherDMA,通道0还支持DemandDMA传输方式。
BlockDMA要求PCI主机或Local主机提供PCI和Local的起始地址、传输字节数、传输方向。
主机设定DMA开始位启动数据传输,一旦传输完成,PCI9054设定DMA"传输结束位”结束DMA,如果中断允许位被使能,在传输结束时PCI9054将向主机申请中断。
在DMA传输中,PCI9054既是PCI总线的主控器又是Local总线的主控器。
Scatter/GatherDMA要求主机在PCI空间或Local空间设定Descriptor模块,模块包括PCI和Local的起始地址、传输字节数、传输方向和下一个Descriptor模块的地址.PCI9054载入第一个Descriptor模块并发起传输,连续加载下一个模块,直到它侦测到”链结束位"有效,PCI9054设置”传输结束位",或者申请PCI或Local中断。
这种模式下,PCI9054也可以在每个模块加载时有效中断信号结束DMA传输。
若Descriptor模块在本地存储空间,可以编程使DMA控制器在每次DMA传输结束后清除传输字节数。
四、PCI9054的设计与应用
PCI9054作为一种通用的PCI接口芯片,以其显著的功能和特性,得到了广泛的应用,下面就其在高速数据加密系统中的应用进行简单介绍。
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作为网络安全问题一种较好的解决方案,数据加密卡通常需要具备下列功能:
·使用密码算法对数据进行加密解密;
·存放密钥、证书及其他必需的数据,主密钥和重要的密钥应受到保护,而且这种保护应该比通常的软件能达到的强度更高;
·与主机、外围设备和系统软件有良好接口,方便用户开发相应的高层软件.
上述要求决定了PC加密卡的设计目标以及基本结构。
PC加密卡主要由主CPU、计算机总线接口、板上RAM/ROM、随机数生成模块和外部设备接口等组成。
本文所介绍的PC加密卡以TMS320VC33为其主CPU,采用PCI接口芯片实现高速加密卡的设计方案。
本PC加密卡所实现的主要功能有:
·数据加密解密功能:
这是PC加密卡所具有的最基本的功能。
内置的密码算法采用硬件实现方案:
对称算法采用专用的加密芯片,加密速度达每秒640Mbps;RSA算法采用DSP处理器TMS320VC33加专用大数运算部件SSX04的实现方案.上述两个算法模块直接与CPU的总线连接,实现快速数据交换。
·数字签名与认证功能:
数字签名在当前的商业和金融业中已经有了广泛的应用,为满足多方面的要求,在卡中实现了签名和认证功能,主要利用RSA算法模块来实现。
·密钥管理功能:
为维护PC加密卡的正常运行,密钥的产生、保存、分配与管理功能是必不可少的.由于私钥等重要密钥在卡中保存,这一功能由加密卡的配套软件与加密卡本身协同实现.卡上内置的软件设计为可自动生成RSA的一对密钥,外界软件和系统只能得到其中的公钥,而无法得到私钥的任何信息,保证密钥的安全。
上述功能的实现依赖于加密卡各模块间的协调工作,其中PCI接口芯片、串行EEPROM与可编程逻辑芯片构成与主机的接口模块,使主机与DSP之间可以透明的交换指令和数据.另外,PCI接口模块提供了PCI配置功能,支持Windows/LINUX平台的即插即用,最大程度的方便用户的安装与使用。
PC加密卡的另一关键问题是驱动程序的开发。
设备驱动程序提供连接到PCI板卡的软件接口,其关键是如何完成硬件操作,基本功能是完成设备的初始化、对端口的读写操作、中断的设置和响应及中断的调用、以及对内存的直接读写.
本系统由于主要应用于LINUX平台,所以在LINUX系统下编写了设备驱动程序,针对PLX9054的接口芯片特别编写了相关API函数,这些函数能够方便地实现中断处理、DMA传输、I/O操作、内存映射以及即插即用等功能.
五、结论
PCI9054以其强大的功能和简单的用户接口,为PCI总线接口的开发提供了一种简洁的方法,降低了开发难度,缩短了开发周期,并且使成本有了大幅度的降低。
设计者只需设计出本地总线接口控制电路,即可实现与PCI总线的高速数据传输。
本文描述了一种低成本、高性能的数据加解密硬件解决方案--PC加密卡。
该卡采用性能价格比较高的DSP芯片实现加密算法的运算,利用PCI接口芯片、可编程逻辑芯片及FlashROM等优化接口及逻辑设计。
本系统经过测试,高速数据能够正确传输。
所以在高速数据传输系统中,利用PCI总线的高速特性实时传输和存储采集数据,有效解决了数据的传输和处理的实时性,该方法可应用于高速数据加密卡、数据采集卡、视频处理卡、网卡等高速设备中,随着PCI总线的普及应用,基于PCI总线的传输系统设计有十分广阔的前景。
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