基于FPGA的双口RAM与PCI9O52接口设计

出处：lsbaobei 发布于：2010-04-09 11:49:29

　　摘要：为了解决PCI9052和双口RAM之间读写时序不匹配的问题，本设计采用可编程器件来实现它们之间的接口电路。此电路可以使系统更加紧凑。逻辑部分采用有限状态机实现，使控制逻辑直观简单，提高了设计效率。

　　通过仿真工具ModelSim Se对该接口电路进行了验证，得出的仿真波形符合要求。

　　O 引言

　　IDT70V28L(双口RAM)的存取时间大于20ns，PCI9052工作于25MHz，其存取时间要大于双口RAM的存取时间。PCI9052是发起交易的主动者，相当于一个慢速器件访问快速器件，通过可编程器件，可以把PCI9052读写控制信号直接传递给IDT70V28L，完成时序的匹配。

　　为将PCI9052的局部逻辑转换为双口RAM的读写控制信号和地址信号，本设计采用了可编程器件来实现它们之间的接口逻辑电路。在可编程器件设计中，状态机的设计方法是应用广泛的设计方法之一。有限状态机是一种简单、结构清晰、设计灵活的方法，它易于建立、理解和维护，特别应用在具有大量状态转移和复杂时序控制的系统中，更显其优势。鉴于其优势，本设计采用了Verilog HDL描述的状态机来实现该接口的时序逻辑，并通过仿真工具验证了该设计的正确性。

　　1 PCI9052和双DRAM

　　1．1 PCI9052简介

　　PCI9052是PLX公司继PCI9050之后开发的低价位总线目标接口芯片，低功耗，符合PCI2．1规范，它的局部总线(LOCAL BUS)可以通过可编程设置为8／16／32位的(非)复用总线，数据传输率可达到132Mb／s。它的主要功能和特性如下：

　　(1)异步操作。PCI9052的Local Bus与PCI总线的时钟相互独立运行，两总线的异步运行方便了高、低速设备的兼容。Local Bus的运行时钟频率范围为0～40MHz，TTL电平；PCI的运行时钟频率范围0～33MHz。

　　(2)可编程的局部总线配置。PCI9052支持8位、16位或32位Local Bus，它们可以是复用或非复用。PCI9052有4个字节允许(LBE[3：0]#)信号，26条地址线(LA[27：2])，乖和32位、16位、8位数据线(LAD[3l：0])。

　　(3)直接从(目标)数据传送模式。PCI9052支持从PCI总线到Local Bus的猝发存储器映射空间的传送和I／O访问。读和写FIFO允许在PCI和局部总线之间的高性能猝发。PCI总线被允许猝发，这样Local Bus能被设置成猝发或持续单周期。

　　(4)4个局部片选。PCI9052提供4个片选，每个片选的基地址和范围被编程成独立的由SEEPROM或主机。

　　(5)5个局部地址空间。每个局部地址空间的基地址和范围被由SEEPROM或主机编程成的。

　　1．2 双口RAM

　　IDT70V28是高速64k×16的双端口静态RAM。它能被设计为1024kb的双端口RAM或者是32位字主从双端口RAM。该双口RAM提供两个独立的具有控制、地址和I／O引脚的端口。它的主要特性如下：a．可同时访问双端口同一存储器空间；b．高速存储访问，访问速度可达到20ns；c．低功耗运行；d．同过将多个设备级联，可以方便地将数据线宽扩展到32位或更高；e．具有‘busy’和‘interrupt’旗语。避免访问冲突：f．可以独立访问端口。

　　2 PCI和双口RAM之间的接口设计

　　为了解决PCI9052和双口RAM之间读写时序不匹配的问题，采用可编程逻辑器件CYCLONE-II来实现它们之间的接口电路，其信号连接关系如图1所示。

　　PCI9052对双口RAM发出读写指令需在FPGA配置完之后，这可以通过查询CONF_DONE(和USERl相连)和INIT_DONE(和USER3相连)来确定FPGA是否配置完成。如采样INIT_DONE信号，当其为高，表明FPGA配置完成；如采样CONF_DONE，当其为高，则PCI9052还需要等待tCD2UM(min=18 μs，max=40 μs)时间后，才能对双口RAM进行读写操作双口RAM使用的是IDT70V28L，它的存取时间大于20ns。PCI9052采用非复用、单周期读／写模式，工作于25MHz时钟，PCI访问存储器是以32位位宽，每读写操作在Local Bus上都对应2次16位位宽的操作，为了防止相邻二次交易的冲突，每次状态机都是以检测ADS信号有效开始读写访问，且插入一个NXDA等待周期。具体读写操作实现过程如下。
　　2．1 PCI9052写过程

　　写过程是用状态机加以描述，该状态机有6个状态，分别是写空闲、写开始、写等待数据、写过程、写过程等待和写结束。具体的状态转移图如图2所示。

　　当系统复位后，BTERM、M S被拉高，LHOLD、MODE拉低，写控制信号无效，状态机处于写空闲状态。

　　当状态机处于写空闲状态时，在每次上升沿采样到ADS有效和LW R为高电平，且访问双口RAM空间(CS0或CSl有效)，状态机就进入写开始状态。在写开始状态，状态机等待未进行一定的操作。接着是写等待数据状态，此时根据片选信号CS0和CSl的值译出SEML、CEOL、CElL，并输出有效的地址和控制信号R WL、UBL、LBL到双口RAM。接着是写过程状态，为了得到有效的数据，该过程未对输入输出操作。然后是写过程等待状态，此时，置LRDY信号有效且输出有效的数据到双口RAM。是写结束状态，将片选信号CEOI。、CElL、SEMI。置位无效，在该过程的下一个周期将其余的写控制信号置为无效，状态机恢复为写空闲状态。

　　2．2 PCI9052读过程

　　读过程也是用状态机加以描述，该状态机有6个状态，分别是读空闲、读开始、读等待数据、读过程、读过程等待和读结束。其状态转移如图3所示。

　　当系统复位后，BTERM、M S被拉高，LHOLD、MODE拉低，读控制信号无效，状态机处于写空闲状态。

　　当状态机处于读空闲状态时，在每次上升沿采样到ADS有效和LW R为低电平，且访问双口RAM空间(CS0或CSl有效)，状态机转到读开始状态。接着是读等待数据状态，此时根据片选信号CS0和CSl的值译出SEML、CE0L、CElL，并输出有效的地址和控制信号R WL、UBL、LBL、OEL到双口RAM。接着是读过程状态，为了得到有效的数据，该过程未对输入输出操作。然后是读过程等待状态，此时，置LRDY信号有效且输出有效的数据到PCI9052。是写结束状态，在该过程的下一个周期将读控制信号置为无效，状态机恢复为读空闲状态。

　　3 FPGA仿真实现

　　在Modelsim开发平台下，实现了PCI9052读写双口RAM的仿真过程，该仿真波形如图4所示。从仿真波形可以看出该代码可以实现将PCI90-52的读写控制信号转换成双口RAM的读写控制信号，完成时序的匹配。