原標題：基于CPLD的單片機PCI接口設計方案

基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位單片機與PCI設備間的通信接口設計方案

1. 引言

隨著計算機技術的快速發展，單片機與外部設備之間的通信需求日益增長。本文設計了一種基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位單片機與PCI設備之間的通信接口方案，以滿足高速數據傳輸和靈活接口設計的需求。

2. 設計背景與意義

PCI（Peripheral Component Interconnect）總線作為一種高性能總線技術，廣泛應用于計算機主板、擴展卡等領域。而單片機作為一種低功耗、低成本的微控制器，在工業控制、嵌入式系統等方面有著廣泛應用。設計一個高效的接口，以實現8位單片機與PCI設備之間的通信，具有重要的實際意義。

3. 主要器件及其作用

3.1 單片機

單片機選用Atmel公司的AT89C51，這是一款經典的8位單片機，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字節內部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100MHz的系統速度

• 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. 設計方案

4.1 系統架構

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

4.2 硬件設計

4.2.1 單片機與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口用于數據總線，與CPLD的數據端口相連

• 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負責協調單片機與PCI9052之間的通信，其連接方式如下：

• 數據總線連接：CPLD的I/O口與PCI9052的數據端口連接

• 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通過邏輯設計生成PCI9052所需的控制信號，如讀寫控制、請求/應答信號等

4.3 軟件設計

4.3.1 單片機程序設計

單片機程序主要包括以下幾個部分：

• 初始化程序：初始化單片機的各個I/O口，配置CPLD

• 數據傳輸程序：實現與CPLD之間的數據讀寫

• 中斷處理程序：處理來自PCI總線的中斷信號，實現高速數據傳輸

#include <reg51.h>

void init() {
    // 初始化程序
}

void main() {
    init();
    while (1) {
        // 數據傳輸程序
    }
}

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

4.3.2 CPLD邏輯設計

CPLD邏輯設計采用VHDL或Verilog語言，主要實現以下功能：

• 地址解碼：將單片機的地址信號解碼成PCI設備所需的地址

• 數據緩沖：實現數據的暫存和傳輸

• 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
    -- 邏輯設計部分
end Behavioral;

4.4 系統調試與測試

系統調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

• 單片機程序調試：通過仿真軟件調試單片機程序，確保數據傳輸正確

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

• 系統聯合調試：將單片機、CPLD與PCI接口芯片連接，進行整體調試，確保系統正常工作

5. 總結

本文設計了一種基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位單片機與PCI設備之間的通信接口方案。通過合理的硬件設計和軟件編程，實現了單片機與PCI設備之間的高速數據傳輸。該設計具有成本低、靈活性高的特點，適用于各種嵌入式系統和工業控制應用。未來，可以進一步優化設計，提高系統的穩定性和數據傳輸速率。