基于CPCI总线的多网口卡设计 2010-09-18 10:12:15作者：赵健来源:电子设计工程

　　以太网(Ethernet)作为应用最广泛的局域网技术异军突起，已经迅速走向工业自动化控制领域的前台。CPCI总线系统插槽有限，设计基于CPCI总线的多网口卡可节省空间，又可以满足状态监测及故障诊断系统要求的实时和大数据量传输。

　　1模块总体设计

　　该模块采用CPCI并行总线进行设计。图1给出该模块总体设计框图，其中，通过PCI桥扩展总线分别连接4片INTEL82551，由于INTEL82551内部已集成PCI接口，PCI桥可实现与INTEL82551之间的无缝连接。J1和J2为CPCI的接口插件。


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　　2CPCI总线结构模块

　　2．1原理和结构

　　在1条PCI总线上如果连接过多的电气负载或设备，总线不能正常工作。通过在系统内另外增加1条或多条PCI总线，问题可以得到解决。在系统内扩展另1条PCI总线，唯一的方法是使用PCI-PCI(即P2P)桥进行系统扩展。P2P桥是特殊的PCI设备，可把系统中的PCI总线粘合在一起。P2P桥在系统中连接主从两条PCI总线，它作为上一级总线的一个负载，通过对PCI信号的重新驱动和仲裁，而向下可以驱动一个总线段。

　　其作用是协调2条PCI总线之间的数据传输，监视在这两条PCI总线上启动的所有交易，并决定是否将交易传送通过另一条PCI总线。当桥确定将一条总线上的交易传送到另一条总线时，桥必须充当交易总线的总线目标，以及交易的目的总线的主设备。系统设计者也可以安装多个P2P桥。

　　2．2PCI2050B简介

　　根据系统集成的特性，这里选择TI公司的PCI2050B桥接器来实现P2P桥。PCI2050B属于透明的PCI-PCI桥，在2个32位最高工作频率66MHz的PCI总线之间提供桥连接。该桥支持突发模式(burstmodetransfers)，极大增加了数据的吞吐量，桥的总线数据路径(tmstrafficpaths)独立工作。桥的主、从总线分别可以工作在3．3V或者5V的环境下，而桥的核心逻辑工作在3．3V，以减少功耗。主机软件通过内部寄存器对桥进行操作。通过内部寄存器既可以得到标准PCI的状态，也可以对主、从总线进行控制。桥的PCI配置头只能通过主PCI接口来操作。PC-I2050B带9个从总线，除了为每个从总线提供内部仲裁外，也可为系统提供外部仲裁。PCI2050B提供10个从侧时钟输出。

　　2．3PCI桥的设计

　　根据该模块总体设计框图，系统设计需要注意以下几个方面。

　　2．3．1时钟设计

　　图2为PCI2050B的时钟设计框图。


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　　该时钟设计要点如下：

　　1)PCI2050B有2个独立的时钟域，主接口受主侧输入时钟P_CLK的控制，从接口受从侧输入时钟S_CLK的控制。这2个时钟相互独立，但保持同步，而且从侧的时钟频率不能高于主侧的时钟频率。P_CLK与S_CLK最大延时不得超过7ns，S_CLK不能超前P_CLK。

　　2)PCI2050B的从侧有10个时钟输出S-clkout[9：0]，其中9个时钟输出可以供给扩展的PCI槽，为保证时钟输出同步，另1个必须反馈给从侧的输入时钟S_CLK，每一个时钟只能驱动一个负载。

　　3)为了减小时钟的信号反射，输出到扩展槽的9个时钟输出必须在起始端加串联电阻匹配，匹配电阻阻值与电路板特征阻抗大小有关，对65Ω的传输线，选用50Ω串联匹配电阻。

　　4)为了减小这些时钟之间的抖动(skew)，供给扩展槽(或扩展设备)的9根时钟线(9个S_clkout)与S_CLK必须等长。所以，从S_clkout[9]输出反馈至S_CLK的时钟线长度应等于从PCI2050B的时钟输出引脚到扩展设备的时钟线的总长。本模块扩展4个网口，使用PCI2050B从侧的4个输出时钟，在PCB布线中这4根时钟线与反馈时钟线必须等长。

　　2．3．2中断设计和IDSEL映射

　　PCI2050B支持9个从设备，在初始化配置空间读写时，PCI2050B作为上一级PCI总线的操作对象，提供了IDSEL引脚进行器件选择，该引脚可以连接到高24位PCI总线中的任意一根。同时，为了减少地址线的容性负载，需要在该信号连线上串接一只1kΩ的电阻。本模块仅扩展一级总线，PCI2050B主侧的IDSEL引脚直接连接到CPCI插座J1的IDSEL。对于二级总线侧的PCI器件(本模块为INTEL82551)，