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ARM922T核ZCP320A處理器PCI總線操作
摘要：本文簡(jiǎn)要說(shuō)明了ZCP320A處理器內(nèi)部集成的PCI總線接口、編程模式及工作模式，并介紹了作為主設(shè)備時(shí)如何訪問(wèn)外部擴(kuò)展的RTL8139 PCI網(wǎng)卡設(shè)備。為以后的設(shè)計(jì)者提供借鑒及應(yīng)用基礎(chǔ)。ZCP320A采用了ARM公司的ARM922T核，ARM922T是ARM9TDMI通用處理器家族中的一員采用哈佛結(jié)構(gòu)內(nèi)部使用5級(jí)流水線支持32位的ARM指令系統(tǒng)和16位的Thumb指令系統(tǒng)包括兩個(gè)相互獨(dú)立的8KB 的數(shù)據(jù)和指令高速緩存，高速緩存行的長(zhǎng)度是8個(gè)字。ARM922T 實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型ARM結(jié)構(gòu)v4MMU以提供對(duì)指令和數(shù)據(jù)地址的轉(zhuǎn)換和訪問(wèn)許可檢測(cè)。ARM922T 支持ARM調(diào)試結(jié)構(gòu)協(xié)處理器以及Tracking ICE。
ZCP320A內(nèi)部使用三條AHB總線連接實(shí)現(xiàn)功能所需的主從設(shè)備。每條AHB總線連接一個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備。根據(jù)總線連接的主設(shè)備的不同，三條總線分別被命名為COREBUS（ARM9 核作為該總線的主設(shè)備）、PBUS（PCI橋作為該總線的主設(shè)備）和DBUS（DMA控制器作為該總線的主設(shè)備）。這三條總線由總線管理模塊統(tǒng)一進(jìn)行管理。
ZCP320A集成的PCI總線接口是一個(gè)符合PCI協(xié)議2.2的總線接口。由于ZCP320A的內(nèi)部總線是符合AMBA AHB協(xié)議的總線，所以在ZCP320A中設(shè)計(jì)了一個(gè)AHB-PCI的橋來(lái)實(shí)現(xiàn)AMBA AHB協(xié)議到PCI協(xié)議的轉(zhuǎn)換。PCI總線通過(guò)AHB-PCI橋連接到內(nèi)部AHB總線。
1 PCI總線接口概述
在ZCP320A中設(shè)計(jì)了一個(gè)AHB-PCI的橋來(lái)實(shí)現(xiàn)AMBA AHB協(xié)議到PCI協(xié)議的轉(zhuǎn)換。PCI總線通過(guò)AHB-PCI橋連接到內(nèi)部AHB總線。如圖1所示。
AHB-PCI 橋是實(shí)現(xiàn)AHB總線和PCI總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)AHB總線和PCI 總線之間數(shù)據(jù)交換的一個(gè)設(shè)備，AHB-PCI橋是32位的，即AHB總線和PCI總線都是32位的地址/數(shù)據(jù)總線。在CPU內(nèi)部橋和兩條內(nèi)部總線相連接，COREBUS 和PBUS。這兩條內(nèi)部總線都符合AMBA AHB總線協(xié)議。在COREBUS上，ARM CORE 作為該總線的唯一主設(shè)備，橋則作為該總線的一個(gè)從設(shè)備。在PBUS上，橋作為該總線的唯一主設(shè)備，PCI緩沖及存儲(chǔ)器則作為其從設(shè)備。在CPU外部，橋則和PCI總線相連接。通過(guò)COREBUS， ARM CORE訪問(wèn)橋及穿過(guò)橋訪問(wèn)外部的PCI設(shè)備。外部的PCI設(shè)備則通過(guò)PCI總線訪問(wèn)該橋并穿過(guò)橋到PBUS上訪問(wèn)CPU的內(nèi)部存儲(chǔ)器等資源。橋?yàn)镻CI總線和內(nèi)部ARM CORE及內(nèi)部存儲(chǔ)器的通信提供了數(shù)據(jù)緩沖。ARM CORE寫(xiě)數(shù)據(jù)緩沖由兩個(gè)FIFO組成，每個(gè)FIFO可容納32字節(jié)的數(shù)據(jù)和4 字節(jié)的地址。ARM CORE讀數(shù)據(jù)緩沖由一個(gè)FIFO組成，該FIFO可容納32字節(jié)的數(shù)據(jù)和4字節(jié)的地址。在另一側(cè)PCI寫(xiě)數(shù)據(jù)緩沖由兩個(gè)FIFO組成，每個(gè)FIFO可容納32字節(jié)的數(shù)據(jù)和4字節(jié)的地址。PCI讀數(shù)據(jù)緩沖由一個(gè)FIFO組成，此FIFO也可容納32字節(jié)的數(shù)據(jù)和4字節(jié)的地址。當(dāng)有大量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，橋上提供了DMA控制器供使用，可以大大提高數(shù)據(jù)通信效率。該DMA 控制器具有一個(gè)32字節(jié)的接收FIFO和一個(gè)32字節(jié)的發(fā)送FIFO。因此DMA在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)乒乓效應(yīng)，也就是說(shuō)在接收的同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。
通過(guò)AHB-PCI橋，內(nèi)部的ARM核可以對(duì)外部PCI設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)；同時(shí)，外部的PCI設(shè)備也可以對(duì)內(nèi)部的CPU資源進(jìn)行訪問(wèn)。當(dāng)AHB-PCI橋作為COREBUS上的從設(shè)備的時(shí)候，它從COREBUS上接收ARM發(fā)出讀/寫(xiě)命令，然后在PCI總線上發(fā)起相應(yīng)的傳輸，也就是說(shuō)此時(shí)橋作為PCI的主設(shè)備。當(dāng)外部PCI設(shè)備對(duì)AHB-PCI橋進(jìn)行訪問(wèn)的時(shí)候，橋作為PCI從設(shè)備接收PCI 總線上的命令，同時(shí)作為AHB主設(shè)備在PBUS上發(fā)起相應(yīng)的操作以達(dá)到訪問(wèn)CPU資源的目的。這就是CPU訪問(wèn)外部設(shè)備和外部設(shè)備訪問(wèn)CPU資源的兩條路徑。
ZCP320A的PCI橋在PCI總線仲裁方面，可以用外部的仲裁器，也可以用橋本身提供的仲裁器。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要選擇用外部的仲裁器，還是用ZCP320A的PCI橋上的仲裁器。這個(gè)選擇通過(guò)配置PCI混合控制寄存器PCI_MISC_CTL（偏移地址是0x100）的位12。如果使用外部仲裁器則將該位配置為1，而如果使用橋內(nèi)部的仲裁器則將該位配置為0。橋上的PCI 仲裁器最多支持6個(gè)PCI主設(shè)備（包括ZCP320A本身）。其仲裁算法為分組輪循的優(yōu)先算法。
ZCP320A提供了地址轉(zhuǎn)換功能和地址空間范圍定義功能。地址轉(zhuǎn)換包括兩個(gè)方向，一是從ARM CORE到外部PCI空間的地址轉(zhuǎn)換；二是從PCI空間到PBUS空間的轉(zhuǎn)換。地址轉(zhuǎn)換和地址空間范圍都是通過(guò)一個(gè)稱為地址窗口的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在從ARM CORE到外部PCI空間的方向定義了4個(gè)窗口，即窗口0/1/2/3，每個(gè)窗口由兩個(gè)寄存器來(lái)定義，窗口基地址寄存器（CBUS_BST0/1/2/3）和窗口控制寄存器（CBUS_TI0/1/2/3_CTL）。在窗口基地址寄存器中定義了該窗口在COREBUS上的基地址及該窗口的屬性（存儲(chǔ)器或I/O空間是否可預(yù)取，是否可對(duì)32位的任一字節(jié)進(jìn)行訪問(wèn)），而在窗口控制寄存器中則定義了該窗口轉(zhuǎn)換到PCI空間后的基地址，該窗口的大小及窗口使能控制和地址轉(zhuǎn)換使能控制。在從PCI 空間到PBUS空間的方向也定義了4個(gè)窗口，PCI寄存器窗口和PCI從設(shè)備窗口0/1/2。其中PCI寄存器窗口由一個(gè)寄存器（PCI_BSREG）來(lái)控制該窗口在PCI總線空間的基地址及窗口屬性，而PCI 從設(shè)備窗口0/1/2則由兩個(gè)寄存器來(lái)定義，即窗口基地址寄存器（PCI_BST0/1/2）和窗口控制寄存器（PCI_TI0/1/2）。在窗口基地址寄存器中定義了該窗口在PCI總線上的基地址及窗口屬性（存儲(chǔ)器或I/O空間是否可預(yù)取，是否可對(duì)32位的任一字節(jié)進(jìn)行訪問(wèn)），而在窗口控制寄存器中則定義了該窗口轉(zhuǎn)換到PBUS空間后的基地址及該窗口的大小窗口使能控制和地址轉(zhuǎn)換使能控制。
2 PCI總線編程模式
PCI橋上的寄存器占了4K的空間，從偏移地址0x000到0xfff。其中0x000到0x0ff
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