学习PCI设计的历程

第一次对PCI感兴趣也是纯属偶然。当时用51做了一个CAN总线的设备，另外借了朋友的一个CAN设备相互通讯，调试了两周也没调通，程序检查了N遍也没找到错误。好在朋友还装了一个新买的研华的PCI CAN通讯卡，把我的CAN设备一接上去，哈哈，立即OK；从此也想摆弄摆弄PCI卡。

    正好当时获悉一个朋友正计划做一块PCI CAN卡，只是没有时间做，我自告奋勇愿意替他做，朋友也欣然同意。在网上狂搜索了一把，发现PCI卡有两种做法：一是利用现成的PCI控制器，如PCI905X、AMCC5933等，硬件设计很简单；二是用CPLD/FPGA自己设计PCI控制器，当然难度非常大。当时我对PCI认识还很肤浅，虽然对CPLD/FPGA熟悉，但是PCI2.2的规范看得却是一头雾水，不得其门而入，所以还是用第一种方式吧，简单快捷。虽然我们每天都能看到很多的PCI设备，但是大多都是专用的，如PCI接口的网卡、声卡等芯片，功能固定；市面上的通用PCI控制器并不多，以PLX9052、AMCC5933为主。下了这两个片子的资料，由于对PCI规范不熟悉，看得很是吃力，这样断断续续看了一个月，大致知道怎么用了。可是新问题又来了，160脚的贴片，按照PCI规范的信号要求，双面板很难做，况且我只是做一个用SJA1000实现的CAN通讯卡，很简单的8051总线接口就可以了，根本用不着什么32位的本地总线，也不需要其他乱七八糟的信号，用9052、5933这样的大片子会使整个设计显得过于蠢重，而且这两个片子控制很复杂，用作控制SJA1000简直是杀鸡用牛刀。然后我又到处搜索其他可用的PCI控制器，终于发现oxford有一款OX9162还不错，有PCI转PC打印口的功能，128脚细密贴片，体积很小，只要把其EPP并行口模式简单变换一下就可以和SJA1000接口（其实OXFORD还有一款ox840？更合适，可惜有价无货）。

    决定了怎么做，做起来就快了。首先走马观花的把PCI规范中硬件设计要注意的地方看了一下，又在网上翻了许多文章做做参考，当然还要看看EPP并行口的资料，考虑一下EPP时序怎样转化成8051时序。然后就画原理图、PCB，买了OX9162，三下两下搞好了。兴奋地把卡往PC上一插（手有点抖，很害怕一开机就冒烟：）），开机，一切都很正常，系统发现新硬件，顺利安装oxford的驱动程序，都很简单啊。通过这一次做PCI卡，我受到很大鼓舞，对PCI设计一开始就消去了恐惧心里，但是我觉得用现成的PCI控制器虽然是很简单，但是通用的PCI控制器为了做到通用，芯片规模过大，软件操作复杂，针对用户的特定应用并不能完全适用，往往需要附加外部解码逻辑，给硬件和软件设计上带来很多麻烦，并且保密性很差，几乎是只要把硬件抄出来就能够仿制。因此我萌生了用CPLD/FPGA实现PCI控制器的想法。

    通过大量的资料调查我发现，用CPLD/FPGA设计PCI控制器是属于高难度的设计，而且由于具有很大的商业价值，设计源码都是保密的。我苦苦搜索了很久，才终于在Lattice公司网站发现了一个PCI设计源码，verilog语言的，并且没有明确声明该设计是正确无误的，虽然如此，这大概也是网上能够找到的唯一一个免费的PCI控制器设计源码了，真的是非常非
常珍贵。要做PCI控制器，首先就得把PCI规范看得很熟。PCI2.2规范我看了几遍，感觉还是很模糊，这个规范描述性的语言文字太多，逻辑时序画的太少，而且似乎条理上让人感觉不是那麽顺当，总之，很难理解规范到底在说些什么，必须拿许多其他厂商的PCI控制器资料和规范一起核对揣摩才能慢慢琢磨出点味道来，同时仔细研究Lattice的源代码，最后大概理解了PCI控制器的设计方法。这时我想动手用CPLD去做了，手上有一块废弃的PCI接口卡，上面正好就是EPM7128的插座，就用EPM7128SLC84实现吧，假想的PCI设备功能就是把PCI转8051接口。EPM7128S是Altera的CPLD，设计工具就用MaxplusII吧（Quartus已经出来了，不过我当时还没用过）Lattice的源码太大，必须用很大的CPLD才能实现该设计，因此我根据PCI->8051的时序特点，在Lattice源码的基础上做了很大改动，一旦对PCI规范有了较深的理解，修改这个设计源码似乎并不是很困难的事情。花了两周时间改好了，我兴奋的把设计下载到EPM7128S，然后关机、插卡、开机。。。。Oh，My God！计算机开机竟然黑屏没反应，连BIOS的自检报警声都没有听到。我一下泄了气，拔卡重启，仔细检查设计，修改，再重新烧片插卡，天，还是不行。这样反反复复修改了两三天，还是不行，这时手上还有其他的事情要做，只好把PCI设计先放弃了。

    过了一段时间，有了几天空闲，忽然又想起了以前的PCI设计，又来了兴致。把那个设计找出来，看了两天，才又记起来了PCI规范相关内容。然后就又改。不知道大家有没有同感，当一个设计碰到困难做不下去的时候，把它放在一边冷落一阵，然后再捡起来，这时往往会有意外的收获。我的PCI卡设计就是这样，当我修改的时候，有时很惊讶当时怎么会发生这个错误那个错误。改完了，怀着难以名状的心情重新烧片插卡，咦，PC自检的时候发现我的PCI卡的VID、PID和CLASS CODE了，咳,然后就黑屏死在那里了。不过心里还是高兴的，这说明对PCI基本时序的理解是正确的了。然后又经过几次修改，终于可以进入Win2000的启动画面了，可惜进度条到一半的时候就又死机了。然后再去改设计，这下作难了，所有的时序都已经按照自己的理解正确实现了，到底那个地方出了问题了呢？看了两天真的看不出哪里错了，咬咬牙重新做仿真，并故意设置了许多特殊情况，终于发现在某个条件下时序出错了，马上改正，立即烧片插卡，开机。。。紧张的期盼中。。。。自检、按Pause，发现了设备，F8继续，启动画面出现，焦急等待中启动画面顺利通过，登录，出现桌面－－－－哈哈，发现新硬件，系统提示安装驱动程序！！！取消驱动安装，查看系统硬件配置，哈哈，那个大黄感叹号设备就是我的呀（嘿嘿，没装驱动当然是一个大感叹号了），再用PCIVIEW工具查看，一切正常；再用Windriver读写我的PCI卡做硬件诊断，没出现异常情况。哈哈，我终于成功啦！

    硬件设备设计好了，还得要驱动程序、应用程序才能操作它呀。DriverStudio现在派上了大用场，用它的向导一步一步走下去，最后生成驱动程序框架和测试台应用程序。把驱动程序简单修改一下，编译生成 .sys。再用VC++设计一个windows的应用程序，把测试台应用程序的部分代码拷贝过来灵活运用就OK了。然后在PCI卡上焊一些指示灯和输入开关，运行程序，哈，没问题。

    此后也曾经设计过几次PCI卡，没有碰到很大的困难。只是有一次把驱动程序中PCI卡的memory空间地址偏移搞错了，检查了整整一个星期，Win2000让我搞了无数次黑屏，才终于找到错处：把8写成0了 ：）。

    这就是我学习PCI设计的历程，看来还算是比较顺利。一点感想就是：

    1. PCI规范很难看懂，必须和其他PCI控制器厂商的芯片资料对照着看，一点点的提高自己的理解，最好是有一个PCI设计的源码例子仔细揣摩。当然如果你只是想用现成的PCI控制器就不需要看这么多了，只要把PCI控制器和PCI金手指硬件连线正确基本上卡的识别就不会出问题。

    2. PCI硬件设备调试非常困难，这是因为如果系统无法正常启动，软件工具根本就派不上用场，而且也没有合适的调试仪器去帮助我们查看信号到底出了什么问题（即使有了逻辑分析仪，PCI总线端最少有四十多个信号，测量起来也麻烦的要死），一切只能建立在自己对PCI时序正确可靠的理解上。

    3. 驱动程序设计要非常小心，因为牵涉到对系统IO和memory空间内核模式的读写，一旦设计错误，系统很容易黑屏（系统往往连显示蓝屏的能力都没有了：））。

    4. 解决了1、2，PCI设计其实很简单 ：）。