PLX6254的非透明桥应用

随着微处理机、多媒体和网络技术的不断发展，以及当今多任务操作系统和功能丰富的应用程序产生，人们对微机系统的I/O带宽不断提出新的要求，原有的标准总线如ISA，EISA和MC已经逐渐不能满足数据高速传输的要求，成为阻塞计算机系统性能的瓶颈。PCI总线具有高数据传输率、独立于处理器、支持多个外设等独特性能，越来越受到计算机厂家和工程开发人员的青睐。目前，PCI总线是Pentium主机最常见的总线，已经成为多媒体计算机的首选。

PCI总线简介：

PCI总线标准由PCISIG（PCI Special Interest Group）制定，该组织的成员有Intel、IBM、DEC等公司。目前PC机中使用的PCI总线标准主要以PCI 2.0为主，其频率为33MHz，字宽为32bit，电源电压为5V。新版的PCI标准向下兼容，并支持66MHz时钟，字宽为64bit，电压为3.3V。

图1：PCI总线的读写标准时序

PCI总线是一种时分复用的双向应答总线，传输发起方称为主设备，接收方称为从设备。主设备用RFAME信号指示，从设备拉低它的DEVSEL线来表示响应传输请求。PCI总线的数据传输以帧为单位，每次传输由一个地址周期（Address Phase）和多个数据周期（Data Phase）组成（如图1所示）。AD0～AD31首先给出本次传输的首地址，后面紧跟一个或多个32位（4字节）宽的数据，多个数据的地址自动递增。在地址周期，C/BE0～C/BE3这4根线的不同组合指示出在AD0～AD31上将要进行何种类型的操作，如C/BE0～C/BE3=0110表示存储器读，C/BE0～C/BE3=0011表示I/O写。在数据周期，C/BE0～BE3对应AD0～AD31上4个字节的使能。IRDY和TRDY分别表示主设备准备好和从设备准备好。在传输过程中，只有IRDY和TRDY同时有效，传输才能继续；否则插入等待周期，用于在不同速度的设备之间协调工作。

PCI定义了3个物理空间:存储地址空间、I/O地址空间和配置地址空间。配置空间有专门的配置访问―配置读,配置写,是对配置空间的访问。PCI配置寄存器的访问:使用两个双字的I/O地址单元CF8H，CFCH访问配置空间。PCI配置寄存器中的基地址寄存器它们用来规定PCI设备需求的内存空间或I/O空间大小。

PCI-PCI桥：协调PCI总线之间通信的桥梁

PCI系统的负载能力有限。为了扩展PCI系统，出现了PCI-PCI桥。PCI-PCI桥的作用是协调两条PCI总线之间的通信。它的作用是监视在这两条PCI总线上启动的所有信息交换，并决定是否将交换通过另一条PCI总线传送。当桥确定一条总线上的交换需要传送到另一条总线上时，桥必须充当为启动交换总线的目标，以及交换目的总线的主设备。

根据桥驻留于交换起始总线和目标总线之间是否可见，可以将PCI-PCI桥分成透明桥和非透明桥，透明桥(transparent)：通常用于总线扩展。桥的二次侧的所有设备对一次侧的主系统是透明的。二次侧的所有设备只能由一次侧的主系统对其进行配置和控制。两侧的时钟必须同步,允许有固定的相位差。一次侧和二次侧的地址完全透明,在一次侧和二次侧之间的地址传递是直通模式,没有地址翻译。通过透明桥隔离PCI总线段，可以提供扩展负载数量和匹配不同工作频率、总线宽度或电压的能力；

非透明桥(non-transparent):通常用于嵌入式智能I/ O 板卡。它连接两个独立的处理器域,二次侧的资源和地址对一次侧的主系统是不可见的。允许二次侧的本地处理器独立地配置和控制其子系统。一次侧和二次侧的时钟完全独立。一次侧和二次侧的地址完全独立,在一次侧和二次侧之间可以进行地址翻译。增加了隔离主、从总线段之间地址域的功能。

非透明桥技术是随着多处理器技术发展的。

① 基于PCI的单处理器系统依靠主处理器来枚举和配置系统，并处理中断和错误情况。主处理器有效地拥有整个系统。

② 如果系统中有两个或多个处理器而且没有特别地隔离它们，那么每个处理器都将尝试提供主处理器功能，并相互争夺系统的控制权。因此在多处理器系统中，除了一个处理器外，非透明桥将把所有处理器置于其自己的地址域中。而位于透明桥背后的那个处理器将被保留为结构管理器，用于枚举和配置系统，并处理严重的错误情况。位于非透明桥背后的智能子系统将枚举到桥，而且不会直接感觉到其背后有一个更大的系统。

PCI桥接芯片，plx6254

PLX公司设计开发的PLX6254芯片，是一种透明/非透明双模式PCI-PCI桥。支持64位66MHz PCI总线，支持PICMG2.1热插拔。可自动识别系统槽和设备槽，并相应工作在透明/非透明模式。

PLX6254是专门为总线扩展、地址解析、高可靠热插拔，可编程数据传输速率控制、从低速PCI到高速PCI总线或从高速PCI到低速PCI总线的频率变换等等应用而开发的。

主要功能与特性：

支持PCI本地总线规范2.3；

高速PCI缓冲器支持3.3V发信号和5V的输入宽范围电压；

可编程32bit到64bit访问转化；

在多条总线间的可编程地址转换；

可支持0-4K的突发大容量数据传输，即突发操作；

内含1K比特容量的存储器；

16 GPIO引脚用于输出控制；

增强的支持32bit I/O地址译码功能；

当运行在透明模式时，引脚规范通用于PLX PCI 6154 和 Intel 21154；

工业标准31mm x 31mm 365脚 PBGA 封装。

采用PLX6254作为非透明桥的电路设计

主CPU对PCI子系统的寻址会被PLX6254重新编写，在寻址到子系统板内实体地址上，同样，从PCI子系统向PCI总线看，也只能看到PLX6254桥接器，用同样的方法可以存取主CPU（如图2）。

图2：PLX6254作为非透明桥的应用

这个系统的特点在于插入本地PCI设备的资源都由本地CPU管理和配置，限制主CPU或者其它PCI主设备访问这些相同的资源。例如，主CPU能够访问PCI设备3，但是不能够访问PCI设备1和PCI设备2。另外，避免了可能存在的主系统和本地系统之间的地址冲突问题。

结语

PCI局部总线规范是当今微型机行业事实上的标准，也是微型机系统及产品普遍遵循的工业标准之一。PCI总线是高速同步共享总线，从电气负载和系统性能考虑，一条PCI总线不能驱动过多的PCI设备。PCI-PCI桥是PCI总线结构中的不可或缺的重要一环。在PCI系统中，若要连接较多的PCI设备则必须使用PCI桥进行系统扩展。PLX6254在目前是一种高性能的透明/非透明双模式PCI桥接芯片，满足PCI规范2.2，适用于PCI系统扩展。在PLX6254的应用设计中，又以非透明模式应用的范围更为广泛。