原标题：基于CPLD的单片机PCI接口设计方案

基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位单片机与PCI设备间的通信接口设计方案

1. 引言

随着计算机技术的快速发展，单片机与外部设备之间的通信需求日益增长。本文设计了一种基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位单片机与PCI设备之间的通信接口方案，以满足高速数据传输和灵活接口设计的需求。

2. 设计背景与意义

PCI（Peripheral Component Interconnect）总线作为一种高性能总线技术，广泛应用于计算机主板、扩展卡等领域。而单片机作为一种低功耗、低成本的微控制器，在工业控制、嵌入式系统等方面有着广泛应用。设计一个高效的接口，以实现8位单片机与PCI设备之间的通信，具有重要的实际意义。

3. 主要器件及其作用

3.1 单片机

单片机选用Atmel公司的AT89C51，这是一款经典的8位单片机，具有以下主要特点：

• 8位CPU，支持基本的运算和控制功能

• 4KB闪存程序存储器

• 128字节内部RAM

• 32个I/O引脚

3.2 CPLD

CPLD选用ALTERA MAX7000系列中的EPM7128S，这是一款高性能、低功耗的可编程逻辑器件，具有以下主要特点：

• 128个宏单元

• 5000个等效门

• 高达100MHz的系统速度

• 丰富的I/O资源

3.3 PCI接口芯片

PCI接口芯片选用PLX公司的PCI9052，这是一个高性能PCI桥接芯片，具有以下特点：

• 32位、33MHz PCI总线

• 支持DMA传输

• 支持多种总线主控模式

• 简单易用的接口

4. 设计方案

4.1 系统架构

主要包括AT89C51单片机、EPM7128S CPLD、PCI9052接口芯片及PCI总线。

4.2 硬件设计

4.2.1 单片机与CPLD接口

AT89C51通过其I/O端口与EPM7128S CPLD连接，具体连接方式如下：

• P0口用于数据总线，与CPLD的数据端口相连

• P2口用于地址总线，与CPLD的地址端口相连

• P3口部分引脚用于控制信号，如读写控制信号、片选信号等

4.2.2 CPLD与PCI接口芯片

EPM7128S CPLD负责协调单片机与PCI9052之间的通信，其连接方式如下：

• 数据总线连接：CPLD的I/O口与PCI9052的数据端口连接

• 地址总线连接：CPLD的I/O口与PCI9052的地址端口连接

• 控制信号：CPLD通过逻辑设计生成PCI9052所需的控制信号，如读写控制、请求/应答信号等

4.3 软件设计

4.3.1 单片机程序设计

单片机程序主要包括以下几个部分：

• 初始化程序：初始化单片机的各个I/O口，配置CPLD

• 数据传输程序：实现与CPLD之间的数据读写

• 中断处理程序：处理来自PCI总线的中断信号，实现高速数据传输

#include <reg51.h>

void init() {
    // 初始化程序
}

void main() {
    init();
    while (1) {
        // 数据传输程序
    }
}

void ISR() interrupt 0 {
    // 中断处理程序
}

4.3.2 CPLD逻辑设计

CPLD逻辑设计采用VHDL或Verilog语言，主要实现以下功能：

• 地址解码：将单片机的地址信号解码成PCI设备所需的地址

• 数据缓冲：实现数据的暂存和传输

• 控制信号生成：生成PCI总线所需的各种控制信号

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
    -- 逻辑设计部分
end Behavioral;

4.4 系统调试与测试

系统调试包括以下几个步骤：

• 硬件连接检查：确保各个模块连接正确

• 单片机程序调试：通过仿真软件调试单片机程序，确保数据传输正确

• CPLD逻辑仿真：使用Quartus II等软件仿真CPLD逻辑，确保逻辑正确

• 系统联合调试：将单片机、CPLD与PCI接口芯片连接，进行整体调试，确保系统正常工作

5. 总结

本文设计了一种基于ALTERA MAX7000系列CPLD的8位单片机与PCI设备之间的通信接口方案。通过合理的硬件设计和软件编程，实现了单片机与PCI设备之间的高速数据传输。该设计具有成本低、灵活性高的特点，适用于各种嵌入式系统和工业控制应用。未来，可以进一步优化设计，提高系统的稳定性和数据传输速率。