PI7C9X130：PCI Express與PCI - X的高效橋梁

在當(dāng)今的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何實(shí)現(xiàn)不同總線標(biāo)準(zhǔn)之間的高效連接是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。PI7C9X130作為一款PCI Express到PCI/X的可逆橋接器，為解決這一問(wèn)題提供了有效的解決方案。今天，我們就來(lái)深入探討一下PI7C9X130的特點(diǎn)、引腳定義、工作模式、配置寄存器以及其他重要方面，幫助大家更好地理解和應(yīng)用這款器件。

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概述

PI7C9X130完全符合PCI Express Base Specification Revision 1.1、PCI Express Card Electromechnical Specification Revision 1.1、PCI Local Bus Specification Revision 3.0和PCI Express to PCI/PCI - X Bridge Specification Revision 1.0等標(biāo)準(zhǔn)。它支持透明和非透明兩種操作模式，以及正向和反向橋接功能。在正向橋接模式下，它有一個(gè)x4的PCI Express上游端口和一個(gè)64位、133MHz的PCI/PCI - X下游端口；在反向橋接模式下，則有一個(gè)64位的PCI - X上游端口和一個(gè)x4的PCI Express下游端口。而且，它的配置寄存器與現(xiàn)有的PCI橋接軟件和固件向后兼容，這意味著在原有系統(tǒng)中使用時(shí)無(wú)需對(duì)軟件和固件進(jìn)行修改，大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。

特性亮點(diǎn)

PCI Express特性

• 支持PCI Express的多項(xiàng)特性，如物理層接口為x4鏈路，數(shù)據(jù)速率達(dá)2.5Gb/s；支持Lane極性切換、虛擬等時(shí)操作、ASPM和信標(biāo)功能；具備CRC（16位）、LCRC（32位）以及ECRC和高級(jí)錯(cuò)誤報(bào)告功能；還集成了PRBS（Pseudo Random Bit Sequencing）發(fā)生器/檢查器，方便芯片測(cè)試，最大有效負(fù)載大小可達(dá)512字節(jié)。這些特性使得PI7C9X130在PCI Express通信中表現(xiàn)出色，能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸和可靠通信的需求。

  PCI/PCI - X特性

• 嚴(yán)格遵循PCI Local Bus Specification Revision 3.0等多個(gè)相關(guān)規(guī)范，支持PME，采用3.3V PCI信號(hào)且具有5V I/O容限。它為六個(gè)PCI總線主設(shè)備提供兩級(jí)仲裁支持，支持16位地址解碼用于VGA，具備子系統(tǒng)供應(yīng)商和子系統(tǒng)設(shè)備ID支持，還能選擇PCI INT中斷或MSI功能。這些功能使得PI7C9X130在PCI/PCI - X總線系統(tǒng)中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

  通用特性

• 不僅符合Advanced Configuration and Power Interface Specification (ACPI) Revision 2.0b和System Management (SM) Bus Version 2.0標(biāo)準(zhǔn)，還支持正向和反向橋接、透明和非透明模式。同時(shí)，它具備GPIO支持（4個(gè)雙向引腳）、電源管理功能（包括ACPI、CLKRUN_L、PCI_PM），支持EEPROM（I2C）接口，適用于工業(yè)溫度范圍（ - 40?C ~ +85?C），還支持輔助電源（VAUX, VDDAUX, VDDCAUX），典型功耗約為1.5瓦，在節(jié)能方面表現(xiàn)良好。

引腳定義

PI7C9X130的引腳涵蓋了多種信號(hào)類型，包括PCI Express信號(hào)、PCI信號(hào)、模式選擇和跳線信號(hào)、JTAG邊界掃描信號(hào)、雜項(xiàng)信號(hào)以及電源和接地引腳等。

信號(hào)類型

• 有雙向（B）、輸入（I）、帶上拉輸入（IU）、帶下拉輸入（ID）、開(kāi)漏輸出雙向（IOD）、開(kāi)漏輸出（OD）、輸出（O）、電源（P）和接地（G）等多種類型。信號(hào)名稱中帶有“_L”的表示低電平有效信號(hào)。

  具體引腳功能

• PCI Express信號(hào)：如REFCLKP和REFCLKN為參考時(shí)鐘輸入，需通過(guò)0.1uF電容進(jìn)行交流耦合；RAP - RDN為PCI Express數(shù)據(jù)輸入，TAP - TDN為數(shù)據(jù)輸出；RREF用于連接外部電阻以提供參考電流等。
• PCI信號(hào)：AD [31:0]和AD [63:32]為復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線，CBE [3:0]和CBE [7:4]為命令/字節(jié)使能信號(hào)，PAR和PAR64為奇偶校驗(yàn)位等。在總線空閑時(shí)，芯片會(huì)將這些信號(hào)驅(qū)動(dòng)到有效邏輯電平。
• 模式選擇和跳線信號(hào)：TM2、TM1、TM0等引腳用于選擇不同的工作模式，如EEPROM或SM總線支持、透明或非透明模式等；MSK_IN用于控制CLKOUT的屏蔽功能；REVRSB用于控制正向或反向橋接模式；CFN_L用于選擇內(nèi)部或外部仲裁器。
• JTAG邊界掃描信號(hào)：包括TCK（測(cè)試時(shí)鐘）、TMS（測(cè)試模式選擇）、TDO（測(cè)試數(shù)據(jù)輸出）、TDI（測(cè)試數(shù)據(jù)輸入）和TRST_L（測(cè)試復(fù)位），用于支持邊界掃描測(cè)試，方便進(jìn)行板級(jí)連續(xù)性測(cè)試和診斷。
• 雜項(xiàng)信號(hào)：GPIO [6:0]為通用I/O數(shù)據(jù)引腳，可通過(guò)配置寄存器進(jìn)行輸入或雙向功能的編程；SMBCLK和SMBDAT用于EEPROM或SM總線的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)傳輸；PME_L用于電源管理事件請(qǐng)求；CLKRUN_L用于指示PCI時(shí)鐘的狀態(tài)；PCIXCAP用于控制PCI/PCI - X模式等。

工作模式選擇

功能模式選擇

• 當(dāng)TM2引腳接地時(shí)，PI7C9X130使用TM1、TM0、CFN_L和REVRSB引腳來(lái)選擇不同的操作模式。通過(guò)設(shè)置這四個(gè)輸入信號(hào)的邏輯值，可以從十六種正常操作組合中進(jìn)行選擇。例如，當(dāng)這四個(gè)引腳都為低電平時(shí)，芯片將在透明模式下支持EEPROM（I2C），并使用內(nèi)部仲裁器進(jìn)行正向橋接。

  PCI/PCI - X選擇

• 芯片的二級(jí)接口能夠在傳統(tǒng)PCI模式或PCI - X模式下運(yùn)行。通過(guò)連接到PCIXCAP的上拉電路，PI7C9X130可以自動(dòng)檢測(cè)并控制二級(jí)總線的模式和頻率。當(dāng)PCIXCAP檢測(cè)到邏輯低電平時(shí)，會(huì)進(jìn)一步判斷是傳統(tǒng)PCI模式還是PCI - X 66MHz模式；當(dāng)檢測(cè)到邏輯高電平時(shí)，則判斷為PCI - X 100MHz或133MHz模式，具體頻率還需通過(guò)SEL100引腳進(jìn)行區(qū)分。這種自動(dòng)檢測(cè)和切換功能使得PI7C9X130能夠靈活適應(yīng)不同的設(shè)備和總線環(huán)境。

  引腳跳線功能

• 當(dāng)TM2引腳接高電平時(shí)，PI7C9X130使用TM1、TM0和MSK_IN作為跳線引腳，可實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，如PLL測(cè)試、功能回環(huán)測(cè)試、橋接測(cè)試等。

橋接模式

正向和反向橋接

• PI7C9X130支持正向和反向橋接與透明或非透明模式的組合。在正向和非透明橋接模式下，其PCI Express接口連接到根復(fù)合體，PCI - X總線接口連接到PCI - X設(shè)備，這種模式可以有效隔離I/O處理器和主機(jī)處理器及其內(nèi)存映射，避免內(nèi)存地址沖突。在反向和透明橋接模式下，它則成為一個(gè)PCI到PCI Express的橋接器，PCI - X總線接口連接到主機(jī)芯片組和PCI Express x4鏈路之間，使傳統(tǒng)的PCI/PCI - X主機(jī)系統(tǒng)能夠具備PCI Express能力。這兩種模式為現(xiàn)有PCI/PCI - X產(chǎn)品向PCI Express技術(shù)的過(guò)渡提供了便捷的解決方案，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行大規(guī)模的重新架構(gòu)。

  透明和非透明橋接

• 透明模式：在透明橋接模式下，PI7C9X130的基類代碼設(shè)為06h（橋接設(shè)備），子類代碼設(shè)為04h（PCI到PCI橋接），編程接口為00h。它具有類型 - 1配置頭，配置寄存器與傳統(tǒng)的透明PCI到PCI橋接器相同，并且與支持傳統(tǒng)透明PCI到PCI橋接器的軟件向后兼容。可以通過(guò)PCI Express、PCI、I2C和SM總線等多種方式訪問(wèn)配置寄存器。
• 非透明模式：在非透明橋接模式下，基類代碼同樣為06h，但子類代碼設(shè)為80h（其他橋接），編程接口為00h。它具有類型 - 0配置頭，有一套用于主接口的配置寄存器和另一套用于從接口的配置寄存器，并且實(shí)現(xiàn)了CSRs（控制和狀態(tài)寄存器）來(lái)支持主從總線之間的內(nèi)存或IO傳輸?？梢酝ㄟ^(guò)PCI Express、PCI、I2C和SM總線等多種方式訪問(wèn)非透明配置寄存器。此外，該模式下支持根據(jù)主總線和從總線的選擇，提供四個(gè)或三個(gè)內(nèi)存BARs（基地址寄存器）和一個(gè)或兩個(gè)IO BARs。

配置寄存器

PI7C9X130支持Type - 0（非透明橋接模式）和Type - 1（透明橋接模式）配置空間頭，以及從01h（PCI電源管理）到10h（PCI Express能力結(jié)構(gòu)）的能力ID。配置寄存器根據(jù)不同的工作模式和功能需求進(jìn)行了詳細(xì)的劃分，包括配置寄存器映射、PCI Express擴(kuò)展能力寄存器映射、控制和狀態(tài)寄存器映射等，每個(gè)寄存器都有特定的功能和位定義，用于控制和監(jiān)測(cè)芯片的各種操作。

透明橋接模式配置寄存器

• 包括供應(yīng)商ID、設(shè)備ID、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、緩存行大小寄存器等多個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器的不同位具有不同的功能，如命令寄存器用于控制I/O空間和內(nèi)存空間的使能、總線主設(shè)備的操作等；狀態(tài)寄存器用于記錄各種錯(cuò)誤狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)信息。

  非透明橋接模式配置寄存器

• 同樣包含多個(gè)寄存器，與透明模式類似，但在一些功能和寄存器定義上有所不同，如主命令寄存器和從命令寄存器分別控制主接口和從接口的操作，還有一些用于地址映射和事務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的特殊寄存器。

其他重要方面

時(shí)鐘方案

• PCI Express接口需要通過(guò)REFCLKP和REFCLKN引腳提供100MHz的差分時(shí)鐘輸入；PCI - X / PCI接口使用外部時(shí)鐘源時(shí)，需要將PCI - X時(shí)鐘連接到CLKIN / M66EN引腳，芯片會(huì)根據(jù)該時(shí)鐘生成七個(gè)時(shí)鐘輸出CLKOUT [6:0]，并且需要將其中一個(gè)CLKOUT [6:0]信號(hào)連接到FBCLKIN以用于PCI - X接口的邏輯操作。此外，還可以通過(guò)將CLKIN / M66EN連接到符合PCIX / PCI標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的M66EN引腳來(lái)啟用內(nèi)部時(shí)鐘生成器和自動(dòng)頻率檢測(cè)功能，但需要注意保持該信號(hào)的穩(wěn)定狀態(tài)，以避免芯片誤切換到外部時(shí)鐘模式。

  中斷處理

• PI7C9X130在PCIe側(cè)支持中斷消息包，在PCI側(cè)支持PCI中斷（INTA, B, C, D）引腳或MSI（消息信號(hào)中斷），二者相互排斥。在反向橋接模式下，它將PCIe中斷消息包映射到PCI中斷引腳或MSI；在正向橋接模式下，則將PCI側(cè)的中斷映射到PCIe側(cè)的中斷消息包。這種靈活的中斷映射機(jī)制使得芯片能夠在不同的橋接模式下準(zhǔn)確地處理中斷信號(hào)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

  熱插拔操作

• 雖然PI7C9X130沒(méi)有集成標(biāo)準(zhǔn)的熱插拔控制器（SHPC），但它支持熱插拔信號(hào)消息和寄存器，簡(jiǎn)化了熱插拔系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在正向橋接模式下，支持PCI總線的熱插拔；在反向橋接模式下，支持PCI Express總線的熱插拔。無(wú)論是在主板上還是在擴(kuò)展卡上使用，都能滿足熱插拔的需求，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和靈活性。

  JTAG控制器

• 提供了符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試訪問(wèn)端口（TAP）控制器和相關(guān)的TAP引腳，用于支持邊界掃描測(cè)試。通過(guò)指令寄存器、旁路寄存器、設(shè)備ID寄存器和邊界掃描寄存器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片引腳的測(cè)試和診斷功能?？梢酝ㄟ^(guò)不同的指令代碼選擇不同的測(cè)試操作，如EXTEST用于驅(qū)動(dòng)和接收片外測(cè)試數(shù)據(jù)，IDCODE用于讀取設(shè)備的制造商ID、部件編號(hào)和版本號(hào)等信息。

  電源管理

• 支持D0、D3 - hot、D3 - cold電源狀態(tài)，不支持D1和D2狀態(tài)。PCI Express物理鏈路層支持PCI Express鏈路電源管理的L0、L0s、L1、L2/L3 ready和L3電源狀態(tài)，PCI端口支持標(biāo)準(zhǔn)的PCI電源管理狀態(tài)B0、B1、B2和B3。在D3 - hot狀態(tài)下，可以關(guān)閉主電源以節(jié)省功率，同時(shí)保持輔助電源以維持必要的信息，以便恢復(fù)到全功率的D0狀態(tài)。此外，還支持ASPM（主動(dòng)狀態(tài)電源管理）以實(shí)現(xiàn)鏈路節(jié)能，但不支持WAKE#信號(hào)。

  電氣和時(shí)序規(guī)格

• 給出了絕對(duì)最大額定值，如存儲(chǔ)溫度范圍為 - 65 oC到150 oC，加電時(shí)的環(huán)境溫度范圍為 - 40 oC到85 oC，不同電源引腳的電壓范圍等。同時(shí)，還提供了DC電氣特性，包括各種電源引腳的最小、典型和最大電壓值。在電源啟動(dòng)時(shí)序方面，PI7C9X130需要3.3V I/O電壓和1.8V核心電壓，建議在設(shè)計(jì)電源時(shí)，將3.3V電壓先于或與1.8V電壓同時(shí)施加，以避免內(nèi)部邏輯處于未知狀態(tài)。還給出了PCI總線的時(shí)序參數(shù)，如輸入建立時(shí)間、保持時(shí)間、時(shí)鐘到信號(hào)有效延遲等，為電路設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。

總結(jié)

PI7C9X130是一款功能強(qiáng)大、特性豐富的PCI Express到PCI/X的可逆橋接器，它在多個(gè)方面都表現(xiàn)出色，能夠滿足不同電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們可以根據(jù)具體的系統(tǒng)要求，合理選擇工作模式、配置寄存器參數(shù)，優(yōu)化時(shí)鐘方案、電源管理和中斷處理等，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。

大家在使用PI7C9X130的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么獨(dú)特的問(wèn)題或者有什么特別的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流！