摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了PCI總線從模式接口芯片PCI9052的主要特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成和特色功能，并通過(guò)一個(gè)實(shí)例介紹了PCI9052在運(yùn)動(dòng)控制卡中的典型應(yīng)用，具體包括運(yùn)動(dòng)控制卡的實(shí)現(xiàn)原理，硬件電路、驅(qū)動(dòng)程序、功能庫(kù)函數(shù)和操作界面的設(shè)計(jì)及其抗干擾措施 關(guān)鍵詞：PCI總線;PCI接口芯片9052;運(yùn)動(dòng)控制卡 一：引言 　　目前，國(guó)外有關(guān)運(yùn)動(dòng)控制方面的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，其研究的內(nèi)容主要集中在提高運(yùn)動(dòng)控制器的靈活性，可集成性及標(biāo)準(zhǔn)化程度三個(gè)方面。而與國(guó)外相比，我國(guó)在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的研發(fā)起步較晚，國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的產(chǎn)品在穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)用性方面仍然存在諸多問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)一款成本低廉、功能強(qiáng)大穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)控制卡具有良好的應(yīng)用前景。 二：PCI總線接口芯片PCI9052 　　PCI總線是一種先進(jìn)的高性能32/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用局部總線，可以同時(shí)支持多組外圍設(shè)備，具有高數(shù)據(jù)傳輸率、即插即用、低功耗、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。一般，實(shí)現(xiàn)PCI總線接口的方法主要有兩種：一是采用CPLD或FPGA設(shè)計(jì)PCI接口，這種方法比較靈活，但是其難度較高，設(shè)計(jì)周期也較長(zhǎng)。二是采用專用的PCI接口芯片，可以大大減少設(shè)計(jì)者的工作量，從而縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。而本運(yùn)動(dòng)控制卡采用PCI9052芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。 　　1：PCI9052的主要特點(diǎn)有 ： 　?。?）、支持突發(fā)操作：PCI9052提供讀寫(xiě)FIFO，支持突發(fā)存儲(chǔ)器映射和I/O映射方式在 PCI總線和局部總線存取數(shù)據(jù)。 　?。?）、可編程局部總線配置：PCI9052支持多路復(fù)用和非多路復(fù)用的8/16/32位局部總線。 　　（3）、先讀模式：即預(yù)鎖存數(shù)據(jù)可從PCI9052內(nèi)部FIFO寄存器先于局部總線讀取。 　?。?）、四個(gè)局部片選信號(hào)（五個(gè)局部地址空間）：其基地址和每一個(gè)片選（局部地址空間）的范圍可由串行EEPROM或主控設(shè)備進(jìn)行編程。 　?。?）、PCI鎖定機(jī)制：PCI主控設(shè)備可以通過(guò)鎖定信號(hào)獨(dú)占對(duì)PCI9052的訪問(wèn)。 　　2：組成結(jié)構(gòu) 　　如圖1所示，PCI9052是由PCI 總線接口邏輯、局部總線接口邏輯、串行EEPROM接口邏輯和內(nèi)部邏輯組成。 　　3：PCI9052的部分功能及操作 　?。?）、初始化 　　在上電時(shí)，PCI總線將PCI9052的內(nèi)部寄存器設(shè)置為缺省值，同時(shí)，PCI9052輸出局部復(fù)位信號(hào)，并且檢查EEPROM是否存在，如果其存在且第一個(gè)16字節(jié)非空，則PCI9052根據(jù)EEPROM內(nèi)容設(shè)置內(nèi)部寄存器，否則設(shè)為缺省值。 　?。?）、復(fù)位 　　PCI9052支持硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。一、硬件復(fù)位：當(dāng)RST#信號(hào)輸入有效時(shí)，將引起整個(gè)PCI9052復(fù)位，并輸出LREST#局部復(fù)位信號(hào)。二、軟件復(fù)位：通過(guò)設(shè)置CNTRL中的軟件復(fù)位字節(jié)來(lái)復(fù)位，并輸出LRESET#信號(hào)。PCI9052保持這個(gè)狀態(tài)直到PCI總線上的主機(jī)清除軟件復(fù)位字節(jié)。 　?。?）、對(duì)串行EEPROM接口的訪問(wèn) 　　復(fù)位后，PCI9052開(kāi)始讀串行EEPROM，若讀出的第一個(gè)字非FFFFH，則繼續(xù)進(jìn)行讀操作，否則認(rèn)為無(wú)效。PCI總線的主設(shè)備對(duì)EEPROM進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前需要將寄存器位CNTRL[25]設(shè)置為“1”，并控制CNTRL[24]位以產(chǎn)生串行EEPROM的時(shí)鐘，然后從EEDI送入指令代碼。結(jié)束操作時(shí)，將CNTRL[25]設(shè)置為“0”即可。 　?。?）、對(duì)內(nèi)部寄存器的訪問(wèn) 　　PCI9052提供了兩種類(lèi)型的片內(nèi)寄存器，即PCI配置寄存器和局部配置寄存器，二者都可以由PCI總線和串行EEPROM訪問(wèn)，也可以通過(guò)設(shè)置CNTRL[13:12]禁止對(duì)串行EEPROM的訪問(wèn)。這些寄存器主要有：（其中“＊”表示數(shù)值，取值范圍是0～3） 　　<1>、設(shè)備與廠商寄存器：用于標(biāo)識(shí)設(shè)備類(lèi)別和制造廠家。 　　<2>、狀態(tài)寄存器：內(nèi)含與PCI總線相關(guān)的事件信息。 　　<3>、命令寄存器：控制設(shè)備對(duì)PCI訪問(wèn)的響應(yīng)。 　　<4>、地址范圍寄存器（LAS＊RR）：用于定義板卡上資源所占用的地址空間的大小。 　　<5>、基址寄存器（LAS＊BA）：用于定義板卡上資源所占用的基地址，并將之重映射到 　　PCI地址空間中，以便PC機(jī)對(duì)板卡進(jìn)行訪問(wèn)。 　　<6>、總線區(qū)域描述寄存器（LAS＊BRD）：用于定義地址空間的具體工作特性。 　　<7>、片選信號(hào)控制寄存器（CS＊BASE）：用來(lái)確定片選信號(hào)有效的地址范圍，從而為硬件提供片選信號(hào)CS＊。 　　（5）、PCI中斷（INTA#）的產(chǎn)生 　　要產(chǎn)生中斷INTA#，首先將INTCSR[6]設(shè)置為“1”。若以軟件方式產(chǎn)生中斷，只需將INTCSR[7]設(shè)置為“1”即可;如果需要由局部總線上的設(shè)備產(chǎn)生中斷信號(hào)INTi1和INTi2，再生成中斷INTA#的方式，只要將INTCSR的相關(guān)位按要求進(jìn)行設(shè)置即可。 三：PCI9052的應(yīng)用實(shí)例 　　1：運(yùn)動(dòng)控制卡的實(shí)現(xiàn)原理 　　圖2為設(shè)計(jì)的一款基于PCI總線的運(yùn)動(dòng)控制卡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)采用了PCI專用接口芯片PCI9052實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制芯片PCL5023與PCI總線之間的高速通信;采用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件,其優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)集成化程度高，方便邏輯功能的更改，修改時(shí)無(wú)需改動(dòng)硬件設(shè)計(jì)）實(shí)現(xiàn)卡上邏輯電路功能。如圖所示：系統(tǒng)采用兩片PCL5023芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。其中一片PCL5023控制軸1和軸2，另外一片PCL5023控制軸3和軸4。使用時(shí)須正確設(shè)置PCI9052的EEPROM的參數(shù)，使得系統(tǒng)上電時(shí)能夠正確初始化PCI9052的內(nèi)部寄存器（如對(duì)PCI配置寄存器和PCI局部配置寄存器進(jìn)行正確設(shè)定后，才能使計(jì)算機(jī)上的存儲(chǔ)空間地址和卡上的局部存儲(chǔ)空間地址形成一一映射的關(guān)系）。正確上電配置后，通過(guò)高頻脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)，完成預(yù)期的速度輸出要求。而且同一系統(tǒng)中可以同時(shí)使用多塊本款運(yùn)動(dòng)控制卡，從而達(dá)到對(duì)多軸的運(yùn)動(dòng)控制，滿足在多種情況下的運(yùn)動(dòng)控制要求。 　　2：整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面，即硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 　?。?）：硬件電路設(shè)計(jì) 　　具體包括電路原理圖的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了總體元件的分布，使其滿足熱效應(yīng)原則、抗干擾原則、最近相鄰原則，并同時(shí)保證了板卡設(shè)計(jì)的正確性、可靠性、合理性、經(jīng)濟(jì)性以及熱設(shè)計(jì)、電磁抗干擾等（接地、配置退耦電容等）。而卡上外部信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)使用光耦合器進(jìn)行有效隔離。 　　（2）：軟件設(shè)計(jì) 　　具體包括驅(qū)動(dòng)程序、功能庫(kù)函數(shù)以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。 　　a：驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì) 　　由于在WINDOWS操作系統(tǒng)下，不能直接訪問(wèn)計(jì)算機(jī)設(shè)備上的硬件資源。因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的硬件資源的訪問(wèn)必須編寫(xiě)運(yùn)行在核心態(tài)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。而windriver具有對(duì)PCI接口芯片的良好支持以及無(wú)需精通操作系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)程序方面的知識(shí)等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用了windriver來(lái)開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。具體步驟大致如下： 在創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)程序項(xiàng)目時(shí)，在項(xiàng)目中添加程序文件P9052lib.c，在驅(qū)動(dòng)程序源代碼中包括頭文件P9052lib.h，在源代碼開(kāi)始時(shí)調(diào)用P9052_Open（）來(lái)獲得板卡的一個(gè)句柄“HANDLE”，然后在程序中調(diào)用 P9052_ReadBlock（）、P9052_WriteBlock（）、P9052_ReadByte（）、P9052_ReadWord（）、P9052_ReadDWord（）、P9052_WriteByte（）、P9052_WriteWord（）、P9052_WriteDWord（）、P9052_IntEnable（）、P9052_IntDisable（）、P9052_IntWait（）等函數(shù)來(lái)完成對(duì)板卡內(nèi)存的讀取、使能/禁止中斷等操作，同時(shí)修改并添加必要的代碼，在驅(qū)動(dòng)程序的最后用 P9052_Close（）來(lái)關(guān)閉對(duì)板卡的調(diào)用。 　　b：運(yùn)動(dòng)控制卡功能庫(kù)函數(shù)的設(shè)計(jì) 　　為了給用戶提供一個(gè)良好的軟、硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，滿足在一定的情況下，用戶可以通過(guò)調(diào)用提供的接口函數(shù)來(lái)獲得實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)控制模式，這些運(yùn)動(dòng)控制模式主要有：?jiǎn)屋S的恒速運(yùn)動(dòng)模式、單軸的梯形運(yùn)動(dòng)模式、單軸的S曲線形運(yùn)動(dòng)模式（如圖3）、單軸的返回模式、雙軸的線性和圓形插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)模式以及多軸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模式等。所以需要編寫(xiě)豐富的功能庫(kù)函數(shù)來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)的初始化、脈沖的輸入輸出配置、中斷控制、位置控制、插補(bǔ)參數(shù)配置、I/O口的控制和監(jiān)測(cè)以及各種運(yùn)動(dòng)模式等。所有這些功能庫(kù)函數(shù)均采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。 　　如圖3所示，電機(jī)轉(zhuǎn)速在加減速區(qū)和最大速度之間實(shí)現(xiàn)了平滑轉(zhuǎn)換，這樣可以有效的降低沖擊和磨損，從而有利于提高電機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)的壽命。 　　庫(kù)函數(shù)的設(shè)計(jì)原理是利用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCL5023芯片的寄存器的讀寫(xiě)操作。而這些讀寫(xiě)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的寄存器寫(xiě)入某些特定的值，從而控制電機(jī)在一定的操作模式下工作。對(duì)應(yīng)于不同的操作模式，不同的操作內(nèi)容，對(duì)寄存器的讀寫(xiě)操作也不相同，而且對(duì)其操作的步驟也有特定的要求。如圖4所示，通過(guò)CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)對(duì)PCL5023的內(nèi)部寄存器實(shí)行讀寫(xiě)操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。 　　c：操作界面的編寫(xiě) 　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)精確控制，本軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了比較人性化的人機(jī)操作界面，以完成對(duì)需要的操作，具體包括軸的選擇及其參數(shù)配置、運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及插補(bǔ)參數(shù)的選擇、操作模式的選擇等。編程語(yǔ)言采用VC++6.0。 四：抗干擾措施 　　在硬件電路中采用以下措施：在交流伺服系統(tǒng)的輸入電源上使用噪聲濾波器、在交流伺服系統(tǒng)的功率電源采用隔離變壓器、在系統(tǒng)中的不同功能模塊實(shí)行電源分組供電以防止設(shè)備間的相互干擾以及采用光電耦合器將運(yùn)動(dòng)控制卡的內(nèi)部電路與伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入、輸出電路隔離開(kāi)，以防止干擾從外部進(jìn)入到運(yùn)動(dòng)控制卡或主機(jī)等。 　　另外，在軟件系統(tǒng)中也采用了一些抗干擾措施，比如，采用平均值法以避免系統(tǒng)的隨機(jī)誤差對(duì)采樣結(jié)果的影響，采用比較取舍法以剔除個(gè)別異常數(shù)據(jù)等。 五：結(jié)束語(yǔ) 　　本文主要介紹了PCI9052接口芯片的主要特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)功能及其相應(yīng)的操作，同時(shí)結(jié)合實(shí)際介紹了PCI9052在運(yùn)動(dòng)控制卡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，具體包括有運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)原理、硬件電路的設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序、功能庫(kù)函數(shù)和人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，采用這種專業(yè)接口芯片進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制卡的開(kāi)發(fā)，不但大大的縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了產(chǎn)品的成本，而且采用PCI9052開(kāi)發(fā)的本款運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)用性強(qiáng)、可靠性好、并具有良好的可擴(kuò)張性。 參考文獻(xiàn)： 　　1：PLX PCI9052 Data Book[M], 2000 　　2：WinDriver User’s Guide[M],Jungo Ltd, Version6.02, 2003 　　3：李貴山：PCI局部總線開(kāi)發(fā)者指南[M]，西安電子科技大學(xué)出版社，1997 　　4：尹 勇：PCI設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)寶典[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，2005