PI7C9X130：PCI Express與PCI - X的高效橋梁

在當今的電子系統設計中，如何實現不同總線標準之間的高效連接是一個關鍵問題。PI7C9X130作為一款PCI Express到PCI/X的可逆橋接器，為解決這一問題提供了有效的解決方案。今天，我們就來深入探討一下PI7C9X130的特點、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等標準。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x4的PCI Express上游端口和一個64位、133MHz的PCI/PCI - X下游端口；在反向橋接模式下，則有一個64位的PCI - X上游端口和一個x4的PCI Express下游端口。而且，它的配置寄存器與現有的PCI橋接軟件和固件向后兼容，這意味著在原有系統中使用時無需對軟件和固件進行修改，大大節省了開發時間和成本。

特性亮點

PCI Express特性

• 支持PCI Express的多項特性，如物理層接口為x4鏈路，數據速率達2.5Gb/s；支持Lane極性切換、虛擬等時操作、ASPM和信標功能；具備CRC（16位）、LCRC（32位）以及ECRC和高級錯誤報告功能；還集成了PRBS（Pseudo Random Bit Sequencing）發生器/檢查器，方便芯片測試，最大有效負載大小可達512字節。這些特性使得PI7C9X130在PCI Express通信中表現出色，能夠滿足高速數據傳輸和可靠通信的需求。

  PCI/PCI - X特性

• 嚴格遵循PCI Local Bus Specification Revision 3.0等多個相關規范，支持PME，采用3.3V PCI信號且具有5V I/O容限。它為六個PCI總線主設備提供兩級仲裁支持，支持16位地址解碼用于VGA，具備子系統供應商和子系統設備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總線系統中能夠穩定運行，適應不同的應用場景。

  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標準，還支持正向和反向橋接、透明和非透明模式。同時，它具備GPIO支持（4個雙向引腳）、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，在節能方面表現良好。

引腳定義

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

信號類型

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

  具體引腳功能

• PCI Express信號：如REFCLKP和REFCLKN為參考時鐘輸入，需通過0.1uF電容進行交流耦合；RAP - RDN為PCI Express數據輸入，TAP - TDN為數據輸出；RREF用于連接外部電阻以提供參考電流等。
• PCI信號：AD [31:0]和AD [63:32]為復用的地址和數據總線，CBE [3:0]和CBE [7:4]為命令/字節使能信號，PAR和PAR64為奇偶校驗位等。在總線空閑時，芯片會將這些信號驅動到有效邏輯電平。
• 模式選擇和跳線信號：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用于選擇內部或外部仲裁器。
• JTAG邊界掃描信號：包括TCK（測試時鐘）、TMS（測試模式選擇）、TDO（測試數據輸出）、TDI（測試數據輸入）和TRST_L（測試復位），用于支持邊界掃描測試，方便進行板級連續性測試和診斷。
• 雜項信號：GPIO [6:0]為通用I/O數據引腳，可通過配置寄存器進行輸入或雙向功能的編程；SMBCLK和SMBDAT用于EEPROM或SM總線的時鐘和數據傳輸；PME_L用于電源管理事件請求；CLKRUN_L用于指示PCI時鐘的狀態；PCIXCAP用于控制PCI/PCI - X模式等。

工作模式選擇

功能模式選擇

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

  PCI/PCI - X選擇

• 芯片的二級接口能夠在傳統PCI模式或PCI - X模式下運行。通過連接到PCIXCAP的上拉電路，PI7C9X130可以自動檢測并控制二級總線的模式和頻率。當PCIXCAP檢測到邏輯低電平時，會進一步判斷是傳統PCI模式還是PCI - X 66MHz模式；當檢測到邏輯高電平時，則判斷為PCI - X 100MHz或133MHz模式，具體頻率還需通過SEL100引腳進行區分。這種自動檢測和切換功能使得PI7C9X130能夠靈活適應不同的設備和總線環境。

  引腳跳線功能

• 當TM2引腳接高電平時，PI7C9X130使用TM1、TM0和MSK_IN作為跳線引腳，可實現多種測試功能，如PLL測試、功能回環測試、橋接測試等。

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接口連接到根復合體，PCI - X總線接口連接到PCI - X設備，這種模式可以有效隔離I/O處理器和主機處理器及其內存映射，避免內存地址沖突。在反向和透明橋接模式下，它則成為一個PCI到PCI Express的橋接器，PCI - X總線接口連接到主機芯片組和PCI Express x4鏈路之間，使傳統的PCI/PCI - X主機系統能夠具備PCI Express能力。這兩種模式為現有PCI/PCI - X產品向PCI Express技術的過渡提供了便捷的解決方案，無需對現有設計進行大規模的重新架構。

  透明和非透明橋接

• 透明模式：在透明橋接模式下，PI7C9X130的基類代碼設為06h（橋接設備），子類代碼設為04h（PCI到PCI橋接），編程接口為00h。它具有類型 - 1配置頭，配置寄存器與傳統的透明PCI到PCI橋接器相同，并且與支持傳統透明PCI到PCI橋接器的軟件向后兼容。可以通過PCI Express、PCI、I2C和SM總線等多種方式訪問配置寄存器。
• 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，并且實現了CSRs（控制和狀態寄存器）來支持主從總線之間的內存或IO傳輸。可以通過PCI Express、PCI、I2C和SM總線等多種方式訪問非透明配置寄存器。此外，該模式下支持根據主總線和從總線的選擇，提供四個或三個內存BARs（基地址寄存器）和一個或兩個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能力結構）的能力ID。配置寄存器根據不同的工作模式和功能需求進行了詳細的劃分，包括配置寄存器映射、PCI Express擴展能力寄存器映射、控制和狀態寄存器映射等，每個寄存器都有特定的功能和位定義，用于控制和監測芯片的各種操作。

透明橋接模式配置寄存器

• 包括供應商ID、設備ID、命令寄存器、狀態寄存器、緩存行大小寄存器等多個寄存器，每個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空間和內存空間的使能、總線主設備的操作等；狀態寄存器用于記錄各種錯誤狀態和設備狀態信息。

  非透明橋接模式配置寄存器

• 同樣包含多個寄存器，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轉發的特殊寄存器。

其他重要方面

時鐘方案

• PCI Express接口需要通過REFCLKP和REFCLKN引腳提供100MHz的差分時鐘輸入；PCI - X / PCI接口使用外部時鐘源時，需要將PCI - X時鐘連接到CLKIN / M66EN引腳，芯片會根據該時鐘生成七個時鐘輸出CLKOUT [6:0]，并且需要將其中一個CLKOUT [6:0]信號連接到FBCLKIN以用于PCI - X接口的邏輯操作。此外，還可以通過將CLKIN / M66EN連接到符合PCIX / PCI標準的設備的M66EN引腳來啟用內部時鐘生成器和自動頻率檢測功能，但需要注意保持該信號的穩定狀態，以避免芯片誤切換到外部時鐘模式。

  中斷處理

• PI7C9X130在PCIe側支持中斷消息包，在PCI側支持PCI中斷（INTA, B, C, D）引腳或MSI（消息信號中斷），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側的中斷映射到PCIe側的中斷消息包。這種靈活的中斷映射機制使得芯片能夠在不同的橋接模式下準確地處理中斷信號，提高系統的響應速度和穩定性。

  熱插拔操作

• 雖然PI7C9X130沒有集成標準的熱插拔控制器（SHPC），但它支持熱插拔信號消息和寄存器，簡化了熱插拔系統的實現。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。無論是在主板上還是在擴展卡上使用，都能滿足熱插拔的需求，提高系統的可維護性和靈活性。

  JTAG控制器

• 提供了符合IEEE 1149.1標準的測試訪問端口（TAP）控制器和相關的TAP引腳，用于支持邊界掃描測試。通過指令寄存器、旁路寄存器、設備ID寄存器和邊界掃描寄存器等，實現對芯片引腳的測試和診斷功能。可以通過不同的指令代碼選擇不同的測試操作，如EXTEST用于驅動和接收片外測試數據，IDCODE用于讀取設備的制造商ID、部件編號和版本號等信息。

  電源管理

• 支持D0、D3 - hot、D3 - cold電源狀態，不支持D1和D2狀態。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，PCI端口支持標準的PCI電源管理狀態B0、B1、B2和B3。在D3 - hot狀態下，可以關閉主電源以節省功率，同時保持輔助電源以維持必要的信息，以便恢復到全功率的D0狀態。此外，還支持ASPM（主動狀態電源管理）以實現鏈路節能，但不支持WAKE#信號。

  電氣和時序規格

• 給出了絕對最大額定值，如存儲溫度范圍為 - 65 oC到150 oC，加電時的環境溫度范圍為 - 40 oC到85 oC，不同電源引腳的電壓范圍等。同時，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。在電源啟動時序方面，PI7C9X130需要3.3V I/O電壓和1.8V核心電壓，建議在設計電源時，將3.3V電壓先于或與1.8V電壓同時施加，以避免內部邏輯處于未知狀態。還給出了PCI總線的時序參數，如輸入建立時間、保持時間、時鐘到信號有效延遲等，為電路設計提供了重要的參考依據。

總結

PI7C9X130是一款功能強大、特性豐富的PCI Express到PCI/X的可逆橋接器，它在多個方面都表現出色，能夠滿足不同電子系統設計的需求。在實際應用中，電子工程師們可以根據具體的系統要求，合理選擇工作模式、配置寄存器參數，優化時鐘方案、電源管理和中斷處理等，以充分發揮其性能優勢。

大家在使用PI7C9X130的過程中，有沒有遇到過什么獨特的問題或者有什么特別的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流！