PI7C9X130：PCI Express与PCI - X的高效桥梁

在当今的电子系统设计中，如何实现不同总线标准之间的高效连接是一个关键问题。PI7C9X130作为一款PCI Express到PCI/X的可逆桥接器，为解决这一问题提供了有效的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下PI7C9X130的特点、引脚定义、工作模式、配置寄存器以及其他重要方面，帮助大家更好地理解和应用这款器件。

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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等标准。它支持透明和非透明两种操作模式，以及正向和反向桥接功能。在正向桥接模式下，它有一个x4的PCI Express上游端口和一个64位、133MHz的PCI/PCI - X下游端口；在反向桥接模式下，则有一个64位的PCI - X上游端口和一个x4的PCI Express下游端口。而且，它的配置寄存器与现有的PCI桥接软件和固件向后兼容，这意味着在原有系统中使用时无需对软件和固件进行修改，大大节省了开发时间和成本。

特性亮点

PCI Express特性

• 支持PCI Express的多项特性，如物理层接口为x4链路，数据速率达2.5Gb/s；支持Lane极性切换、虚拟等时操作、ASPM和信标功能；具备CRC（16位）、LCRC（32位）以及ECRC和高级错误报告功能；还集成了PRBS（Pseudo Random Bit Sequencing）发生器/检查器，方便芯片测试，最大有效负载大小可达512字节。这些特性使得PI7C9X130在PCI Express通信中表现出色，能够满足高速数据传输和可靠通信的需求。

  PCI/PCI - X特性

• 严格遵循PCI Local Bus Specification Revision 3.0等多个相关规范，支持PME，采用3.3V PCI信号且具有5V I/O容限。它为六个PCI总线主设备提供两级仲裁支持，支持16位地址解码用于VGA，具备子系统供应商和子系统设备ID支持，还能选择PCI INT中断或MSI功能。这些功能使得PI7C9X130在PCI/PCI - X总线系统中能够稳定运行，适应不同的应用场景。

  通用特性

• 不仅符合Advanced Configuration and Power Interface Specification (ACPI) Revision 2.0b和System Management (SM) Bus Version 2.0标准，还支持正向和反向桥接、透明和非透明模式。同时，它具备GPIO支持（4个双向引脚）、电源管理功能（包括ACPI、CLKRUN_L、PCI_PM），支持EEPROM（I2C）接口，适用于工业温度范围（ - 40˚C ~ +85˚C），还支持辅助电源（VAUX, VDDAUX, VDDCAUX），典型功耗约为1.5瓦，在节能方面表现良好。

引脚定义

PI7C9X130的引脚涵盖了多种信号类型，包括PCI Express信号、PCI信号、模式选择和跳线信号、JTAG边界扫描信号、杂项信号以及电源和接地引脚等。

信号类型

• 有双向（B）、输入（I）、带上拉输入（IU）、带下拉输入（ID）、开漏输出双向（IOD）、开漏输出（OD）、输出（O）、电源（P）和接地（G）等多种类型。信号名称中带有“_L”的表示低电平有效信号。

  具体引脚功能

• PCI Express信号：如REFCLKP和REFCLKN为参考时钟输入，需通过0.1uF电容进行交流耦合；RAP - RDN为PCI Express数据输入，TAP - TDN为数据输出；RREF用于连接外部电阻以提供参考电流等。
• PCI信号：AD [31:0]和AD [63:32]为复用的地址和数据总线，CBE [3:0]和CBE [7:4]为命令/字节使能信号，PAR和PAR64为奇偶校验位等。在总线空闲时，芯片会将这些信号驱动到有效逻辑电平。
• 模式选择和跳线信号：TM2、TM1、TM0等引脚用于选择不同的工作模式，如EEPROM或SM总线支持、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桥接模式；CFN_L用于选择内部或外部仲裁器。
• JTAG边界扫描信号：包括TCK（测试时钟）、TMS（测试模式选择）、TDO（测试数据输出）、TDI（测试数据输入）和TRST_L（测试复位），用于支持边界扫描测试，方便进行板级连续性测试和诊断。
• 杂项信号：GPIO [6:0]为通用I/O数据引脚，可通过配置寄存器进行输入或双向功能的编程；SMBCLK和SMBDAT用于EEPROM或SM总线的时钟和数据传输；PME_L用于电源管理事件请求；CLKRUN_L用于指示PCI时钟的状态；PCIXCAP用于控制PCI/PCI - X模式等。

工作模式选择

功能模式选择

• 当TM2引脚接地时，PI7C9X130使用TM1、TM0、CFN_L和REVRSB引脚来选择不同的操作模式。通过设置这四个输入信号的逻辑值，可以从十六种正常操作组合中进行选择。例如，当这四个引脚都为低电平时，芯片将在透明模式下支持EEPROM（I2C），并使用内部仲裁器进行正向桥接。

  PCI/PCI - X选择

• 芯片的二级接口能够在传统PCI模式或PCI - X模式下运行。通过连接到PCIXCAP的上拉电路，PI7C9X130可以自动检测并控制二级总线的模式和频率。当PCIXCAP检测到逻辑低电平时，会进一步判断是传统PCI模式还是PCI - X 66MHz模式；当检测到逻辑高电平时，则判断为PCI - X 100MHz或133MHz模式，具体频率还需通过SEL100引脚进行区分。这种自动检测和切换功能使得PI7C9X130能够灵活适应不同的设备和总线环境。

  引脚跳线功能

• 当TM2引脚接高电平时，PI7C9X130使用TM1、TM0和MSK_IN作为跳线引脚，可实现多种测试功能，如PLL测试、功能回环测试、桥接测试等。

桥接模式

正向和反向桥接

• PI7C9X130支持正向和反向桥接与透明或非透明模式的组合。在正向和非透明桥接模式下，其PCI Express接口连接到根复合体，PCI - X总线接口连接到PCI - X设备，这种模式可以有效隔离I/O处理器和主机处理器及其内存映射，避免内存地址冲突。在反向和透明桥接模式下，它则成为一个PCI到PCI Express的桥接器，PCI - X总线接口连接到主机芯片组和PCI Express x4链路之间，使传统的PCI/PCI - X主机系统能够具备PCI Express能力。这两种模式为现有PCI/PCI - X产品向PCI Express技术的过渡提供了便捷的解决方案，无需对现有设计进行大规模的重新架构。

  透明和非透明桥接

• 透明模式：在透明桥接模式下，PI7C9X130的基类代码设为06h（桥接设备），子类代码设为04h（PCI到PCI桥接），编程接口为00h。它具有类型 - 1配置头，配置寄存器与传统的透明PCI到PCI桥接器相同，并且与支持传统透明PCI到PCI桥接器的软件向后兼容。可以通过PCI Express、PCI、I2C和SM总线等多种方式访问配置寄存器。
• 非透明模式：在非透明桥接模式下，基类代码同样为06h，但子类代码设为80h（其他桥接），编程接口为00h。它具有类型 - 0配置头，有一套用于主接口的配置寄存器和另一套用于从接口的配置寄存器，并且实现了CSRs（控制和状态寄存器）来支持主从总线之间的内存或IO传输。可以通过PCI Express、PCI、I2C和SM总线等多种方式访问非透明配置寄存器。此外，该模式下支持根据主总线和从总线的选择，提供四个或三个内存BARs（基地址寄存器）和一个或两个IO BARs。

配置寄存器

PI7C9X130支持Type - 0（非透明桥接模式）和Type - 1（透明桥接模式）配置空间头，以及从01h（PCI电源管理）到10h（PCI Express能力结构）的能力ID。配置寄存器根据不同的工作模式和功能需求进行了详细的划分，包括配置寄存器映射、PCI Express扩展能力寄存器映射、控制和状态寄存器映射等，每个寄存器都有特定的功能和位定义，用于控制和监测芯片的各种操作。

透明桥接模式配置寄存器

• 包括供应商ID、设备ID、命令寄存器、状态寄存器、缓存行大小寄存器等多个寄存器，每个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空间和内存空间的使能、总线主设备的操作等；状态寄存器用于记录各种错误状态和设备状态信息。

  非透明桥接模式配置寄存器

• 同样包含多个寄存器，与透明模式类似，但在一些功能和寄存器定义上有所不同，如主命令寄存器和从命令寄存器分别控制主接口和从接口的操作，还有一些用于地址映射和事务转发的特殊寄存器。

其他重要方面

时钟方案

• PCI Express接口需要通过REFCLKP和REFCLKN引脚提供100MHz的差分时钟输入；PCI - X / PCI接口使用外部时钟源时，需要将PCI - X时钟连接到CLKIN / M66EN引脚，芯片会根据该时钟生成七个时钟输出CLKOUT [6:0]，并且需要将其中一个CLKOUT [6:0]信号连接到FBCLKIN以用于PCI - X接口的逻辑操作。此外，还可以通过将CLKIN / M66EN连接到符合PCIX / PCI标准的设备的M66EN引脚来启用内部时钟生成器和自动频率检测功能，但需要注意保持该信号的稳定状态，以避免芯片误切换到外部时钟模式。

  中断处理

• PI7C9X130在PCIe侧支持中断消息包，在PCI侧支持PCI中断（INTA, B, C, D）引脚或MSI（消息信号中断），二者相互排斥。在反向桥接模式下，它将PCIe中断消息包映射到PCI中断引脚或MSI；在正向桥接模式下，则将PCI侧的中断映射到PCIe侧的中断消息包。这种灵活的中断映射机制使得芯片能够在不同的桥接模式下准确地处理中断信号，提高系统的响应速度和稳定性。

  热插拔操作

• 虽然PI7C9X130没有集成标准的热插拔控制器（SHPC），但它支持热插拔信号消息和寄存器，简化了热插拔系统的实现。在正向桥接模式下，支持PCI总线的热插拔；在反向桥接模式下，支持PCI Express总线的热插拔。无论是在主板上还是在扩展卡上使用，都能满足热插拔的需求，提高系统的可维护性和灵活性。

  JTAG控制器

• 提供了符合IEEE 1149.1标准的测试访问端口（TAP）控制器和相关的TAP引脚，用于支持边界扫描测试。通过指令寄存器、旁路寄存器、设备ID寄存器和边界扫描寄存器等，实现对芯片引脚的测试和诊断功能。可以通过不同的指令代码选择不同的测试操作，如EXTEST用于驱动和接收片外测试数据，IDCODE用于读取设备的制造商ID、部件编号和版本号等信息。

  电源管理

• 支持D0、D3 - hot、D3 - cold电源状态，不支持D1和D2状态。PCI Express物理链路层支持PCI Express链路电源管理的L0、L0s、L1、L2/L3 ready和L3电源状态，PCI端口支持标准的PCI电源管理状态B0、B1、B2和B3。在D3 - hot状态下，可以关闭主电源以节省功率，同时保持辅助电源以维持必要的信息，以便恢复到全功率的D0状态。此外，还支持ASPM（主动状态电源管理）以实现链路节能，但不支持WAKE#信号。

  电气和时序规格

• 给出了绝对最大额定值，如存储温度范围为 - 65 oC到150 oC，加电时的环境温度范围为 - 40 oC到85 oC，不同电源引脚的电压范围等。同时，还提供了DC电气特性，包括各种电源引脚的最小、典型和最大电压值。在电源启动时序方面，PI7C9X130需要3.3V I/O电压和1.8V核心电压，建议在设计电源时，将3.3V电压先于或与1.8V电压同时施加，以避免内部逻辑处于未知状态。还给出了PCI总线的时序参数，如输入建立时间、保持时间、时钟到信号有效延迟等，为电路设计提供了重要的参考依据。

总结

PI7C9X130是一款功能强大、特性丰富的PCI Express到PCI/X的可逆桥接器，它在多个方面都表现出色，能够满足不同电子系统设计的需求。在实际应用中，电子工程师们可以根据具体的系统要求，合理选择工作模式、配置寄存器参数，优化时钟方案、电源管理和中断处理等，以充分发挥其性能优势。

大家在使用PI7C9X130的过程中，有没有遇到过什么独特的问题或者有什么特别的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流！