pci多轴运动控制卡是精密伺服驱动控制系统中的主要部件，传统设计多采用pci桥件和运动控制器件构建，这样虽然开发周期短，但成本却非常高。用"cpld做pci接口 + tms320c2400系列dsp做运动控制器?quot;的设计，构成的系统简洁可靠，成本低廉，开发周期短，是一种行之有效的板卡开发途径。根据pci总线的传输时序和运动控制器件的读写时序要求，以altera的cpld器件和开发工具，使用vhdl语言，进行状态机构造，很快地实现了多轴运动控制卡的pci接口设计，并进行了功能模拟和定时分析，很好地达到了欲期目的。在系统编程、下载器件、测试，工作效果很好。以下，介绍整个设计思想，供广大同行参考。

接口系统模型简介

用cpld做多轴运动控制卡的pci接口，所构成的板卡系统用图1描述。

图1 pci-cpld接口系统模型图（略）

这里，cpld/fpga完成pci主/从传输时序的逻辑构成与变换，并直接对专用运动控制器件或tms320c2400系列dsp进行适当操作。整个系统的设计中，cpld使用pci总线的33mhz时钟，以简化pci传输的逻辑设计。

总线传输时序分析

运动控制器件采用日本nova的mcx314专用器件。mcx314是一款能够同时控制4个伺服马达或步进马达的运动控制芯片，它以脉冲串形式输出，能对伺服马达和步进马达进行位置控制、插补驱动、速度控制等实时监控。mcx314单独使用16mhz晶振时钟。通过mcx314进行运动监控，主要是下达命令，进行运动状态参数的读取或运动参数的发送。在mcx314中，这些命令和参数对应不同地址的寄存器，每个寄存器字宽16位，这些寄存器共用16个地址。对mcx314进行写操作后，最大四个clk周期内不能再连续读写操作，以使mcx314有足够时间处理数据，外部表现为mcx314的busy#线在wr#写信号的上升沿后最大二个sclk周期期间保持低激活，sclk芷谑荂lk的两倍。下面图2~４是mcx314的读写时序图。表１是图2~4中标示的时间要求范围。

进行pci总线传输，至少需要40条信号接口，包括数据/地址线、接口控制线、仲裁、总线命令及系统线等。每次数据传输由一个地址脉冲和一个或几个数据脉冲组成。一次传输一个地址和一个数据称为常规传输；一次传输一个地址和一批数据称为猝发传输。根据mcx314的使用特点和读写时序，进行pci传输，最适宜采用常规传输。pci常规传输常用的控制信号是：帧同步信号frame#、主设备准备好信号irdy#、从设备准备好信号trdy#、从设备选通信号devsel#、命令/字节信号c/be#等。下面图5~6是pci常规传输的典型时序图。

根据mcx314器件和pci总线传输的特点，采用16位数据总线使mcx314与pci低端地址/数据线直接相连，可以有效地简化设计和硬件结构。
⑴每次数据传输，主机通过pci首先传出地址和命令字，pci接口逻辑要能从地址中确定是不是对本机的访问，并锁存地址；同时pci接口逻辑还要能从命令字中识别访问是读操作还是写操作。

⑵进行读写操作，pci接口逻辑要向pci总线产生适当的trdy#、devsel#信号，只有在irdy#、trdy#、devsel#都为低状态时，pci操作才能完成；同时，pci接口逻辑还需要向mcx314产生适当的片选cs#、读rd#或写wr#信号。

⑶对mcx314的读操作，rd#信号的低有效时间要大于trd的最大值29ns。

⑷对mcx314的写操作，要保证wr#信号的低有效脉宽tww不小于50ns，输入数据的设定时间tdw不小于30ns，片选cs#与地址保持时间要不小于5ns。

⑸对mcx314写操作后，在逻辑设计上要保证至少8个pci时钟周期(33mhz)内主机不再对它进行读写操作，以使mcx314有足够时间处理数据。即要插入适当时间的trdy#信号，以使主机能够产生等待，不操作mcx314器件。

⑹片选cs#、读rd#、写wr#有效期间，地址信号要始终有效并确定为某一值。

cpld实现的状态机构设

状态机的构造

根据上述时序图的分析，完成此特定pci总线传输需要设计七个状态：状态s0标识pci总线空闲时期；状态s1标识地址与总线命令识别阶段；状态s2、s4、s6、s7完成写操作及其写后的适当等待周期；状态s3、s5完成读操作。

状态功能的确定

设计各状态执行以下功能：
状态s0~s1：对pci总线，置高信号trdy#、devsel#；对mcx314，置高片选信号cs#、读信号rd#、写信号wr#，地址呈现三态。在s1态还要完成：依据地址信号确定是不是对本机的选择，并识别是不是读或写操作，锁存访问地址。
状态s3、s5：对mcx314，产生低有效的片选信号cs#、读信号rd#，并确定读写访问的地址。在s5态，对pci总线，置低信号trdy#、devsel#，以完成pci读操作。
状态s2、s4、s6、s7：对mcx314的片选信号cs#在s2态产生，在s4、s6态保持，进入s7态结束；s2、s4态写信号wr#低有效；s6态产生8个pci周期长的等待时期；s7态置低信号trdy#以结束pci写操作；在s2、s4、s7态，产生低有效的devsel#。

状态变化的确定

根据对pci总线传输时序的分析，影响设想的各个状态相互转化的因素是：帧同步信号frame#、主设备准