Implementación de Interfaz PCI Sobre Plataforma Industrial Basada en Dispositivo FPGA

Abstract

ISIS es una placa madre industrial desarrollada en Chile por Continental Lensa S.A orientada al soporte de SoPCs (Systems on a Programmable Chip) sobre un dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array), integrado con una serie de periféricos on-board. La capacidad de soportar SoPCs basados en el procesador Nios II y el sistema operativo uClinux, en conjunto con diversos núcleos de hardware de propiedad intelectual o IP cores, abre un universo de aplicaciones que abarca desde el control de sistemas, procesamiento digital de señales, y sistemas de radio y televisión digital.

ISIS incorpora un conector PMC (PCI Mezzanine Card), que corresponde a una especificación mecánica para sistemas PCI de montaje paralelo y tamaño pequeño, contrario al estándar PCI convencional donde las tarjetas se montan en forma perpendicular. Sin embargo, no es posible controlar dispositivos PCI con la plataforma ISIS sin un adecuado soporte de hardware y software que provea una interfaz de bus acorde a los requerimientos del estándar PCI.

El presente trabajo otorga a la plataforma ISIS soporte para conectividad con dispositivos PCI 3.3V 32 bit @ 33 MHz. El trabajo aporta la implementación de un chipset PCI embebido en el dispositivo FPGA, el soporte de software para operación con el sistema operativo uClinux, y una aplicación para control y diagnóstico del hardware. Además, se aporta un nuevo hardware que brinda una solución a la incompatibilidad entre los complejos estándares mecánicos PCI Mezzanine Card y PCI convencional de PC.

Uno de los aportes es la implementación del IP core de libre distribución PCI Bridge de Opencores con interfaz de bus Wishbone, en un SoPC con arquitectura de comunicación nativa Avalon System Interconnect Fabric, lo que requiere implementar lógica de adaptación entre dos estándares de interconexión SoC incompatibles. Además, los requerimientos del sistema exigen que el IP core PCI Bridge sea implementado en modo Host, estando disponible solamente con pruebas de operación en modo Guest, lo que implica el desafío de implementar funcionalidades que no cuentan con un proceso de validación. También se desarrolla una capa de software que comunica el hardware PCI con el kernel de Linux, y un programa que permite el control y diagnóstico de los dispositivos presentes en el bus.

El presente trabajo se integra como parte fundamental del equipo de radiodifusión digital de tercera generación GSD-21 Exgine. El núcleo de hardware del equipo lo constituye la plataforma ISIS integrada con el dispositivo PCI DUC-II (Next Generation Digital Up Converter), por medio de los sistemas de hardware y software desarrollados. Se obtiene una tasa de transferencia promedio de 14,5 MByte/s para transferencias PCI usando DMA, y una tasa de error de bus igual a cero para 24 horas de operación sin interrupciones del equipo GSD-21.