CN1469263A - 计算机pci总线的扩展rom卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在ROM中定义PCI设备识别信息的PCI总线的扩展ROM卡。根据PCI总线规范，在由PCI总线接口模块(3)和ROM芯片(4)以及印刷电路板组成的扩展ROM卡(2)中，其配置空间应该提供由该扩展ROM卡的厂家定义的设备识别信息。本发明在PCI总线接口模块中对配置空间进行地址再译码，将配置空间分成非设备识别信息区域和设备识别信息区域，其中的设备识别信息区域被转换地址后再定位到存储器空间中。这样，在系统读取扩展ROM卡的设备识别信息时，实际将被映射到ROM芯片中的设备识别信息区域，从而便于各个厂家在ROM芯片中自行定义扩展ROM卡的设备识别信息。

Description

计算机PCI总线的扩展ROM卡

本发明涉及一种用于计算机的PCI总线的扩展ROM卡，尤其是由PCI总线接口模块和ROM芯片组成的扩展ROM卡。

已有的PCI总线的扩展ROM卡根据其功能可分为防病毒卡、数据加解密卡(也可称为数据安全卡)、硬盘还原卡(也可称为硬盘保护卡、系统复原卡)等。安装了防病毒卡的计算机可以清查病毒，防止病毒入侵；安装了数据加解密卡的计算机则可以对重要的数据提供更强的安全性保障；安装了硬盘还原卡的计算机则可以对用户选定区域的硬盘数据进行保护和还原，以防止误删除、故意破坏以及防病毒等。这类扩展ROM卡主要依靠计算机程序也就是软件实现具体功能，而硬件是软件的载体，扩展ROM卡的硬件结构主要由一个PCI总线接口模块和一个ROM芯片组成。ROM芯片是一种数据存储器，其中存储了实现扩展ROM卡的具体功能所需要的计算机程序代码和数据，但不能被计算机直接存取到。PCI总线接口模块是一种接口转换装置，用于将ROM芯片连接到计算机系统的PCI总线上，计算机系统通过PCI总线与PCI总线接口模块相连接，再由PCI总线接口模块与ROM芯片相连接，从而间接地存取ROM芯片中的程序代码和数据。

根据计算机的PCI总线规范(PCI Local Bus Specification)，PCI设备(包括扩展ROM卡或者网卡)应该实现配置空间，在配置空间中应该提供如下识别信息：供应商识别码(Vendor ID)，设备识别码(Device ID)，设备分类代码(Class Code)等。当计算机系统读取了某扩展ROM卡的配置空间后，就可以根据所读取的PCI设备识别信息(即供应商识别码和设备识别码以及可选的设备分类代码)确定该扩展ROM卡是哪个厂家的哪个设备，进而可以在操作系统中加载相应的驱动程序和执行相应的操作。

为了向计算机系统提供PCI设备识别信息，已有的PCI总线接口模块通常有两种，一种是直接由一个专用接口芯片构成，另一种是由一个通用接口芯片和一个配置芯片构成。在专用接口芯片的方案中，各厂家为自己的扩展ROM卡定制专用接口芯片，PCI设备识别信息直接固化在专用接口芯片中，所以该芯片将只能用于某一个厂家的某一个设备；并且由于定制芯片就像开模具一样，存在“开模费”和“单个产品的直接成本费”，所以在芯片用量低于几十万颗也就是该扩展ROM卡的销量低于几十万套的情况下，将“开模费”平摊到每个芯片上，定制专用接口芯片的成本将会变得相当高。另一种由通用接口芯片和配置芯片构成的方案中，配置芯片是一种存取速度较低的串行接口的可编程存储器EEPROM(例如型号为93C46或93LC46的集成电路)，其中被设置了由各扩展ROM卡的厂家定义的PCI设备识别信息。通用接口芯片是一种工业化批量生产的电路结构固定的集成电路(例如型号为PCI9050、W89C940F的集成电路，W89C940F本来是PCI网卡芯片，但在一定条件下也可以用作扩展ROM卡的通用接口芯片)，内部具有类似RAM结构的配置空间寄存器，通常不直接固化PCI设备识别信息。这类通用接口芯片在复位后，将配置芯片中的PCI设备识别信息读取到通用接口芯片的配置空间寄存器中，以后计算机系统通过高速的PCI总线读取该PCI设备的配置信息时，通用接口芯片将不再读取低速的配置芯片，而是直接转向配置空间寄存器。通过这样的方式，将PCI设备识别信息定义在配置芯片中，从而使一个通用接口芯片可以用于多个厂家的多种扩展ROM卡设备，增加了通用接口芯片的用量，也就间接地降低了产品的成本，但由于多了一个配置芯片，直接产品成本还是偏高，并且为配置芯片写入PCI设备识别信息也增加了生产时的工作量。

本发明的目的是，提供一种方便设置PCI设备识别信息并且硬件直接成本更低的计算机PCI总线的扩展ROM卡。

本发明的技术构思是，去掉原配置芯片，将PCI设备识别信息设置在ROM芯片中(该信息可以同时用于扩展ROM卡的PCI-ROM头结构)，将扩展ROM卡的配置空间分成设备识别信息区域和非设备识别信息区域，将设备识别信息区域映射到ROM芯片中。

本发明的技术方案是：扩展ROM卡(2)具有印刷电路板和设置在板上的PCI总线接口模块(3)和ROM芯片(4)，PCI设备识别信息设置在ROM芯片中，PCI总线接口模块通过其数据总线端口、地址总线端口、ROM控制信号端口与ROM芯片的对应端口相连接；PCI总线接口模块具有PCI总线译码电路(31)、配置空间寄存器(32)、配置空间再译码电路(33)、逻辑或门(34)，PCI总线译码电路通过其输出的配置空间控制信号端(C)和内部地址总线端与配置空间再译码电路相连接，配置空间再译码电路通过其输出的设备识别信息区域的控制信号端(I)与逻辑或门的一组输入端相连接，逻辑或门的另一组输入端与PCI总线译码电路输出的扩展ROM存储器空间控制信号端(M)相连接，逻辑或门的输出端作为PCI总线接口模块的ROM控制信号端，配置空间寄存器分别与内部地址总线、数据总线、配置空间再译码电路的非设备识别信息区域的控制信号端相连接。扩展ROM卡的配置空间被配置空间再译码电路进行地址译码，分成设备识别信息区域和非设备识别信息区域，非设备识别信息区域继续保留在配置空间寄存器中，而将对设备识别信息区域的存取通过逻辑或门与扩展ROM存储器空间进行逻辑或操作，也就是将设备识别信息区域映射到作为存储器空间的ROM芯片中。基于上述技术方案，扩展ROM卡的厂家只要将定义的PCI设备识别信息随计算机程序和数据一起写入ROM芯片，就可以省去配置芯片，既方便地定义了PCI设备识别信息，又节约了成本。

上述PCI设备识别信息主要是指PCI设备的供应商识别码(Vendor ID)、设备识别码(Device ID)、设备分类代码(Class Code)，进一步还可以包括Revision ID、SubsystemID、Subsystem Vendor ID等。供应商识别码标明设备的制造者即生产厂家，由PCI-SIG分配以保证唯一性，设备识别码标明特定的设备，由供应商分配，设备分类代码主要用于系统确定该设备的类别，比如网卡的分类代码是02H，分类代码10H则为加解密设备。这些信息在配置空间中都具有固定的起始地址和长度：供应商识别码长度为两字节，起始地址为00H-01H，设备识别码在02H-03H的地址上，设备分类代码在09H-0BH的地址上。

上述PCI总线接口模块可以进一步包括一个可使能地址转换电路(35)，具有地址输入端口、地址输出端口、转换使能控制输入端口。可使能地址转换电路的地址输入端连接到内部地址总线上，地址输出端作为PCI总线接口模块的地址总线端与ROM芯片的地址端相连接，转换使能控制输入端连接到设备识别信息区域的控制信号线上。在设备识别信息区域的控制信号有效时，地址转换被使能，可使能地址转换电路输出转换后的映射地址，否则输出未经处理过的地址。通过这样的方式，就可以将配置空间的设备识别信息区域映射到ROM芯片中的一个固定并且不会冲突的地址上。例如配置空间中的供应商识别码的标准地址为00H-01H，但ROM芯片中的00H地址通常会存储ROM头结构数据，为避免冲突，可以将供应商识别码定义在ROM芯片的40H-41H地址上，并使可使能地址转换电路将00H地址转换成40H地址，经过这样的处理，计算机系统在存取配置空间中的供应商识别码时输出地址为00H，经地址转换后为40H，就可以在ROM芯片的40H地址上存取到事先定义的供应商识别码。而在ROM作为存储器空间被存取到时，因为可使能地址转换电路不被使能而输出未经处理过的地址，所以也不会影响ROM芯片原来的存取。

上述PCI总线接口模块的配置空间再译码电路还可以进一步包括一个译码使能输入端口，该译码使能输入端与一个从PCI总线接口模块外部输入的控制端或一个可预置的控制寄存器单元相连接，在配置空间寄存器中固化了默认的PCI设备识别信息的情况下，该译码使能输入端可以控制配置空间再译码电路是否译出设备识别信息区域的控制信号。对于ROM芯片失效等特殊情况，可以从外部控制端或控制寄存器中设定译码使能输入端为译码禁止状态，从而使扩展ROM卡在计算机系统存取设备识别信息时，返回配置空间寄存器中的默认设备识别信息，而不再映射到已经无效的ROM芯片中，这种方式可以辅助维护、升级等特殊操作，直到ROM芯片恢复有效。

上述ROM芯片通常选用在一定条件下可编程的数据存储器，类型是EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory)，在实际应用中，具体的型号是27256、27C256、27C512、27E512或29C010等。这些集成电路可以在线电擦写或用编程器擦写，将计算机程序和数据以及PCI设备识别信息方便地设置到ROM芯片中，从而实现扩展ROM卡的具体功能。为了支持PCI总线的字存取和双字存取，实际的PCI总线译码电路中还需要针对普通ROM芯片8位数据端口的情况增加一个2位地址计数器和一组数据寄存器，当计算机系统的PCI总线使用字存取时，地址计数器首先输出地址0，从ROM芯片XXXXXXX0B(二进制数)地址中读取一个字节暂存在数据寄存器中，然后对地址计数器增加计数而输出地址1，再从ROM芯片XXXXXXX1B(二进制数)地址中读取下一个字节，并与数据寄存器中的前一字节合并在一起，返回一个字数据给计算机系统。

上述扩展ROM卡的PCI总线接口模块可以由高速逻辑电路实现，但实际上也可以定制成通用接口芯片，从而降低在批量应用时的硬件成本。这种定制和专用集成电路方案中的定制不同，前者仍然可以由各个扩展ROM卡的厂家定义PCI设备识别信息，所以可以推广为行业应用，后者固化了PCI设备识别信息，所以只能供某个厂家使用。采用本发明的技术方案而定制的通用接口芯片，在对外连接关系上，应该具有与ROM芯片相连接的8位数据总线端口、至少15位地址总线端口以及ROM读控制信号端口。地址总线越宽则所支持的ROM芯片容量越大，15位地址支持32KB的ROM芯片，可以满足简单功能的扩展ROM卡的需要。为了支持使用在线电擦写的ROM芯片的扩展ROM卡，接口芯片还可以提供ROM写控制信号以及可选的片选控制信号。

应用本发明的技术方案后，扩展ROM卡的厂家不必再向配置芯片写入数据，减少了生产工序和工作量，并且仍然可以方便地设置PCI设备识别信息，更进一步地降低了扩展ROM卡的硬件直接成本。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为应用本发明技术方案的扩展ROM卡的电路结构示意图。

图2为已有的扩展ROM卡的电路结构框图。

图3为应用本发明技术方案的扩展ROM卡的电路结构框图。

图4为应用本发明技术方案的扩展ROM卡的主要原理图。

图5为基于本发明技术方案将PCI总线接口模块集成为单个芯片后的原理图。

见图1，本发明所描述的扩展ROM卡(2)包括：PCI总线接口模块(3)、ROM芯片(4)以及用于承载上述器件的印刷电路板。计算机的PCI总线通过PCI插槽以及扩展ROM卡的金手指与PCI总线接口模块相连接，PCI总线接口模块通过数据总线、地址总线以及ROM控制信号线与ROM芯片相连接，ROM芯片中除了实现扩展ROM卡具体功能所需要的计算机程序和数据外，还被设置了PCI设备识别信息。

见图2，这是已有的扩展ROM卡的主要电路结构框图，扩展ROM卡(2)的PCI总线接口模块(3)包括：PCI总线译码电路(31)、配置空间寄存器(32)以及可选的用于存储PCI设备识别信息的配置芯片。配置空间寄存器中具有已固化的或在复位后从配置芯片加载的PCI设备识别信息。PCI总线译码电路与计算机的PCI总线相连接，对PCI总线操作进行命令译码和地址空间译码，输出配置空间控制信号(C)、扩展ROM存储器空间控制信号(M)、内部地址总线以及双向数据总线。当计算机系统读取扩展ROM卡的PCI设备识别信息时，PCI总线译码电路向配置空间寄存器输出有效的配置空间控制信号和存取地址，配置空间寄存器从数据总线输出实际数据，经PCI总线译码电路缓冲后返回计算机系统。

见图3，这是应用本发明技术方案后的扩展ROM卡的主要电路结构框图，在已有的扩展ROM卡(2)的PCI总线接口模块(3)中增加部件：配置空间再译码电路(33)、逻辑或门(34)、可使能地址转换电路(35)。配置空间再译码电路将PCI总线译码电路输出的配置空间控制信号根据存取地址进行译码，分解为非设备识别信息区域的控制信号和设备识别信息区域的控制信号，前者代替原配置空间控制信号与配置空间寄存器相连接，后者分别连接到逻辑或门的一个输入端和可使能地址转换电路的转换使能控制输入端。逻辑或门对两个输入端的信号进行逻辑或操作后输出ROM控制信号，也就是使ROM控制信号在存取该存储器空间或配置空间的设备识别信息区域时都输出有效状态。可使能地址转换电路用于在转换使能控制输入有效时，将输入的地址按固定格式转换为映射地址，否则维持原地址输出。当计算机系统存取扩展ROM卡的存储器空间时，可使能地址转换电路输出原地址，逻辑或门输出为有效，扩展ROM卡返回ROM芯片中的数据；当计算机系统存取配置空间的非设备识别信息区域时，经配置空间再译码电路选中配置空间寄存器，扩展ROM卡返回配置空间寄存器中的数据；当计算机系统存取配置空间的设备识别信息区域时，经配置空间再译码电路禁止配置空间寄存器，可使能地址转换电路输出转换后的映射地址，逻辑或门输出为有效，扩展ROM卡返回ROM芯片中映射地址处的PCI设备识别信息。

见图4，这是应用本发明技术方案的扩展ROM卡的关键部位的原理图，33是配置空间再译码电路，34是逻辑或门，35是可使能地址转换电路，为简化起见，图中仅画出可使能地址转换电路中的A7和A15的与门及相关连接，A8-A14的电路与A7或A15类同。PCI总线译码电路(31)的具体实现可参考PCI总线规范，例如：在检测到PCI配置空间的存取命令并且PCI_IDSEL线有效时，输出锁存后的存取地址到内部地址总线并输出有效的配置空间控制信号；在检测到PCI存储器空间的存储命令时，将配置空间寄存器中的扩展ROM基址寄存器中的基址与输入的存取地址基址相比较，确定基址相匹配后，输出锁存后的存取地址到内部地址总线并输出有效的扩展ROM存储器空间控制信号；为了支持8位数据总线的ROM芯片与32位PCI总线交换数据，PCI总线译码电路具有一个地址计数器和一组数据寄存器，用于将字或双字存取操作分解为2或4次字节存取操作，地址计数器用于计次和产生地址，数据寄存器用于暂时存放前几次存取的数据，以便在所有数据存取完毕后再合并。图中，PCI总线译码电路输出存储器读控制信号(MR)、配置空间控制信号包括读控制信号(CR)和写控制信号(CW)、16位内部地址总线信号(A0-A15)以及8位数据总线信号(D0-D7)。配置空间再译码电路中，存取地址不是000000XXB(PCI设备识别信息所在地址00H-03H)时N-ID信号有效，进而使非设备识别信息区域的控制信号(CRO)和(CWO)有效，配置空间寄存器被选中；存取地址是000000XXB时ID信号有效，进而设备识别信息区域的控制信号(I)变为有效。逻辑或门将设备识别信息区域的控制信号(I)与存储器读控制信号(MR)相或，输出ROM读控制信号，图中使用或非门使ROM芯片获得低电平有效的控制信号(XMR)。可使能地址转换电路被使能转换后，地址A0-A5仍然正常输出，地址A6总是输出高电平，地址A7-A15总是输出低电平，所以00H-3FH地址范围内的配置空间将被映射到ROM芯片中的0040H-007FH地址范围内，也就是说，配置空间中的供应商识别码(原地址为00H-01H)将被映射到ROM芯片中的0040H-0041H地址上。

见图5，基于本发明技术方案的扩展ROM卡(2)的PCI总线接口模块(3)被集成为一个芯片。PCI总线接口模块是型号为CH361的集成电路，ROM芯片(4)是型号为27C512的集成电路。CH361通过D0-D7、A0-A15以及MEM_READ#与27C512相连接，因为27C512不支持在线电擦写，所以CH361的MEM_WRITE#端没有连接。PCI设备识别信息按照原来在配置空间中的分布方式定义在27C512芯片的以0040H为起始地址的区域中，其中供应商识别码定义在0040H-0041H的地址上，设备识别码定义在0042H-0043H的地址上，设备分类代码定义在0049H-004BH的地址上，相互之间的地址关系不变。以这样的技术方案构成的扩展ROM卡，设置方便，生产更简单，硬件成本更低。

Claims (8)

1、一种计算机PCI总线的扩展ROM卡，具有印刷电路板和设置在板上的PCI总线接口模块、ROM芯片以及用于与PCI插槽相接触的金手指触点，金手指与PCI总线接口模块的PCI总线端口相连接，PCI总线接口模块通过其数据总线端口、地址总线端口、ROM控制信号端口与ROM芯片的对应端口相连接，ROM芯片是保存程序代码和数据的存储器，其特征是：在ROM芯片的特定区域中包含了该扩展ROM卡所必要的PCI设备识别信息，该扩展ROM卡不包含用于提供PCI设备识别信息的其它配置芯片。

2、根据权利要求1所述的扩展ROM卡，其特征是：PCI总线接口模块具有PCI总线译码电路、配置空间再译码电路、配置空间寄存器、一组逻辑或门，PCI总线译码电路通过其输出的配置空间控制信号和内部地址总线与配置空间再译码电路相连接，配置空间再译码电路通过其输出的设备识别信息区域的控制信号与逻辑或门的一组输入端相连接，逻辑或门的另一组输入端接PCI总线译码电路的存储器空间控制信号输出端，逻辑或门的输出端作为PCI总线接口模块的ROM控制信号端口，配置空间寄存器分别与内部地址总线、数据总线、配置空间再译码电路的非设备识别信息区域的控制信号输出端相连接。

3、根据权利要求2所述的扩展ROM卡，其特征是：配置空间寄存器中设置了默认的设备识别信息，PCI总线接口模块的配置空间再译码电路包括一个译码使能输入端，该译码使能输入端与一个从PCI总线接口模块外部输入的控制端或一个可预置的控制寄存器单元相连接，用于控制配置空间再译码电路是否译出设备识别信息区域的控制信号。

4、根据权利要求1所述的扩展ROM卡，其特征是：设置在ROM芯片中的PCI设备识别信息包括供应商识别码(Vendor ID)和设备识别码(Device ID)。

5、根据权利要求4所述的扩展ROM卡，其特征是：PCI设备识别信息在ROM芯片中的相对地址，供应商识别码处于0040H-0041H的地址，设备识别码处于0042H-0043H的地址。

6、根据权利要求1所述的扩展ROM卡，其特征是：ROM芯片的类型是EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory)，ROM芯片的型号是27C256、27C512或29C010。

7、根据权利要求1、2或3所述的扩展ROM卡，其特征是：PCI总线接口模块是一个已经将模块内部电路进行了集成的PCI总线接口芯片，该芯片具有与ROM芯片相连接的8位数据总线端口、至少14位地址总线端口、ROM读控制信号端口。

8、根据权利要求1、2或3所述的扩展ROM卡，其特征是：PCI总线接口模块和ROM芯片被集成在一个整合芯片中，扩展ROM卡只包含该整合芯片，而不再需要其它芯片。

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