Курсовая работа - Интерфейс периферийных устройств PCI. PCI-Express
Подождите немного. Документ загружается.
1.3 Основные сведения о PCI
Первоначально 32 проводника адрес/данные на частоте 33 МГц. Позже
появились версии с 64 проводниками (используется дополнительная колодка
разъема) и частотой 66 МГц.
Шина децентрализована, нет главного устройства, любое устройство
может стать инициатором транзакции. Для выбора инициатора используется
арбитраж с отдельно стоящей логикой арбитра. Арбитраж «скрытый», не
отбирает времени•— выбор нового инициатора происходит во время
транзакции, исполняемой предыдущим инициатором.
Транзакция состоит из 1 или 2 циклов адреса (2 цикла адреса
используются для передачи 64-битных адресов, поддерживаются не всеми
устройствами, дают поддержку DMA на памяти более 4 Гб) и одного или
многих циклов данных. Транзакция со многими циклами данных называется
«взрывной» (burst), понимается как чтение/запись подряд идущих адресов и
даёт более высокую скорость•— один цикл адреса на несколько, а не на
каждый цикл данных, и отсутствие простоев (на «успокоение» проводников)
между транзакциями.
Специальные типы транзакций используются для обращений к
конфигурационному пространству устройства.
«Взрывная» транзакция может быть временно приостановлена обеими
устройствами из-за отсутствия данных в буфере или его переполнения.
Поддерживаются «расщеплённые» транзакции, когда целевое
устройство отвечает состоянием «в процессе» и инициатор должен
освободить шину для других устройств, захватить её снова через арбитраж и
повторить транзакцию. Это делается, пока целевое устройство не ответит
«сделано». Используется для сопряжения шин с разными скоростями (сама
PCI и frontside процессора) и для предотвращения тупиковых ситуаций в
сценарии с многими межшинными мостами.
11
Богатая поддержка межшинных мостов. Богатая поддержка режимов
кэширования, таких, как:
posted write•— данные записи немедленно принимаются мостом и мост
сразу отвечает «сделано», уже после этого пытаясь провести операцию
записи на ведомой шине.
write combining•— несколько запросов на posted write, идущих подряд по
адресам, соединяются в мосте в одну «взрывную» транзакцию на ведомой
шине.
prefetcing•— используется при транзакциях чтения, означает выборку
сразу большого диапазона адресов одной «взрывной» транзакцией в кеш
моста, дальнейшие обращения исполняются самим мостом без операций на
ведомой шине.
Прерывания поддерживаются либо как Message Signaled Interrupts
(новое), либо классическим способом с использованием проводников INTA-
D#. Проводники прерываний работают независимо от всей остальной шины,
возможно разделение одного проводника многими устройствами.
Конфигурирование
PCI-устройства с точки зрения пользователя самонастраиваемы (Plug
and Play). После старта компьютера системное программное обеспечение
обследует конфигурационное пространство PCI каждого устройства,
подключённого к шине, и распределяет ресурсы.
Каждое устройство может затребовать до семи диапазонов в адресном
пространстве памяти PCI или в адресном пространстве ввода-вывода PCI.
Кроме того, устройства могут иметь ПЗУ, содержащее исполняемый код
для процессоров x86 или PA-RISC, Open Firmware (системное ПО
компьютеров на базе SPARC и PowerPC) или драйвер EFI.
Настройка прерываний осуществляется также системным программным
обеспечением (в отличие от шины ISA, где настройка прерываний
осуществлялась переключателями на карте). Запрос на прерывание на шине
PCI передаётся с помощью изменения уровня сигнала на одной из линий
12
IRQ, поэтому имеется возможность работы нескольких устройств с одной
линией запроса прерывания; обычно системное ПО пытается выделить
каждому устройству отдельное прерывание для увеличения
производительности.
1.4 Версии шины PCI
•PCI 2.0 - первая версия базового стандарта, получившая широкое
распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным
напряжением только 5В.
PCI 2.1 - отличалась от 2.0 возможностью одновременной работы
нескольких bus-master устройств (т.н. конкурентный режим), а также
появлением универсальных карт расширения, способных работать как в 5В,
так и в 3.3В слотах. Способность работать с 3.3В картами и наличие
соответствующих линий питания в версии 2.1 являлась
опциональной.Появились расширения PCI66 и PCI64.
•• PCI 2.2 - версия базового стандарта шины, допускающая подключение
карт расширения с сигнальным напряжением как 5В, так и 3.3В. 32-битные
версии этих стандартов являлись наиболее распространённым типом слотов
на материнских платах на момент написания FAQ. Используются слоты типа
32-бита, 5В.
•••• Cделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения
имеют универсальный разъём и способны работать практически во всех
более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых
случаях, и в слотах 2.1.
13
•••• PCI 2.3 - следующая версия общего стандарта на шину PCI, слоты
расширения, соответствующие этому стандарту, несовместимы с картами
PCI 5В, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5В-
ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны
работать в 5В-слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
•••• Напоминаем, что напряжение питания (не сигнальное!) 5В сохраняется
абсолютно на всех версиях разъёмов шины PCI.
•••• PCI 64 - расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии
2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную
способность. Cлот PCI64 является удлинённой версией обычного PCI-слота.
Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при
условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная,
а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является
ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности),
точные данные в каждом конкретном случае можно узнать из спецификаций
устройства.
Первые версии PCI64 (производные от PCI 2.1)использовали слот PCI 64-
бита 5В и работали на тактовой частоте 33МГц.
•••• PCI 66 - появившееся в версии 2.1 расширение стандарта PCI с
поддержкой тактовой частоты 66МГц, также, как и PCI64 позволяет удвоить
пропускную способность. Начиная с версии 2.2 использует 3.3В-слоты (32-
битый вариант на ПК практически не встречается), карты имеют
универсальный либо 3.3В форм-фактор. (Имелись и основанные на версии
2.1 казуистически редкие на рынке ПК 5В 66МГц решения, подобные слоты
и платы были совместимы только между собой)
•••• PCI 64/66 - комбинация двух вышеописанных технологий, позволяет
учетверить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом
PCI, и использует 64 бита 3.3В слоты, совместимые только с
универсальными и 3.3В 32-битными картами расширения. Карты стандарта
PCI64/66 имеют универсальный (имеющий ограниченную совместимость с
14
32-битными слотами) либо 3.3В форм-фактор(последний вариант
принципиально не совместим с 32-битными 33МГц слотами популярных
стандартов)
•••• В настоящее время под термином PCI64 подразумевается именно
PCI64/66, поскольку 33МГц 5В 64-битные слоты не применяются уже
достаточно давно.
PCI-X 1.0 - Расширение PCI64 с добавлением двух новых
частот работы, 100 и 133МГц, а также механизма раздельных
транзакций для улучшения производительности при
одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно
совместима со всеми 3.3В и универсальными PCI-картами.
•••• PCI-X карты обычно выполняются в 64-бит 3.3В формате и имеют
ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые
PCI-X карты - в универсальном формате и способны работать (хотя
практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3.
•••• В сложных случаях для того, чтобы быть полностью уверенным в
работоспособности выбранной вами комбинации из мат.платы и карты
расширения, случае надо посмотреть таблицы совместимости (compatibility
lists) производителей обоих устройств.
PCI-X 2.0 - дальнейшее расширение возможностей PCI-X 1.0, добавлены
скорости в 266 и 533МГц, а также коррекция ошибок чётности при передаче
данных.(ECC). Допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины,
что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных
системах, сигнальное напряжение снижено до 1.5В, но сохранена обратная
совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное
напряжение 3.3В.
PCI-X 1066/PCI-X 2133 - проектируемые будущие варианты шины PCI-
X, c результирующими частотами работы 1066 и 2133МГц соответственно,
изначально предназначенные для подключения 10 и 40Гбит Ethernet
15
адаптеров.
•••• Вот почему в некоторых ситуациях для обеспечения стабильности работы
нескольких установленных устройств необходимо ограничивать
максимальную частоту работы использованной шины PCI-X (обычно это
делается джамперами)
СompactPCI - стандарт для разъёмов и карт расширения, применяемый в
промышленных и встраиваемых компьютерах. Механически не совместим ни
с одним из "общих" стандартов.
MiniPCI - стандарт для плат и разъёмов для интеграции в ноутбуки
(обычно используется для адаптеров беспроводной сети) и непосредственно
на поверхность материнских плат. Также механически ни с чем кроме себя не
совместим.
Типы PCI-cлотов
16
Рис.1
II. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
2.1 Cигналы шины PCI
AD[31:0] - мультиплексированная шина адреса/данных. Адрес передается по
сигналу -FRAME, в последующих тактах передаются данные.
-C/BE[3:0] - команда/разрешение обращения к байтам. Команда,
определяющая тип очередного цикла шины (чтение-запись памяти, ввода-
вывода или конфигурационное чтение-запись, подтверждение прерывания и
другие) задается четырехбитным кодом в фазе адреса (по сигналу -FRAME).
-FRAME - индикатор фазы адреса (иначе - передача данных).
-DEVSEL - попытка инициатора обратиться к основной памяти.
-IRDY - готовность инициатора к обмену данными.
-LOCK - используется• для• установки, обслуживания и освобождения
захвата ресурса на PCI.
-REQ[3:0] - запрос от PCI-мастера на захват шины (для слотов 3:0).
-GNT[3:0] - разрешение мастеру на использование шины.
PAR - общий бит паритета для линий AD[31:0] и C/BE[3:0].
-ParityER - сигнал об ошибке паритета (от устройства, ее обнаружившего).
17
-RST - сброс всех регистров в начальное состояние.
•
IDSEL - выбор устройства в циклах конфигурационного считывания и
записи.
-SERR - системная ошибка, активизируется любым устройством PCI и
вызывает NMI.
-REQ64 - запрос на 64-битный обмен.
•
-ACK64 - подтверждение 64-битного обмена.
-INTR A,B,C,D - линии запросов прерывания, циклически сдвигаются в
слотах и направляются на доступные линии IRQ с помощью
конфигурационных регистров. Запрос по низкому уровню позволяет
использовать одну линию несколькими источниками.
Clock - тактовая частота шины.
Test Clock, -TSTRES,
TestDO, TestDI - сигналы для тестирования адаптеров по интерфейсу JTAG
(на системной плате обычно не задействованы).
TSTMSLCT - перевод в режим тестирования.
-TRDY - готовность целевого устройства к обмену данными.
-STOP - запрос целевого устройства к инициатору на останов текущей
транзакции.
18
19
2.2 Разъемы шины PCI
•
Ряд В № Ряд А Ряд В № Ряд А
- 12 В 1 -TSTRES GND/Ключ 51* GND/Ключ
Test Clock 2 + 12B AD 8 52 -C/BE 0
GND 3 TSTMSLCT AD 7 53 + 3.3B
Test DO 4 Test DI + 3.3B 54 AD 6
+ 5В 5 + 5B AD 5 55 AD 4
+ 5B 6 -INTR A AD 3 56 GND
-INTR B 7 -INTR C GND 57 AD 2
-INTR D 8 + 5B AD 1 58 AD 0
-PRSNT 1 9 Reserved +V I/O 59 +V I/O
Reserved 10 + V I/O -ACK64 60 -REQ64
-PRSNT 2 11 Reserved + 5B 61 + 5B
GND/Ключ 12* GND/Ключ + 5B 62 + 5B
GND/Ключ 13* GND/Ключ Конец• 32-битного разъема
Reserved 14 Reserved
GND 15 -RST Reserved 63 GND
Clock 16 +V I/O GND 64 -C/BE 7
GND 17 -GNT -C/BE 6 65 -C/BE 5
-REQ 18 GND -C/BE 4 66 +V I/O
+V I/O 19 Reserved GND 67 PAR64
AD 31 20 AD 30 AD 63 68 AD 62
AD 29 21 + 3.3B AD 61 69 GND
GND 22 AD 28 +V I/O 70 AD 60
AD 27 23 AD 26 AD 59 71 AD 58
AD 25 24 GND AD 57 72 GND
+ 3.3B 25 AD 24 GND 73 AD 56
-C/BE 3 26 IDSEL AD 55 74 AD 54
AD 23 27 +3.3B AD 53 75 +V I/O
GND 28 AD 22 GND 76 AD 52
AD 21 29 AD 20 AD 51 77 AD 50
AD 19 30 GND AD 49 78 GND
+3.3B 31 AD 18 +V I/O 79 AD 48
AD 17 32 AD 16 AD 47 80 AD 46
-C/BE 2 33 +3.3B AD 45 81 GND
GND 34 -FRAME GND 82 AD 44
-IRDY 35 GND AD 43 83 AD 42
+3.3B 36 -TRDY AD 41 84 + V I/O
-DEVSEL 37 GND GND 85 AD 40
GND 38 -STOP AD 39 86 AD 38
20