Описание работы шины PCI.

Содержание:

• Введение
• Сигналы шины PCI
• Разъем шины PCI
• Циклы шины
  • Подтверждение прерывания (0000)
  • Специальный цикл (0001)
  • Чтение порта (0010) и запись в порт (0011)
  • Чтение памяти (0110) и запись в память (0111)
  • Чтение конфигурации (1010) и запись конфигурационных данных (1011)
  • Множественное чтение памяти (1100)
  • Двойной цикл адреса (1101)
• Временные диаграммы шины PCI

Введение
PCI (Peripheral Component Interconnect bus) - шина для подсоединения периферийных устройств. Стала массово применяться для Pentium-систем, но используется и с 486 процессорами. Частота шины от 20 до 33 МГц, теоретически максимальная скорость 132/264 Мбайт/с для 32/64 бит. В современных материнских платах частота на шине PCI задается как 1/2 входной частоты процессора, т.е при частоте 66 MHz на PCI будет 33 MHz, при 75 MHz - 37.5 MHz.

Имеет версии с питанием 5V, 3.3V и универсальную (с переключением линий +VI/O c 5V на 3,3V). Ключами являются пропущенные ряды контактов 12, 13 и 50, 51. Для слота с питанием 5V ключ расположен на месте контактов 50, 51, для 3,3 В - 12, 13, а для универсального - два ключа: 12, 13 и 50,51. 32-битный слот заканчивается контактами А62/В62, 64-битный - А94/В94.

Слот PCI самодостаточен для подключения любого контроллера (VLB не работала без ISA), на системной плате может сосуществовать с любой из других шин ввода-вывода.
Шина PCI - первая шина в архитектуре IBM PC, которая не привязана к этой архитектуре. Она является процессорно-независимой и применяется, например, в компьютерах Macintosh.
В отличие от остальных шин, компоненты расположены на левой поверхности плат PCI-адаптеров. По этой причине крайний PCI-слот обычно разделяет использование посадочного места с соседним ISA-слотом (Shared slot).

Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) может быть подключен к нескольким каналам PCI, обеспечивая возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI (возможно только в спецификации 2.1).

Автоконфигурирование устройств (выбор запросов прерывания, каналов DMA) поддерживается средствами BIOS материнской платы по образу и подобию стандарта Plug & Play. В настоящее время действует спецификация PCI 2.1.

Стандарт PCI определяет для каждого слота конфигурационное пространство размером до 256 восьмибитных регистров, не приписанных ни к пространству памяти, ни к пространству ввода-вывода. Доступ к ним осуществляется по специальным циклам шины Configuration Read и Configuration Write, вырабатываемым контроллером при обращении процессора к регистрам контроллера шины PCI, расположенным в его пространстве ввода-вывода.

На PCI определены два основных вида устройств - инициатор (по ГОСТ - задатчик), т.е. устройство, получившее от арбитра шины разрешение на захват ее и устройство назначения, цель (target) с которым инициатор выполняет цикл обмена данными.

Сигналы шины PCI
Знак - (минус) перед названием сигнала означает, что активный уровень этого сигнала логический ноль, обозначение {XX:0} означает группу сигналов с номерами от 0 до XX.

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 чтение/запись конфигурации, подтверждение прерывания и другие) задается четырехбитным кодом в фазе адреса по сигналу - FRAME.

-FRAME - индикатор фазы адреса (иначе - передача данных).

-DEVSEL - выбор инициатором устройства назначения.

-IRDY - готовность инициатора к обмену данными.

-TRDY - готовность устройства назначения к обмену данными.

-STOP - запрос устройства назначения к инициатору на останов текущей транзакции.

-LOCK - используется для установки, обслуживания и освобождения захвата ресурса на PCI.

-REQ {3:0} - запрос от PCI-устройства на захват шины (для слотов 3:0).

-GNT {3 0} - разрешение мастеру на использование шины.

PAR - общий бит четности для линий AD{31:0} и C/BE{3:0}.

-ParityER - сигнал об ошибке по четности (от устройства, ее обнаружившего).

-RST - сброс всех устройств.

IDSEL - выбор устройства назначения в циклах считывания и записи конфигурации.

-SERR - системная ошибка, активизируется любым устройством PCI и вызывает немаскируемое прерывание процессора (NMI).

-REQ64 - запрос на 64-битный обмен.

-ASK64 - подтверждение 64-битного обмена.

-INTR A,B,C,D - линии запросов прерывания, направляются на доступные линии IRQ BIOS компьютера. Запрос по низкому уровню допускает разделяемое использование линий прерывания.

Clock - сигнал синхронизации на тактовой частоте шины.

Test Clock, -TSTRES, TestDO, TestDI - сигналы для тестирования адаптеров по интерфейсу JTAG (на системной плате обычно не задействованы).

TSTMSLCT - перевод в режим тестирования.

Разъем шины PCI

*12, 13 - ключ для 3,3V

**50,51 - ключ для 5V

Циклы шины
По сигналам C/BE (от C/BE3 до C/BE0) во время фазы передачи адреса определяется тип цикла передачи данных.

Подтверждение прерывания (0000)
Контроллер прерываний автоматически распознает сигнал INTA и реагирует на него передачей вектора прерывания по шине AD.

Специальный цикл (0001)

Чтение порта (0010) и запись в порт (0011)
Порты ввода/вывода на шине PCI могут быть 8 или 16-ти разрядными, хотя собственно стандарт на шину PCI позволяет иметь 32-х разрядное адресное пространство. Это вызвано тем, что на компьютерах с архитектурой Intel x86, адрес порта может иметь не более 16 разрядов. Пока и 16-ти разрядный адрес порта не может быть использован, так как карты на шине ISA могут декодировать только 10 разрядов.

Адресное пространство конфигурации доступно по адресам портов 0x0CF8 (Адрес) и 0x0CFC (Данные), причем адрес должен быть записан первым.

Чтение памяти (0110) и запись в память (0111)

По шинам AD передается адрес двойным словом (четыре байта). Сигналы AD0 и AD1 декодировать не требуется. Истинность данных определяется сигналами C/BE.

Чтение конфигурации (1010) и запись конфигурационных данных (1011)

Эти операции выполняются для конфигурационного пространства PCI карты. Размер области конфигурации составляет 256 байт, причем читать/записывать в нее можно только в 32-х разрядной сетке, т.е. двойными словами. Поэтому AD0 и AD1 должны быть установлены в 0, AD2-7 содержать адрес двойного слова, AD8-10 используются для выбора адресуемого устройства, а оставшиеся шины адреса игнорируются.

Адрес/Бит   32          16   15           0
00          Unit ID        | Manufacturer ID
04          Status         | Command
08          Class Code               | Revision
0C          BIST  | Header | Latency | CLS
10-24            Регистр адреса
28          Резерв
2C          Резерв
30          Базовый адрес ПЗУ устройства
34          Резерв
38          Резерв
3C          MaxLat|MnGNT   | INT-pin | INT-line
40-FF       Используется самим устройством

Примечания:

1. Unit ID - идентификационный номер устройства
2. Manufacturer ID - идентификатор производителя устройства
3. Status - состояние
4. Class Code - код класса устройства
5. BIST - Built-In Self Test - встроенный тест

Множественное чтение памяти (1100)

Это расширение обычного цикла чтения памяти. Используется для чтения больших блоков памяти без кэширования.

Двойной цикл адреса (1101)
Двойной цикл адреса необходим в том случае, если необходимо передать 64-х разрядный адрес в версии PCI с 32-х разрядной адресной сетке. В первом цикле передаются четыре младших байта адреса, затем четыре старших байта. Во втором цикле необходимо также передать команду, определяющую тип устройства, чей адрес выставлен (порт ввода/вывода, память и т.д.). Собственно PCI поддерживает 64 разряда адреса для портов ввода/вывода, но в PC на процессорах архитектуры от Intel такое адресное пространство не поддерживается (не позволяет сам процессор).

Временные диаграммы шины PCI

            ___     ___     ___     ___     ___     ___
CLK     ___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___

        _______                                   _________
FRAME          |_________________________________|

                ______  _______  ______  ______  ______
AD      -------<______><_______><______><______><______>---
                Адрес   Данные1  Данные2 Данные3 Данные4

                ______  _______________________________
C/BE    -------<______><_______________________________>---
                Команда Сигнал разрешения передачи байта

         ____________                                   ___
IRDY                 |_________________________________|

         _____________                                  ___
TRDY                  |________________________________|

         ______________                                 ___
DEVSEL                 |_______________________________|

Цикл передачи данных на PCI, включает 4 фазы передачи данных, без тактов ожидания. Данные передаются по переднему фронту сигнала CLK.

                        [1]              [2]        [3]
          ___     ___     ___     ___     ___     ___     ___     ___
CLK     _|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |___|   |_

        _____                                                  ________
FRAME        |________________________________________________|

                                   A               B           C
              ______           ______________  ______  _____________
AD      -----<______>---------<______________><______><_____________>--
                Адрес              Данные1      Данные2    Данные3

              ______  ______________________________________________
C/BE    -----<______><______________________________________________>--
              Команда   Сигнал разрешения передачи байта

                                                       Ожидание
         __________                                    _____         __
IRDY               |__________________________________|     |_______|

                       Ожидание        Ожидание
         ____________________         ______                         __
TRDY                         |_______|      |_______________________|

         ____________                                                _
DEVSEL               |______________________________________________|

Цикл передачи данных на PCI включает 3 фазы передачи данных с тактами ожидания. Данные передаются по переднему фронту сигнала CLK.

По всем вопросам заходите на конференцию