ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ PCI - ШИНЫ PCI ( P eripheral C omponent I nterconnect bus)-шина – шина, применяемая для подсоединения периферийных устройств. Шина PCI - первая шина в архитектуре IBM PC, которая не привязана к этой архитектуре. Она является процессорно-независимой и применяется, например, в компьютерах Macintosh. Массовое применение получила в комплексе с Pentium-системами, но возможно её использование и с 486 процессорами Имеет следующие основные характеристики: Частота шины колеблется в пределах от 20 до 33 МГц Теоретически максимальная скорость 132/264 Мбайт/с для 32/64 бит. Частота на шине PCI в современных материнских платах задается как 1/2 входной частоты процессора. Таким образом, при частоте 66 MHz на PCI-шине 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, причём 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. Автоконфигурирование устройств - выбор запросов прерывания каналов DMA - поддерживается средствами BIOS материнской платы по образу и подобию стандарта Plug & Play. Поддержка "горячей" замены PCI устройств, называемой в стандарте как PCI Hot-Plug, позволяет добавлять/изымать PCI платы без выключения компьютера, что особенно необходимо для серверных платформ. В стандарте PCI для каждого слота определено конфигурационное пространство размером до 256 восьмибитных регистров. Это пространство не приписано 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, которые расположены в его пространстве ввода-вывода. Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) имеет возможность подключения к нескольким каналам PCI. Тем самым обеспечивается возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI На PCI определены два основных вида устройств - инициатор (задатчик) - устройство, получившее от арбитра шины разрешение на её захват, и устройство назначения - цель (target), с которым инициатор выполняет цикл обмена данными. В отличие от остальных шин, компоненты расположены на левой поверхности плат PCI-адаптеров, поэтому крайний PCI-слот обычно разделяет использование посадочного места с соседним ISA-слотом (Shared slot). Вообще, слот PCI способен обеспечить подключение любого контроллера на системной плате; он может сосуществовать с любой из других шин ввода-вывода. Система управления энергопотреблением для устройств на шине PCI позволяет управлять энергопотреблением как для внешних PCI плат, так и для встроенных на материнской плате устройств. Механизм управления подстроен под стандарт ACPI для облегчения управления энергопотреблением PCI устройств со стороны операционной системы Основные модификации PCI-шин Существует две основные модификации PCI-шин: PCI-X Compact PCI Рассмотрим каждую из них в отдельности 1.PCI-X Официальный взгляд Intel на PCI-X выглядит так: PCI-X хорошая шина, но жизнь ее будет недолговечной. Такая позиция связана с тем, что в то время Intel активно вела разработку собственной шины NGIO, которая должна была, согласно мнениям специалистов из Intel, обойти PCI-X по переспективности и производительности. Тем не менее летом 1999 года консорциум SIG по PCI принял спецификацию принципиально нового варианта шины PCI - PCI-X, обладающую превосходными техническими параметрами Время покажет, кто победит, но очевидно, что только при поддержке PCI-X Intel в своих chipset она может найти широкое распространение, ведь до настоящего времени практически все интерфейсы, разрабатываемые Intel (AGP,PCI, USB) принимались компьютерной индустрией. В то же время активное участие таких крупных компаний как IBM, Compaq, Hewlett-Packard в разработке PCI-X дает новой шине существенные шансы на успех Основные отличия PCI-X от PCI: тактовая частота шины до 133 MHz использование различных слотов для разных скоростей обмена данными; стандарт предусматривает 1 слот с частотой 133 MHz, 2 слота на 100 MHz, остальные слоты могут использоваться на частоты 33 и 66 MHz. значительно уменьшен временной отрезок, выделяемый на операции в PCI-X (все времена в наносекундах). Параметр 133 MHz PCI-X 100 MHz PCI-X 66 MHz PCI-X 66 MHz обычная PCI 33 MHz обычная PCI
Tval (max) 3.8 3.8 3.8 6 11
Tprop 2.0 4.5 9.5 5 10
Tskew 0.5 0.5 0.5 1 2
Tsu 1.2 1.2 1.2 3 7
Tcyc 7.5 10 15 15 30
Thold 0 0 0 1 2
Основные функциональные отличия представлены в таблице: Возможности PCI AGP1.0 AGP2.0 PCI-X
Максимальная скорость обмена, MBytes/s 533 533 1064 1064
Допустимость нескольких слотов Да Нет Нет Да
Иерархическая топология Да Нет Нет Да
Некогерентные транзакции Нет Да Да Да
Идентификатор устройства и шины (позволяет оптимизировать параметры обмена) Нет Нет Нет Да
Примечания: DDR - Double Data Rate - удвоенная скорость обмена данными QDR - Quad Data Rate - учетверенная скорость обмена данными 2.Шина Compact PCI (cPCI) Разработана на основе спецификации PCI версии 2.1. Основное отличие от обычной PCI - большое количество поддерживаемых слотов для одной шины: 8 против 4. В связи с этим появились новые 4 пары сигналов запросов и предоставления управления шиной Основные характеристики: поддерживает 32-битные и 64-битные обмены (с индивидуальным разрешением байт). при частоте шины 33 МГц максимальная пропускная способность составляет 133 Мб/с для 32 бит и 266 Мб/с для 64 бит (в середине пакетного цикла). возможна работа на частоте 66 МГц, при этом производительность удваивается. - поддерживает спецификацию PnP: в ней работают все механизмы идентификации и автоконфигурирования, имеющиеся в PCI в шине возможно применение географической адресации, при которой адрес модуля, на который он отзывается при программном обращении, определяется его положением в каркасе. Для этого на коннекторе J1 имеются контакты GA0...GA4, коммутацией которых на "землю" для каждого слота может быть задан его двоичный адрес. Географическая адресация позволяет переставлять однотипные модули, не заботясь о конфигурировании их адресов. Это хорошая альтернатива системе PnP - здесь модуль "встанет" всегда в одни и те же адреса, которые без физического вмешательства ничем не собъются). Внешне платы Compact PCI представляют собой еврокарты высотой 3U (100 x 160 мм) с одним коннектором или 6U (233 x 160 мм) с двумя коннекторами. Коннекторы - 7-рядные штырьковые разъемы с шагом 2 мм между контактами, на кросс-плате - вилка, на модулях - розетки. Контакты коннекторов имеют разную длину: более длинные контакты цепей питания при установке модуля соединяются раньше, а при вынимании разъединяются позже, чем сигнальные. Такое решение закладывает основу для реализации возможности "горячей" замены модулей. Собственно шина использует только один коннектор (J1), причем в 32-битном варианте не полностью - часть контактов выделяются на использование по усмотрению пользователя. 64-битная шина использует коннектор полностью. Одно посадочное место на кросс-плате резервируется под контроллер шины, на который возлагаются функции арбитража и синхронизации. На его коннекторе шиной используется большее число контактов, чем на остальных. У больших плат коннектор J2 отдается на использование по усмотрению пользователя (разработчика), а между коннекторами J1 и J2 может устанавливаться 95-контактный коннектор J3. Конструкция коннекторов позволяет для J2 применять специфические модификации, в которых может, например, присутствовать разделяющий экран и механические ключи. В шине предусматривается наличие независимых источников питания +5 В, +3.3 В и +/-12 В 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 ус
