Вопрос 11

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) - шина соединения периферийных компонентов, являющаяся мостом между системной шиной процессора и шиной ввода-вывода ISA. В каждом обмене по шине (транзакции) участвуют два устройства - инициатор обмена (ведущий шины) и целевое устройство (ведомый шины). Шина ISA (Industry Standard Architecture) - шина расширения, ставшая промышленным стандартом. Она обеспечивает возможность отображения 8- и 16-разрядных регистров на пространство ввода-вывода и памяти. Абоненты шины могут использовать три 8-битных канала DMA, а на 16-битной шине доступны еще три 16-разрядных канала. Канал DMA используется для обеспечения арбитража управления шиной, а адаптер Bus-Master формирует все адресные и управляющие сигналы шины. Общие сведения. Системный контроллер ввода-вывода W83С553F/W83С554F с PCI арбитром (W83С554F полностью аналогичен W83С553F, но поддерживает режим UltraDMA, поэтому в дальнейшем речь пойдет об обеих микросхемах) предназначен для использования с микроконтроллерами семейства х86 или PowerPC в любой системе с шиной PCI. Эта микросхема поддерживает все реализации главного (CPU) моста, совместимые с протоколом PCI 2.1, и обеспечивает прямое сопряжение шин PCI и ISA, включая два канала IDE с поддержкой до четырех внешних устройств. W83С553F является универсальным устройством PCI, которое можно использовать для построения различных видов CPU-PCI моста. Данная ИС имеет 32-разрядную ISA DMA адресацию (что предпочтительнее, чем 24-разрядная) для упрощения применения в устройствах с рекомпилированными версиями 32-разрядных операционных систем (Windows NT, PowerPC, Alpha или иные на базе RISC-процессоров). В состав контроллера W83С553F входят два семиканальных 32-разрядных контроллера DMA 82С37А, поддерживающих быструю DMA передачу данных от ISA шины на изолированную шину PCI через 4 байтный линейный буфер. Оба этих контроллера способны выполнять передачу с "разбросанной" записью/чтением со сбором данных из нескольких блоков памяти. Cистемный контроллер ввода-вывода обеспечивает мост между шиной PCI и шиной расширения ISA. Кроме этого, он имеет встроенный ведущий IDE контроллер для шины PCI, арбитр шины PCI (который может быть отключен в случае необходимости) и множество функций ввода-вывода для современных систем на базе ISA. В состав W83С553F входит также блок логики полного интерфейса PCI (инициатор и целевое устройство) и интерфейса ISA (ведущий и ведомый). Наличие арбитража PCI и ISA, контроллера прерываний на 14 уровней, 16-разрядного BIOS таймера, трех программируемых счетчиков-таймеров, логики управления немаскируемого прерывания и регистра управления питанием при сбойных ситуациях позволяет говорить о контроллере W83С553F как о мощном аппаратном средстве. Встроенный контроллер двунаправленного порта PCI IDE обеспечивает высокую скорость передачи данных между IDE устройствами и PCI шиной. Каждое из четырех устройств IDE имеет свои программируемые регистры для выбора скорости конвейерной передачи данных (16 и 32 разряда), систему опережающего чтения и задержки записи. Наличие большого буфера DMA FIFO (64 байта) позволяет избавиться от необходимости введения состояния ожидания при передаче данных через шину PCI. Ведущий шины IDE устройств значительно повышает общую производительность системы с PCI конфигурацией со многими инициаторами обмена за счет резкого снижения использования центрального процессора при обращении к жесткому диску или к CD-ROM. При частоте шины 33 МГц может быть обеспечена пакетная передача данных со скоростью 132 Мбайт/с на шине PCI. В качестве ядра системного контроллера ввода-вывода W83С553F использовано оригинальное ядро Sonata контроллера W83789F с некоторыми изменениями в маршрутизации прерываний. Рассматриваемая ИС полностью совместима с адаптером Bus-Master фирмы Intel и спецификацией SFF8038i. Поддержка BIOS обеспечивается ПО всех ведущих компаний. Структурная схема контроллера W83С553F приведена на рис. 1.

Архитектура системы. Контроллер W83С553F представляет собой многофункциональное PCI устройство: "функция 0" - мост PCI-ISA; "функция 1" - IDE контроллер ведущего шины. Каждая из функций имеет свою собственную область конфигурации PCI и область регистров ввода-вывода. Шинная иерархия контроллера W83С553F обеспечивает параллельное выполнение операций на всех шинах одновременно и структурирована следующим образом: · шина PCI - первичная шина ввода-вывода; · шина ISA - вторичная шина ввода-вывода. Контроллер принимает циклы (адреса и данных) от шины PCI и преобразует их на шину ISA. Он также запрашивает PCI мост ведущего для формирования PCI циклов по запросу IDE DMA устройства или ведущего шины ISA. Таким образом, интерфейс шины ISA содержит контроллер стандартной шины ISA и схему буферизации данных. Управление ISA шиной обеспечивает формирование команд ISA, восстановление при сбое ввода-вывода, введение тактов ожидания и маршрутизацию данных в буфере. Дополнительно возможна поддержка пяти слотов ISA без схемы внешней буферизации. W83С553F инициализирует и выполняет регенерацию стандартной ISA шины. Формирование команды и адреса регенерации шины ISA выполняет встроенный контроллер. Поскольку регенерация ISA шины "прозрачна" для шины PCI и цикла DMA, то арбитр моста разрешает любые конфликты между шиной PCI, регенерацией и циклами DMA. Передача данных устройств IDE выполняется по двум специальным протоколам. Стандартный протокол - выполнение PIO циклов на PCI шине и IDE интерфейсах. Расширенный протокол позволяет W83С553F передавать данные через шину PCI (как ведущего шины) в/из памяти и через IDE интерфейсы с циклами DMA (единичными или многословными). Этот протокол снижает загрузку процессора при одновременном увеличении пропускной способности шины PCI. Все передачи данных по протоколу IDE PIO (8-, 16- или 32-разрядная) автоматически определяются и поддерживаются. Для любого отдельного прибора при операциях чтения ввода-вывода возможен режим опережающего чтения. Как следствие этого, контроллер может выполнять дополнительные IDE циклы чтения, в то время как процессор завершает предыдущий цикл записи в память. Аналогично для каждого прибора возможен режим задержанной записи, который позволяет IDE контроллеру завершать текущий цикл записи при выполнении процессором следующей операции чтения системной памяти. Все это значительно повышает производительность дисковой подсистемы при одновременном снижении загрузки системы. Поддержка передачи данных/команд выполняется в соответствии со спецификацией "Programming Interface for Bus Master IDE Controller" ред.1.0 (SFF8038i). Как следствие, системному процессору нет необходимости заниматься передачей данных между контроллером IDE и системной памятью (что требуется при использовании стандартного протокола PIO). Кстати, при многозадачном режиме процессор может заниматься другими задачами (при этом производительность шины PCI будет максимальной), а передачей данных займется W83С553F (W83С554F). Активное состояние. В активном состоянии W83С553F (W83С554F) контролирует все такты на шине PCI и реагирует на циклы конфигурации и ввода-вывода, причем для конфигурирования необходима непосредственная адресация, а для ввода-вывода используются данные из внутренних регистров конфигурации. Циклы ввода-вывода используются для передачи команды/состояния и данных к/от IDE устройств в соответствии с данными в регистрах ведущего шины. Одной из особенностей системного контроллера фирмы Winbond является наличие четырех каналов передачи данных (таблица 1). Первый канал - функции синхронизации и управления для 8-разрядных циклов ввода-вывода IDE устройств, второй - такие же функции, но для 16- и 32-разрядных циклов ввода-вывода и используемые для передачи данных по PIO протоколу. Третий канал передачи данных используется для доступа к внутренним регистрам конфигурации и ведущего шины IDE прибора. Последний путь - протокол передачи данных ведущего шины. Помимо этих каналов блок логики разделяет 8-разрядные и 16/32-разрядные циклы. Для управления IDE интерфейсом и синхронизации, а также для управления упаковкой и распаковкой данных при обмене между буфером IDE и буфером PCI.