Шины PCI, USB и FireWire

Гук Михаил Юрьевич

По аппаратному сбросу MSI запрещен; его можно разрешить программно установкой бита MSI Enable (после программирования адреса и шаблона сообщения), и тогда генерация прерываний по линиям INTx# запрещается. Самая «богатая» прерываниями функция (для которой Multiple Message Enable = 101) при записи сообщения идентифицирует конкретное условие прерывания (одно из 32 возможных) по линиям AD[4:0].

Отметим, что быстрая посылка подряд двух и более одинаковых сообщений может быть воспринята системой как одно прерывание (из-за низкой реактивности). Если требуется обработка каждого из них, обработчик должен обеспечивать уведомление устройства, а оно не должно посылать следующее сообщение до получения

уведомления, чтобы прерывания не терялись. Различающиеся сообщения друг другу не мешают.

Прерывания через MSI позволяют избежать бед разделяемости, обусловленной дефицитом линий запросов прерывания в PC. Кроме того, они решают проблему целостности данных: все данные, записываемые устройством до посылки MSI, дойдут до получателя гарантированно раньше начала обработки MSI. Прерывания через MSI от одних устройств в одной системе могут использоваться наряду с обычными INTx# от других устройств. Но каждое устройство (функция), использующее MSI, не должно использовать прерывания через линии INTx#.

Механизм MSI может использоваться на системных платах, имеющих «продвинутый» контроллер прерываний APIC. Правда, конкретная реализация поддержки MSI может потенциальные возможности облегчения идентификации большого числа запросов прерывания свести лишь к увеличению числа доступных запросов прерываний (и используемых ими векторов). Так, например, для системных плат на чипсетах с хабом ICH2 и ICH3 фирмы Intel поддержка MSI сводится к организации альтернативных путей подачи запросов IRQ[1:23] на входы APIC (запросы IRQ с номерами 0, 2, 8 и 13 через MSI не передаются). Всем устройствам PCI назначается один и тот же адрес сообщений (Message Address = FEC00020h), по которому в APIC находится регистр IRQ Pin assertion. В сообщении используются лишь младшие 5 бит, в которых указывается номер взводимого запроса прерывания в диапазоне 1-23 (исключая 2, 8 и 13). Линии запросов, используемые в MSI, программируются на чувствительность к перепаду (сообщения имитируют только фронт сигнала). По этой причине прерывания с номерами, используемыми в MSI, не могут использоваться совместно (разделяемо) с прерываниями, полученными другими способами (по линиям запросов от устройств PCI и от других устройств системной платы). Возможно, что в других платформах прерывания через MSI используются более эффективно.

ГЛАВА 4
Мосты PCI и PCI–X

Мосты PCI (PCIBridge) – специальные аппаратные средства соединения шин PCI (и PCI–X) между собой и с другими шинами. Главный мост (Host Bridge) используется для подключения PCI к центру компьютера (системной памяти и процессору). «Почетной обязанностью» главного моста является генерация обращений к конфигурационному пространству под управлением центрального процессора, что позволяет хосту (центральному процессору) выполнять конфигурирование всей подсистемы шин PCI. В системе может быть и несколько главных мостов, что позволяет предоставить высокопроизводительную связь с центром большему числу устройств (число устройств на одной шине ограниченно). Из этих шин одна назначается условно главной (bus 0).

Равноранговые мосты PCI (Peer-to-Peer Bridge) используются для подключения дополнительных шин PCI. Эти мосты всегда вносят дополнительные накладные расходы на передачу данных, так что эффективная производительность при обмене устройства с центром снижается с каждым встающим на пути мостом.

Для подключения шин PCMCIA, CardBus, MCA, ISA/EISA, X-Bus и LPC используются специальные мосты, входящие в чипсеты системных плат или же являющиеся отдельными устройствами PCI (микросхемами). Эти мосты выполняют преобразование интерфейсов соединяемых ими шин, синхронизацию и буферизацию обменов данных.

Каждый мост программируется – ему указываются диапазоны адресов в пространствах памяти и ввода-вывода, отведенные устройствам

его шин. Если адрес ЦУ текущей транзакции на одной шине (стороне) моста относится к шине противоположной стороны, мост транслирует транзакцию на соответствующую шину и обеспечивает согласование протоколов шин. Таким образом, совокупность мостов PCI выполняет маршрутизацию (routing) обращений по связанным шинам. Если в системе имеется несколько главных мостов, то сквозная маршрутизация между устройствами разных шин может оказаться невозможной: главные мосты друг с другом могут оказаться связанными лишь через магистральные пути контроллера памяти. Поддержка трансляции всех типов транзакций PCI через главные мосты в этом случае оказывается чересчур сложной, а потому спецификацией PCI строго и не требуется. Таким образом, все активные устройства всех шин PCI могут обращаться к системной памяти, но возможность равнорангового общения может оказаться в зависимости от принадлежности этих устройств той или иной шине PCI.

Применение мостов PCI предоставляет такие возможности, как:

• увеличение возможного числа подключенных устройств, преодолевая ограничения электрических спецификаций шины;

 

• разделение устройств PCI на сегменты – шины PCI – с различными характеристиками разрядности (32/64 бит), тактовой частоты (33/66/100/133 МГц), протокола (PCI, PCI–X Mode 1, PCI–X Mode 2, PCI Express). На каждой шине все абоненты равняются на самого слабого участника; правильная расстановка устройств по шинам позволяет с максимальной эффективностью использовать возможности устройств и системной платы;

• организация сегментов с «горячим» подключением/отключением устройств;

• организация одновременного параллельного выполнения транзакций от инициаторов, расположенных на разных шинах.

Каждый мост PCI соединяет только две шины: первичную (primary bus), находящуюся ближе к вершине иерархии, с вторичной (secondary bus); интерфейсы моста, которыми он связан с этими шинами, называются соответственно первичным и вторичным. Допускается только чисто древовидная конфигурация, то есть две шины соединяются друг с другом лишь одним мостом и нет «петель» из мостов. Шины, подсоединяемые ко вторичному интерфейсу данного моста другими мостами, называются подчиненными (subordinated bus). Мосты PCI образуют иерархию шин PCI, на вершине которой находится главная шина с нулевым номером, подключенная к главному мосту. Если главных мостов несколько, то из их шин (равных друг другу по рангу) условно главной будет шина, которой назначен нулевой номер.

Мост должен выполнять ряд обязательных функций:

 обслуживать шину, подключенную к его вторичному интерфейсу:

• выполнять арбитраж – прием сигналов запроса REQx# от ведущих устройств шины и предоставление им права на управление шиной сигналами GNTx#;

• парковать шину – подавать сигнал GNTx# какому-то устройству, когда управление шиной не требуется ни одному из задатчиков;

• генерировать конфигурационные циклы типа 0 с формированием индивидуальных сигналов IDSEL к адресуемому устройству PCI;

• «подтягивать» управляющие сигналы к высокому уровню;

• определять возможности подключенных устройств и выбирать удовлетворяющий их режим работы шины (частота, разрядность, протокол);

• формировать аппаратный сброс (RST#) по сбросу от первичного интерфейса и по команде, сообщая о выбранном режиме специальной сигнализацией (см. главу 6).

 поддерживать карты ресурсов, находящихся по разные стороны моста;

 отвечать под видом целевого устройства на транзакции, инициированные мастером на одном интерфейсе и адресованные к ресурсу, находящемся со стороны другого интерфейса; транслировать эти транзакции на другой интерфейс, выступая в роли ведущего устройства (мастера), и передавать их результаты истинному инициатору.