Функции аппаратных интерфейсов
В настоящее время интерфейсы выполняют следующие основные функции
[63]:
Проведение синхронизации интерфейса, используя синхронный или асинхронный принципы.
Передачу информации между источником и приемником с помощью операций чтения и записи.
Арбитраж активных устройств на шине и селекция ПУ при вводевыводе в режимах прямого доступа к памяти и прерываний.
Контроль передачи информации и функционирования самой шины и устройств на ней.
Преобразование информации из параллельного в последовательное представление и обратно.
Поддержку режима автоконфигурации.
Управление питанием компьютера.
Поддержку режима горячего подключения ПУ к системному блоку.
Функция синхронизации
Синхронизация является той функцией, которая определяет скорость и надежность передачи информации. Функция синхронизации реализуется либо по синхронному, либо по асинхронному принципу, используя аппаратные или программные средства. При аппаратной синхронизации она осуществляется с помощью специальных сигналов синхронизации (синхронизирующих импульсов, сигналов стробирования). Программная синхронизация использует специальные маркеры и метки, представляющие собой либо коды синхронизации, либо пакеты-маркеры, содержащие соответствующую информацию.
Функция передачи информации
Передача информации осуществляется в режиме программно управляемого ввода-вывода или прямого доступа к памяти.
Передача информации между источником и приемником выполняется в виде циклов (команд) шины. Обычно используется четыре типа циклов обмена: циклы памяти, циклы ввода-вывода, циклы прямого доступа к памяти и цикла автоконфигурации. Управление передачей осуществляет активное устройство.
В процессорах с архитектурой x86 (Intel) активное устройство совместно с адресом выдает команду обмена данными. Эти команды различают пространства памяти, ввода-вывода и автоконфигурации. Инструкции вводавывода процессора порождают шинные циклы обмена, в которых вырабатываются сигналы IORD (Input-Output read, чтение порта) и IOWR (Input-Output write, запись в порт), которые отличают пространства вводавывода от пространства памяти, где вырабатывают соответствующие сигналы чтения и записи MEMRD (Memory Read, чтение памяти) и MEMWR (Memory Write, запись в память). В цикле обмена участвуют сигналы стробирования и квитирования. В случае кодирования команд в виде сигналов на линиях RD (Read) и WR (Write), они являются многофункциональными и обычно указывают направление передачи, адресное пространство и выполняют функции стробирования.
Перед передачей данных активное устройство указывает номера байт, передаваемых в цикле обмена, с помощью специальных сигналов и кодов.
Сигналы IORD, MEMWR и IOWR, MEMRD вырабатываются и в циклах прямого доступа к памяти. В этом случае активным является контроллер прямого доступа к памяти (КПДП), он выдает на шину адрес памяти, к которой производится доступ, а адрес порта не выдается.
Функции арбитража и селекции
Функции арбитража и селекции используются для выбора устройств с наибольшим приоритетом и предоставления им прав работать на шине. Эти функции обслуживают режим работы на шине нескольких активных устройств и ввод-вывод в режиме прерываний и прямого доступа к памяти.
Функция селекции при вводе-выводе в режиме прерываний включает также процесс идентификации периферийного устройства, получившего право работать с активным устройством.
Если на магистрали несколько устройств и они должны делить общие ресурсы, то надо решить задачу арбитража.
Виды арбитража: централизованный и децентрализованный [63].
Таблица 1. Централизованный арбитраж.
Схема 1 |
Схема 2 |
Схема 3 |
Арбитр анализирует индивидуальные линии запросов Зп.1..Зп.n и посылает сигнал Подтв. i с учетом приписанных устройствам приоритетов. |
Сигнал «Подтверждение» последовательно переходит по всем устройствам. |
Арбитр опрашивает устройства в соответствии с приоритетами. Для опроса готовности устройства используется вспомогательная линия или шина. |
|
|
|
Таблица 2. Децентрализованный арбитраж.
Схема 1 |
Схема 2 |
Сигнал «Запрос», сформированный схемой ИЛИ из индивидуальных линий «Запрос», подается входным сигналом «Подтверждение» последовательно на Устройство1 и последующие Устройства, если предыдущему Устройству информационный канал не нужен. |
Используется одна линия, определяющая состояние занятости информационного канала, по перемещению в линии маркерного импульса или серии импульсов. Устройство, запрашивающее информационный канал, не пропускает маркер к следующему Устройству. |
|
|
В архитектуре процессоров x86 арбитраж реализуется с помощью специальных схем арбитра в главном мосту или с помощью котроллеров прямого доступа к памяти, построенных на микросхемах типа i8237A, имеющих 4 линии запросов ПДП. Функция селекции использует контроллеры прерываний типа i8259A с 8 линиями запросов прерывания (IRQi).
Функция контроля
Эта функция используется для контроля передачи адреса и данных, контроля выдачи сигналов обратной связи (квитирования) и улучшения ремонтопригодности компьютера при локализации неисправностей.
При параллельной передаче адрес и данные контролируются методом проверки на четность (нечетность) ЕСС, для чего вводится специальная линия контрольного разряда.
При последовательной передаче, как правило, используется избыточные циклические коды (метод CRC) и каждый блок данных сопровождается контрольным кодом.
Контроль выполнения циклов на шине осуществляется методом тайм-аут. При этом методе для каждого контролируемого цикла задается максимально возможное время длительности цикла, если цикл не завершается за это время, выдается сигнал ошибки.
Для проведения диагностики работоспособности устройств в интерфейсах используется специальная последовательная шина JTAG, предназначенная для тестирования PCI-устройств с помощью встроенного порта ТАР (Test Access
Port).
Функция преобразования информации
В компьютерах используются одновременно и параллельные, и последовательные интерфейсы, кроме того, применяются ПУ с последовательной записью и считыванием информации на носителе. Все это приводит к необходимости при передаче информации производить преобразование последовательного ее представления в параллельное и наоборот. Эти функции реализуются в соответствующих контроллерах вводавывода.
Функция автоконфигурации
Эта функция в интерфейсе реализуется специальными операциями конфигурационного чтения и записи (Configuration Read and Write), сигналами выбора устройств при конфигурации и выделенным адресным пространством автоконфигурации. Сигналы выбора являются индивидуальными для каждого устройства. С их помощью производится последовательная выборка устройств шины, подлежащих автоконфигурации. Конфигурируемые устройства сообщают блоку автоконфигурации о потребностях в ресурсах и возможных диапазонах памяти, эти данные хранятся в регистрах автоконфигурации. После распределения ресурсов, выполняемого программой конфигурирования, в устройство передаются параметры конфигурирования, которые записываются в пространство памяти автоконфигурации, расположенной в самих устройствах.
ПУ, использующие автоконфигурацию, должны иметь соответствующие средства для проведения этих процедур.
Функция управлением питанием (Power Management)
В настоящее время многие компьютеры круглосуточно включены и работают. Поэтому в интерфейсах вводят специальные функции управления электропотреблением, работающие в компьютерах общего назначения в соответствии со спецификациями ACPI и PC97. В микропроцессорной технике для специализированных применений есть аппаратные и программные решения по управлению питанием, энергопотреблением.
Функция горячего подключения ПУ
Эта функция позволяет отключать и подключать ПУ без остановки компьютера. При этом происходит автоконфигурирование включенного устройства без участия оператора.