Взаимодействие устройств

С программной точки зрения устройство PCI может иметь следующие компо­ненты:

♦ конфигурационные регистры, используемые для идентификации и началь­
ного конфигурирования устройства при инициализации системы (для всех
устройств предусмотрен обязательный набор конфигурационных регистров,
остальные регистры могут применяться для текущего управления);

♦ операционные регистры (необязательные), отображенные на пространст­
во памяти или/и ввода-вывода (эти регистры используются для текущего
управления и взаимодействия с устройством);

♦ локальная память (необязательная), отображенная на выделенные области
физических адресов системной памяти;

♦ источники запросов на прерывания;

♦ мастер шины, обеспечивающий прямой доступ к системной памяти (DMA)
и взаимодействие с другими устройствами.

С устройством PCI, когда оно является целевым, можно взаимодействовать не­сколькими способами:

♦ командами обращения к памяти и портам ввода-вывода] эти команды адре­
суются к областям, выделенным устройству при конфигурировании;

♦ командами обращения к конфигурационным регистрам] эти команды адресу­
ются по идентификатору — номеру шины, устройства и функции (компо­
нентам многофункционального устройства PCI);

♦ специальными широковещательными сообщениями, передаваемыми для всех
устройств выбранной шины;

♦ командами пересылки сообщений] команды адресуются по идентификатору
устройства (эта возможность появилась в PCI-X 2.0).

Для обращений к пространству памяти используется 32- или 64-битная адреса­ция, причем разрядность адресации не зависит от разрядности шины. Таким образом, шина позволяет адресовать до 232 (4 Гбайт) или 264 (более 1,8 х 1019) байт памяти. На шине PCI фигурирует физический адрес памяти. Для адреса­ции портов ввода-вывода используется 32-битная адресация; в компьютерах на базе процессоров х86 из них задействована только 16 младших битов. В системе адресации ввода-вывода реализована поддержка особенностей, связанных с ад­ресацией портов в PC-совместимых компьютерах с шиной ISA. Для устройств PCI и PCI-X рекомендуется по возможности избегать использования портов ввода-вывода, отображая операционные регистры устройств на пространство памяти (Memory-Mapped I/O).

Конфигурационные регистры устройств PCI расположены в обособленном про­странстве адресов (отдельном от пространства адресов памяти и ввода-вывода). Каждому устройству (точнее, каждой функции сложного устройства) выделя­ется 256-байтный блок конфигурационных регистров; в спецификации PCI-X 2.0 размер блока увеличен до 4096 байт. Частью этого блока является обяза­тельный набор конфигурационных регистров, с помощью которых осуществля­ются идентификация устройств, их конфигурирование и управление их свой­ствами. В конфигурационных регистрах, в частности, указываются адреса, отведенные устройству (как целевому), — через них разрешается работа в роли инициатора и целевого устройства; кроме того, через них конфигурируются пре­рывания. Конфигурационные регистры обеспечивают возможность автоматиче­ской настройки всех устройств шины PCI. К этим регистрам система обращается на этапе конфигурирования — переучета обнаруженных устройств, выделения им неперекрывющихся ресурсов (областей памяти и пространства ввода-выво­да) и назначения номеров аппаратных прерываний. При дальнейшей регуляр­ной работе взаимодействие прикладного ПО с устройствами осуществляется преимущественно путем обращений по назначенным в процессе конфигуриро­вания адресам памяти и ввода-вывода. Конфигурационные же регистры в регу­лярной работе используются для системных целей: настройки параметров, опи­сывающих поведение устройства на шине, обработки ошибок, идентификации источника прерываний.

Обращения к регистрам и памяти устройств PCI выполняются командами шины PCI. Команды может подавать любой инициатор — как хост (главный мост) по командам центрального процессора, так и рядовое устройство PCI. Возможность распространения ряда команд зависит от взаимного расположе­ния инициатора и целевого устройства на ветвях дерева шин PCI. Однако хост может безусловно подать любую команду любому устройству PCI. Только хост всегда имеет доступ к конфигурационным регистрам всех устройств (и мостов), поэтому он и должен заниматься конфигурированием. После конфигурирова­ния любое устройство PCI может безусловно обратиться к системной памяти, то есть реализовать прямой доступ к памяти (DMA).

Устройства PCI могут вырабатывать запросы аппаратных прерываний:

♦ обычные маскируемые — для сигнализации событий в устройстве; эти пре­
рывания могут сигнализироваться как традиционным способом — по специ­
альным сигнальным линиям, так и передачей сообщений (MSI);

♦ немаскируемые — для сигнализации о серьезных ошибках;

прерывания системного управления (System Management Interrupt, SMI) —
для сигнализации о событиях в системе управления энергопотреблением и некоторых системных целей (например, эмуляции работы стандартного контроллера клавиатуры с помощью устройств USB).

Наиболее эффективно возможности шины PCI используются при применении активных устройств — мастеров шины (PCI Bus Master). Только эти устрой­ства могут обеспечить скорость передачи данных, приближающуюся к деклари­рованной пиковой пропускной способности. Максимальная производительность обменов по шине PCI достигается только в пакетных транзакциях значитель­ной длины. Транзакции по инициативе программы, исполняемой на ЦП, прово­димые главным мостом, как правило, являются одиночными (или очень корот­кими пакетными). По этой причине программно-управляемый обмен данными с устройствами PCI по производительности значительно уступает обмену, вы­полняемому устройством-мастером. Таким образом, применение активных уст­ройств дает двойной эффект: разгружает центральный процессор и обеспечива­ет лучшее использование пропускной способности шины.

Поиск по сайту: