Организация шин PCI и PCI-X

PCI и PCI-X — синхронные параллельные шины расширения ввода-вывода, обеспечивающие надежный высокопроизводительный обмен и автоматическое конфигурирование устройств. Шины PCI и PCI-X являются ближайшими «род­ственниками» с полной взаимной совместимостью устройств. Большинство положений, относящихся к PCI, относится и к PCI-X, так что в дальнейшем описании термин «PCI» в основном относится к обоим вариантам (различия подчеркиваются особо).

Шина PCI позволяет объединять одноранговые устройства. Любое устройство шины может выступать как в роли инициатора транзакций (задатчика), так и в роли целевого устройства. Целевое устройство отвечает на транзакции, адресо­ванные к его ресурсам (областям памяти и портам ввода-вывода). Ядро компью­тера (центральный процессор и память) для шины PCI также представляется устройством — главным мостом (host bridge). В транзакциях к устройствам PCI, инициированных центральным процессором, главный мост является задатчиком. В транзакциях от устройств PCI, обращающихся к ядру (к системной памяти), главный мост является целевым устройством. Право на управление шиной в любой момент времени дается лишь одному устройству данной шины; арбитраж запросов на управление шиной осуществляется централизованным способом. Арбитр, как правило, является частью моста.

Наличие активных устройств (помимо ЦП) позволяет в компьютере выполнять параллельно несколько операций обмена: одновременно с обращениями про­цессора могут выполняться транзакции от мастеров шины PCI. Эта параллель­ность — PCI Concurrency — возможна лишь для обменов по непересекающимся путям. Одновременный доступ нескольких инициаторов к одному ресурсу (как правило, к системной памяти) требует довольно сложной организации кон­троллера этого ресурса, но ради повышения суммарной эффективности работы на эти усложнения приходится идти. В системе с несколькими шинами PCI возможно параллельное функционирование устройств-мастеров на разных ши­нах — PCI Peer Concurrency. Однако если они обращаются к одному ресурсу (системной памяти), то какие-то фазы этих обменов все-таки приходится вы­полнять последовательно.

Каждая физическая шина PCI позволяет объединять лишь небольшое число устройств (обычно не более шести). Для увеличения числа подключаемых уст­ройств применяют мосты PCI (PCI-to-PCI Bridge) — устройства PCI с парой интерфейсов, которыми шины объединяются в древовидную структуру. В кор­не этой структуры находится хост — «хозяин шины», в обязанности которого входит конфигурирование всех устройств, включая мосты. В роли хоста, как правило, выступает центральный процессор с главным мостом. Мосты позволя­ют объединять шины PCI и PCI-X с разными характеристиками, а также под­ключать к PCI/PCI-X иные шины: (E)ISA, MCA, шины блокнотных ПК, PCI Express, Hyper Transport и др.

Шина PCI/PCI-X имеет несколько вариантов конструктивного оформления, некоторые из них при наличии специального контроллера допускают «горя­чую» замену устройств:

♦ шина объединения компонентов на печатной плате (системной плате или кар­
те расширения);

♦ слотовые разъемы для установки карт расширения (в конструктивах PC
и МСА);

♦ разъемы для малогабаритных карт расширения (Card Bus, Small PCI, Mini
PCI);

♦ модульные конструктивы для промышленных и инструментальных компью­
теров (CompactPCI, PXI).

Важной частью шины PCI является система автоматического конфигурирова­ния; конфигурирование выполняется каждый раз при включении питания и инициализации системы. Специальное конфигурационное ПО позволяет об­наружить и идентифицировать все установленные устройства, а также выяс­нить их потребности в ресурсах (областях памяти, адресах ввода-вывода, пре­рываниях). Спецификация PCI требует от устройств способности перемещать все занимаемые ресурсы (области в пространстве памяти и ввода-вывода) в пре­делах доступного адресного пространства. Это позволяет обеспечить бескон­фликтное распределение ресурсов для множества устройств. Одно и то же функциональное устройство может быть сконфигурировано по-разному, ото­бражая свои операционные регистры либо на пространство памяти, либо на пространство адресов ввода-вывода. Драйвер может определить текущую на­стройку, прочитав содержимое регистра базового адреса устройства. Драйвер также может определить номер запроса на прерывание, который используется устройством. Для конфигурирования устройств существует специальный набор функций PCI BIOS.

Поиск по сайту: