PCI & CompactPCI

PCI (Peripheral Component Interconnect bus) - шина для подсоединения периферийных устройств. Стала массово применяться для Pentium-систем, но используется и с 486 процессорами. Частота шины от 20 до 33 МГц, теоретически максимальная скорость 132/264 Мбайт/с для 32/64 бит. В современных материнских платах частота на шине PCI задается как 1/2 входной частоты процессора, т.е при частоте 66 MHz на PCI будет 33 MHz, при 75 MHz - 37.5 MHz.

Имеет версии с питанием 5V, 3.3V и универсальную (с переключением линий +VI/O c 5V на 3,3V). Ключами являются пропущенные ряды контактов 12, 13 и 50, 51. Для слота с питанием 5V ключ расположен на месте контактов 50, 51, для 3,3 В - 12, 13, а для универсального - два ключа: 12, 13 и 50,51. 32-битный слот заканчивается контактами А62/В62, 64-битный - А94/В94.

Слот PCI самодостаточен для подключения любого контроллера на системной плате может сосуществовать с любой из других шин ввода-вывода.

Шина PCI - первая шина в архитектуре IBM PC, которая не привязана к этой архитектуре. Она является процессорно-независимой и применяется, например, в компьютерах Macintosh.

В отличие от остальных шин, компоненты расположены на левой поверхности плат PCI-адаптеров. По этой причине крайний PCI-слот обычно разделяет использование посадочного места с соседним ISA-слотом (Shared slot).

Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) может быть подключен к нескольким каналам PCI, обеспечивая возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI.

Автоконфигурирование устройств (выбор запросов прерывания, каналов DMA) поддерживается средствами BIOS материнской платы по образу и подобию стандарта Plug & Play.

Стандарт PCI определяет для каждого слота конфигурационное пространство размером до 256 восьмибитных регистров, не приписанных ни к пространству памяти, ни к пространству ввода-вывода. Доступ к ним осуществляется по специальным циклам шины Configuration Read и Configuration Write, вырабатываемым контроллером при обращении процессора к регистрам контроллера шины PCI, расположенным в его пространстве ввода-вывода.

На PCI определены два основных вида устройств - инициатор (по ГОСТ - задатчик), т.е. устройство, получившее от арбитра шины разрешение на захват ее и устройство назначения, цель (target) с которым инициатор выполняет цикл обмена данными.

Поддержка "горячей" замены PCI устройств, называемой в стандарте как PCI Hot-Plug. Ввод этой функции позволит добавлять/изымать PCI платы без выключения компьютера. Такая возможность особенно необходима для серверных платформ

Система управления энергопотреблением для устройств на шине PCI. Позволяет управлять энергопотреблением как для внешних PCI плат так и для встроенных на материнской плате устройств. Механизм управления подстроен под стандарт ACPI для облегчения управления энергопотреблением PCI устройств со стороны операционной системы.

Дополнены и переработаны требования к конструктивной реализации PCI плат.

Сигналы шины PCI

Знак - (минус) перед названием сигнала означает, что активный уровень этого сигнала логический ноль, обозначение {XX:0} означает группу сигналов с номерами от 0 до XX.

AD{31:0} - мультиплексированная шина адреса/данных. Адрес передается по сигналу - FRAME, в последующих тактах передаются данные.

-C/ BE{3:0} - команда/разрешение обращения к байтам. Команда, определяющая тип очередного цикла шины (чтение-запись памяти, ввода/вывода или чтение/запись конфигурации, подтверждение прерывания и другие) задается четырехбитным кодом в фазе адреса по сигналу - FRAME.

-FRAME - индикатор фазы адреса (иначе - передача данных).

-DEVSEL - выбор инициатором устройства назначения.

-IRDY - готовность инициатора к обмену данными.

-TRDY - готовность устройства назначения к обмену данными.

-STOP - запрос устройства назначения к инициатору на останов текущей транзакции.

-LOCK - используется для установки, обслуживания и освобождения захвата ресурса на PCI.

-REQ {3:0} - запрос от PCI-устройства на захват шины (для слотов 3:0).

-GNT {3 0} - разрешение мастеру на использование шины.

PAR - общий бит четности для линий AD{31:0} и C/BE{3:0}.

-ParityER - сигнал об ошибке по четности (от устройства, ее обнаружившего).

-RST - сброс всех устройств.

IDSEL - выбор устройства назначения в циклах считывания и записи конфигурации.

-SERR - системная ошибка, активизируется любым устройством PCI и вызывает емаскируемое прерывание процессора (NMI).

-REQ64 - запрос на 64-битный обмен.

-ASK64 - подтверждение 64-битного обмена.

-INTR A,B,C,D - линии запросов прерывания, направляются на доступные линии IRQ BIOS компьютера. Запрос по низкому уровню допускает разделяемое использование линий прерывания.

Clock - сигнал синхронизации на тактовой частоте шины.

Test Clock, -TSTRES, TestDO, TestDI - сигналы для тестирования адаптеров по интерфейсу JTAG (на системной плате обычно не задействованы).

TSTMSLCT - перевод в режим тестирования.

Разъем шины PCI

Ряд В

Номер Ряд А Ряд В Номер Ряд А

-12 В 1 -TSTRES -C / BE 3 26 IDSEL

Test Clock 2 +12 B AD 23 27 +3,3 B

GND 3 TSTMSLCT GND 28 AD 22

Test DO 4 Test DO AD 21 29 AD 20

+5 B 5 +5 B AD 19 30 GND

+5 B 6 -INTR A +3,3 B 31 AD 18

-INTR B 7 -INTR C AD 17 32 AD 16

-INTR D 8 +5 B -C / BE 2 33 +3,3 B

-PRSNT 1 9 Reserved GND 34 -FRAME

Reserved 10 +VI / O -IRDY 35 GND

-PRSNT 2 11 Reserved +3,3 B 36 -TRDY

GND / Ключ 12 GND /Ключ -DEVSEL 37 GND

GND / Ключ 13 GND /Ключ GND 38 -STOP

Reserved 14 Reserved -Lock 39 +3,3 B

GND 15 -RST ParityER 40 SDONE

Clock 16 +VI / O +3,3 B 41 -SBOFF

GND 17 -GNT SysERR 42 GND

-REQ 18 GND +3,3 B 43 PAR

+V I/O 19 Reserved -C / BE 1 44 AD 15

AD 31 20 AD 30 AD 14 45 +3,3 B

AD 29 21 +3,3 B GND 46 AD 13

GND 22 AD 28 AD 12 47 AD 11

AD 27 23 AD 26 AD 10 48 GND

AD 25 24 GND GND 49 AD 9

+3,3 B 25 AD 24 GND / Ключ 50** GND / Ключ

GND /Ключ 51**** GND / Ключ GND 73 AD 56

AD 8 52 -C / BE 0 AD 55 74 AD 54

AD 7 53 +3,3 B AD 53 75 +VI / O

+3,3 B 54 AD 6 GND 76 AD 52

AD 5 55 AD 4 AD 51 77 AD 50

AD 3 56 GND AD 49 78 GND

GND 57 AD 2 +VI / O 79 AD 48

AD 1 58 AD 0 AD 47 80 AD 46

+ VI / O 59 +VI / O AD 45 81 GND

-ACK 64 60 -REQ64 GND 82 AD 44

+5 B 61 +5B AD 43 83 AD 42

+5 B 62 +5B AD 41 84 +VI / O

Конец 32-битного разъема GND 85 AD 40

AD 39 86 AD 38

Reserved 63 GND AD 37 87 GND

GND 64 -C / BE 7 +VI / O 88 AD 36

-C / BE 65 - C / BE 5 AD 35 89 AD 34

-C / BE 66 + VI / O AD 33 90 GND

GND 67 PAR 64 GND 91 AD 32

AD 63 68 AD 62 Reserved 92 Reserved

AD 61 69 GND Reserved 93 GND

+VI / O 70 AD 60 GND 94 Reserved

AD 59 71 AD 58 Конец 64-битного разъема

AD 57 72 GND

*12, 13 - ключ для 3,3V

**50,51 - ключ для 5V

Циклы шины

По сигналам C/BE (от C/BE3 до C/BE0) во время фазы передачи адреса определяется тип цикла передачи данных.

C/BE

Команда

0000 Interrupt Acknowledge (подтверждение прерывания)

0001 Special Cycle (специальный цикл)

0010 I/O Read (чтение порта)

0011 I/O Write (запись в порт)

0100 Reserved (резервировано)

0101 Reserved (резервировано)

0110 Memory Read (чтение памяти)

0111 Memory Write (запись в память)

1000 Reserved (резервировано)

1001 Reserved (резервировано)

1010 Configuration Read (чтение конфигурации)

1011 Configuration Write (запись конфигурации)

1100 Multiple Memory Read (множественное чтение памяти)

1101 Dual Address Cycle (двойной цикл адреса)

1110 Memory-Read Line (чтение памяти)

1111 Memory Write and Invalidate (запись в память и проверка)

Подтверждение прерывания (0000)

Контроллер прерываний автоматически распознает сигнал INTA и реагирует на него передачей вектора прерывания по шине AD.

Специальный цикл (0001)

AD15-AD0

Описание

0x0000 Processor Shutdown (процессор прекращает работу)

0x0001 Processor Halt (останов процессора)

0x0002 x86 Specific Code (специальный код для машин на архитектуре Intel x86)

0x0003 to 0xFFFF Reserved (зарезервировано)

Чтение порта (0010) и запись в порт (0011)

Порты ввода/вывода на шине PCI могут быть 8 или 16-ти разрядными, хотя собственно стандарт на шину PCI позволяет иметь 32-х разрядное адресное пространство. Это вызвано тем, что на компьютерах с архитектурой Intel x86, адрес порта может иметь не более 16 разрядов. Пока и 16-ти разрядный адрес порта не может быть использован, так как карты на шине ISA могут декодировать только 10 разрядов.

Адресное пространство конфигурации доступно по адресам портов 0x0CF8 (Адрес) и 0x0CFC (Данные), причем адрес должен быть записан первым.

Чтение