Протокол шины PCI

В каждой транзакции (обмене по шине) участвуют два устройства — инициатор (initiator) обмена, он же ведущее (master) устройство, и целевое (target) устрой­ство (ЦУ), оно же ведомое (slave). Шина PCI все транзакции трактует как пакет­ные: каждая транзакция начинается фазой адреса, за которой может следовать одна или несколько фаз данных. Состав и назначение интерфейсных сигналов шины приведены в табл. 6.11.

AD[31: 0] Address/Data — мультиплексированная шина адреса/данных. В начале транзакции передается адрес, в последующих тактах —данные

С/ВЕ[3: 0]# Command/Byte Enable — команда/разрешение обращения к байтам. Команда, определяющая тип очередного цикла шины, задается четырехбитным кодом в фазе адреса _„

FRAME* Кадр. Введением сигнала отмечается начало транзакции (фаза адреса), снятие сигнала указывает на то, что последующий цикл передачи данных является последним в транзакции

DEVSEL* Device Select — устройство выбрано (ответ ЦУ на адресованную к нему транзакцию)

IRDY* Initiator Ready — готовность ведущего устройства к обмену данными

TRDY* Target Ready — готовность ЦУ к обмену данными

STOP* Запрос ЦУ к ведущему устройству на остановку текущей транзакции

LOCK* Сигнал захвата шины для обеспечения целостного выполнения операции. Используется мостом, которому для выполнения одной операции требуется выполнить несколько транзакций PCI

REQ# Request — запрос от ведущего устройства на захват шины

GNT# Grant — предоставление ведущему устройству управления шиной

PAR Parity — общий бит паритета для линий AD[31: 0] и С/ВЕ[3: 0]#

PERR* Parity Error — сигнал об ошибке паритета (для всех циклов, кроме специальных). Вырабатывается любым устройством, обнаружившим ошибку

РМЕ# Power Management Event — сигнал о событиях, вызывающих изменение режима

потребления (дополнительный сигнал, введенный в PCI 2.2)

CLKRUN* Clock running — шина работает на номинальной частоте синхронизации. Снятие сигнала означает замедление или остановку синхронизации с целью снижения потребления (для мобильных применений)

PRSNT[1, 2]# Present — индикаторы присутствия платы, кодирующие запрос потребляемой мощности. На карте расширения одна или две линии индикаторов соединяются с шиной GND, что воспринимается системной платой

RST# Reset — сброс всех регистров в начальное состояние

IDSEL Initialization Device Select — выбор устройства в циклах конфигурационного

считывания и записи

SERR# System Error — системная ошибка. Ошибка паритета адреса данных в специальном цикле или иная катастрофическая ошибка, обнаруженная устройством. Активизируется любым устройством PCI и вызывает NMI

REQ64* Request 64 bit — запрос на 64-битный обмен. Сигнал вводится 64-битным

инициатором, по времени он совпадает с сигналом FRAME*. Во время окончания сброса (сигналом RST*) сигнализирует 64-битному устройству о том, что оно подключено к 64-битной шине. Если 64-б.итное устройство не обнаружит этого сигнала, оно должно переконфигурироваться на 32-битный режим, отключив буферные схемы старших байтов

АСК64* Подтверждение 64-битного обмена. Сигнал вводится 64-битным ЦУ, опознавшим свой адрес, одновременно с DEVSEL*. Отсутствие этого подтверждения заставит инициатор выполнять обмен с 32-битной разрядностью

INTA#, INTB*, Interrupt А, В, С, D — линии запросов прерывания, чувствительность к уровню, INTC#, INTD* активный уровень — низкий, что допускает разделяемость (совместное использование)линий

CLK Clock — тактовая частота шины. Должна лежать в пределах 20—33 МГц,

вPCI2.1— до 66 МГц

M66EN 66MHz Enable — разрешение частоты синхронизации до 66 МГц

6.2. Шина PCI 179

Сигнал Назначение

SDONE Snoop Done — сигнал завершенности цикла слежения для текущей транзакции. Низкий уровень указывает на незавершенность цикла слежения за когерентностью памяти и кэша. Необязательный сигнал, используется только устройствами шины с кэшируемой памятью

SBO# Snoop Backoff — попадание текущего обращения к памяти абонента шины

в модифицированную строку кэша. Необязательный сигнал, используется только абонентами шины с кэшируемой памятью при алгоритме обратной записи

ТСК Test Clock — синхронизация тестового интерфейса JTAG

TDI Test Data Input — входные данные тестового интерфейса JTAG

TOO Test Data Output — выходные данные тестового интерфейса JTAG

TMS Test Mode Select — выбор режима для тестового интерфейса JTAG

TRST Test Logic Reset — сброс тестовой логики

В каждый момент времени шиной может управлять только одно ведущее устрой­ство, получившее на это право от арбитра. Каждое ведущее устройство имеет пару сигналов — REQ# для запроса на управление шиной и GNT* для подтверждения предоставления управления шиной. Устройство может начинать транзакцию (устанавливать сигнал FRAME*) только при активном полученном сигнале GNT*. Снятие сигнала GNT* не позволяет устройству начать следующую транзакцию, а при определенных условиях (см. ниже) заставляет прекратить начатую транзак­цию. Арбитражем запросов на использование шины занимается специальный узел, входящий в чипсет системной платы. Схема приоритетов (фиксированный, циклический, комбинированный) определяется программированием арбитра.

Для адреса и данных используются общие мультиплексированные линии AD. Четы­ре мультиплексированные линии С/ВЕ[3: 0] обеспечивают кодирование команд в фазе адреса и разрешения байт в фазе данных. В начале транзакции ведущее устрой­ство активизирует сигнал FRAME*, по шине AD передает целевой адрес, а по лини­ям С/ВЕ# — информацию о типе транзакции (команде). Адресованное ЦУ отзы­вается сигналом DEVSEL*. Ведущее устройство указывает на свою готовность к обмену данными сигналом IRDY#, эта готовность может быть выставлена и раньше получения DEVSEL*. Когда к обмену данными будет готово и ЦУ, оно установит сиг­нал TRDY*. Данные по шине AD передаются только при одновременном наличии сигналов IRDY# и TRDY*. С помощью этих сигналов ведущее устройство и ЦУ со­гласуют свои скорости, вводя такты ожидания. На рис. 6.7 приведена временная диаграмма обмена, в которой и ведущее устройство, и ЦУ вводят такты ожидания. Если бы они оба ввели сигналы готовности в конце фазы адреса и не снимали их до конца обмена, то в каждом такте после фазы адреса передавались бы по 32 бита данных, что обеспечило бы выход на предельную производительность обмена.

Количество фаз данных в пакете явно не указывается, но перед последней фазой данных ведущее устройство при введенном сигнале IRDY* снимает сигнал FRAME*. В одиночных транзакциях сигнал FRAME* активен лишь один такт. Если устрой­ство не поддерживает пакетные транзакции в ведомом режиме, то оно должно по­требовать прекращения пакетной транзакции во время первой фазы данных (введя сигнал STOP* одновременно с TRDY*). В ответ на это ведущее устройство завер­шит данную транзакцию и продолжит обмен последующей транзакцией с новым

Глава 6. Шины и карты расширения

значением адреса. После последней фазы данных ведущее устройство снимает сиг­нал IRDY#, и шина переходит в состояние покоя (PCI Idle) — оба сигнала FRAME* и IRDY# находятся в пассивном состоянии. Инициатор может начать следующую транзакцию и без такта покоя, введя FRAME* одновременно со снятием IRDY#. Такие быстрые смежные транзакции (Fast Back-to-Back) могут быть обращены как к одному, так и к разным ЦУ. Первый тип поддерживается всеми устройствами PCI, выступающими в роли ЦУ. На поддержку второго типа (она необязательна) указы­вает бит 7 регистра состояния (см. п. 6.2.12). Инициатору разрешают (если он умеет) использовать быстрые смежные транзакции с разными устройствами (битом 9 регистра команд), только если все агенты шины допускают быстрые обращения.

Рис. 6.7. Цикл обмена на шине PCI

Шина позволяет уменьшить мощность (ток), потребляемую устройствами, ценой снижения производительности, применяя пошаговое переключение линий AD[31: 0] и PAR (address/data stepping). Здесь возможны два варианта.

♦ Плавный шаг (continuous stepping) — начало формирования сигналов слабо­
точными формирователями за несколько тактов до введения сигнала-квалифи-
катора действительной информации (FRAME# в фазе адреса, IRDY# или TRDY# в фазе данных). За эти несколько тактов сигналы «доползут» до требуемого зна­чения при меньшем токе.

♦ Дискретный шаг (diskrete stepping) — нормальные формирователи срабатыва­ют не все сразу, а группами (например, побайтно), в каждом такте по группе. При этом снижаются броски тока, поскольку одновременно переключается меньше формирователей.

Устройство само может и не пользоваться этими возможностями (см. бит 7 реги­стра команд), но должно «понимать» такие циклы. Задерживая сигнал FRAME*, устройство рискует потерять право доступа к шине, если арбитр получит запрос от более приоритетного устройства.

6.2. Шина PCI______________________________________________________ 181

Протокол квитирования обеспечивает надежность обмена — ведущее устройство всегда получает информацию об отработке транзакции ЦУ. Средством повыше­ния надежности (достоверности) является применение контроля паритета: линии AD[31: 0] и С/ВЕ[3: 0]# и в фазе адреса, и в фазе данных защищены битом паритета PAR (количество единичных бит этих линий, включая PAR, должно быть четным). Действительное значение PAR появляется на шине с задержкой в один такт относи­тельно линий AD и С/ВЕ#. При обнаружении ошибки ЦУ вырабатывается сигнал PERR* (со сдвигом на такт после действительности бита паритета). В подсчете паритета при передаче данных учитываются все байты, включая и недействительные (отмеченные высоким уровнем сигнала С/ВЕх#). Состояние бит, даже и в недействи­тельных байтах данных, во время фазы данных должно оставаться стабильным.

Каждая транзакция на шине должна быть завершена планово или прекращена, при этом шина должна перейти в состояние покоя (сигналы FRAME* и IRDY# пассив­ны). Завершение транзакции выполняется либо по инициативе ведущего устрой­ства, либо по инициативе ПУ. Ведущее устройство может завершить транзакцию одним из следующих способов.

♦ Нормальное завершение (Camletiori) выполняется по окончании обмена данными.

♦ Завершение по тайм-ауту (Time-out) происходит, когда во время транзакции у ведущего устройства отбирают право на управление шиной (снятием сигнала GNT#) и истекает время, указанное в его таймере Latency Timer. Это может слу­читься, если адресованное ЦУ оказалось непредвиденно медленным или за­планирована слишком длинная транзакция. Короткие транзакции (с одной - двумя фазами данных) даже в случае снятия сигнала GNT# и срабатывания таймера завершаются нормально. Транзакция отвергается (Master-Abort), когда в течение заданного времени ве­дущее устройство не получает ответа ЦУ (DEVSEL*).

Транзакция может быть прекращена по инициативе ЦУ; для этого оно может вве­сти сигнал STOP*. Возможны три типа прекращения.

♦ Повтор (Retry) — сигнал STOP* вводится при пассивном сигнале TRDY* до пер­вой фазы данных. Эта ситуация возникает, когда ЦУ из-за внутренней занято­сти не успевает выдать первые данные в положенный срок (16 тактов). Повтор является указанием ведущему устройству на необходимость нового запуска той же транзакции.

♦ Отключение (Disconnect) — сигнал STOP* вводится во время или после первой фазы данных. Если сигнал STOP* введен при активном сигнале TRDY* очеред­ной фазы данных, то эти данные передаются и на том транзакция завершается. Если сигнал STOP* введен при пассивном сигнале TRDY*, то транзакция заверша­ется без передачи данных очередной фазы. Отключение производится, когда ЦУ неспособно своевременно выдать или принять очередную порцию данных пакета.

♦ Отказ (Target-Abort) — сигнал STOP* вводится одновременно со снятием сигна­ла DEVSEL* (в предыдущих случаях во время появление сигнала STOP* сигнал DEVSEL* был активен). После этого данные уже не передаются. Отказ вводит­ся, когда ЦУ обнаруживает фатальную ошибку или иные условия, по которым оно уже никак не сможет обслужить данный запрос.

182 _{-: ________________________________________________________________} Глава 6. Шины и карты расширения

Использование трех типов прекращения вовсе не обязательно для всех ЦУ, одна­ко любое ведущее устройство должно быть готово к завершению транзакций по любой из этих причин.