Интерфейс LPC

Интерфейс LPC (Low Pin Count — малое число выводов) предназначен для ло­кального подключения устройств, ранее использовавших шину X-Bus или ISA: контроллеров НГМД, последовательных и параллельных портов, клавиатуры, аудио­кодека, BIOS и т. п. Введение нового интерфейса обусловлено изживанием шины ISA с ее большим числом сигналов и неудобной асинхронностью. Интерфейс обес­печивает те же циклы обращения, что и ISA: чтение-запись памяти и ввода-вывода, DMA и прямое управление шиной (bus mastering). Устройства могут вырабаты­вать запросы прерываний. В отличие от ISA/X-Bus с их 24-битной шиной адреса, обеспечивающей адресацию лишь в пределах первых 16 Мбайт памяти, интерфейс LPC имеет 32-битную адресацию памяти, что обеспечивает доступ к 4 Гбайт па­мяти. 16-битная адресация портов обеспечивает доступ ко всему пространству 64 К портов. Интерфейс синхронизирован с шиной PCI, но устройства могут вво­дить произвольное число тактов ожидания. Интерфейс программно прозрачен — как и для ISA/X-Bus, не требует каких-либо драйверов. Контроллер интерфейса LPC является устройством-мостом PCI. По пропускной способности интерфейс

224_____________________________________ Глава 6. Шины и карты расширения

практически эквивалентен этим шинам. В спецификации LPC 1.0 приводится расчет пропускной способности интерфейса и устройств, его использующих. При наличии буферов FIFO интерфейс наиболее выгодно использовать в режиме DMA. В этом случае главным потребителем будет LPT-порт — при скорости пе­редачи данных 2 Мбайт/с он займет 47 % полосы интерфейса. Следующим будет инфракрасный порт — 4 Мбит/с (11, 4 %). Остальным устройствам (контроллер НГМД, СОМ-порт, аудиокодек) требуются еще меньшие доли, в результате они занимают до 75 % полосы при одновременной работе. Таким образом, перевод этих устройств с ISA/X-Bus на LPC не должен вызывать проблем производительности более острых, чем были на старых шинах. Интерфейс имеет всего 7 обязательных сигналов:

♦ LAD[3: 0] — двунаправленная мультиплексированная шина данных;

♦ LFRAME* — индикатор начала и конца цикла, управляемый хостом;

♦ LRESET# — сигнал сброса, тот же, что и RST# на шине PCI;

♦ LCLK — синхронизация (33 Мгц), тот же сигнал, что и CLK на шине PCI;

Дополнительные сигналы интерфейса LPC:

♦ LDRQ* — кодированный запрос DMA/Bus Master от периферии;

♦ SERIRQ — линия запросов прерывания (в последовательном коде), использу­ется, если нет стандартных линий запросов IRQ в стиле ISA;

♦ CLKRUN* — сигнал, используемый для указания на остановку шины (в мобиль­ных системах), требуется только для устройств, нуждающихся в DMA/BusMaster в системах, способных останавливать шину PCI;

♦ РМЕ# — событие системы управления потреблением (Power Management Event), может вводиться периферией, как и в PCI;

♦ LPCPD# — Power Down, указание от хоста устройствам на подготовку к вы­
ключению питания;

♦ L.SMI* — запрос прерывания SMI# для повтора инструкции ввода-вывода.

Сигналы LFRAME* и LAD[3: 0] синхронизированы (являются действительными) по фронту LCLK. По шине LAD[3: 0] в каждом такте цикла передаются поля элементов протокола. Обобщенная временная диаграмма цикла обмена по LPC приведена на рис. 6.15. Начало каждого цикла хост отмечает сигналом LFRAME*, помещая на шину LAD[3: 0] поле START. По сигналу LFRAME* все ПУ должны прекратить управление шиной LAD[3: 0], а по коду поля START они должны декодировать последующие события как цикл шины. В следующем такте хост снимет сигнал LFRAME* и поместит на шину LAD[3: 0] код типа цикла CYCTYPE. Сигнал LFRAME# может длиться и более одного такта, но признаком начала цикла (поля START) является последний такт перед снятием сигнала. С помощью сигнала LFRAME* хост может принудительно прервать цикл (например, по ошибке тайм-аута), выставив соответствующий код.

3.4. Интерфейс LPC 225

Рис. 6.15. Протокол LPC

В поле START возможны следующие коды:

♦ 0000 — начало цикла обращения хоста к устройству;

♦ 0010 — предоставление доступа ведущему устройству 0;

♦ ООН — предоставление доступа ведущему устройству 1;

♦ 1111 — принудительное завершение цикла (abort).
Остальные коды зарезервированы.

Поле CYCTYPE задает тип и направление передачи. Бит 0 задает направление (0 — чтение, 1 — запись), биты [2: 1] — тип обращения (00 — порт, 01 — память, 10 — DMA, 11 — резерв), бит 3 — резерв (0).

Поле TAR (Turn-Around) служит для смены «владельца» шины LAD[3: 0], оно зани­мает 2 такта. В первом такте прежний владелец помещает код 1111, во втором пе­реводит буферы в третье состояние.

Поле ADDR служит для передачи адреса. В цикле памяти оно занимает 8 тактов (32 бита), в цикле ввода-вывода — 4 такта. Передача адреса начинается со старших битов (чтобы раньше срабатывал дешифратор адреса).

В поле DATA передаются данные. На каждый байт требуется 2 такта, передача начи­нается с младшей тетрады. Многобайтные передачи начинаются с младшего байта. Поле SYNC служит для введения тактов ожидания устройством, к которому выпол­няется обращение. Оно может содержать следующие коды (остальные зарезерви­рованы):

♦ 0000 — готовность (без ошибок), для DMA означает снятие запроса для данного канала;

♦ 0101 — короткое ожидание (несколько тактов);

♦ 0110 —длинное ожидание;

♦ 1001 — готовность и присутствие запроса для канала DMA (для других типов
обращения недопустимо);

♦ 1010 — ошибка: данные переданы, но возникли условия, при которых на ши­
нах PCI или ISA выработался бы сигнал SERR* или ЮСНК# (для DMA также
означает снятие сигнала запроса).

226_____________________________________ Глава 6. Шины и карты расширения

Поле синхронизации обеспечивает контроль передачи, введение тактов ожидания и механизм тайм-аутов. Начав цикл, хост читает поле синхронизации. Если в тече­ние трех тактов адресованное устройство не ответит, хост считает, что его нет на шине, и прекращает транзакцию. Если приходит код короткого ожидания, хост дожидается его смены на готовность или ошибку, но после 8 тактов ожида­ния он прервет транзакцию по тайм-ауту. Код длинного ожидания может прихо­дить сколь угодно долго, ответственность за отсутствие зависания ложится на адресованное устройство. При прямом управлении поле SYNC выставляется хостом, и устройство должно терпеливо ожидать готовности, без каких-либо тайм-аутов. В самом быстром варианте (без тактов ожидания) поле SYNC занима­ет один такт.

На рис. 6.16 приведена последовательность полей при обращениях хоста к памяти или портам (серым цветом помечены поля, вводимые устройством). Во всех этих обращениях передается по одному байту. Для чтения памяти, предполагая 5 так­тов поля SYNC (время доступа к EPROM 120 не), требуется 21 такт (0, 63 мкс), что обеспечивает скорость чтения памяти 1, 59 Мбайт/с. Если память конвейери­зирована, то последующие обращения будут быстрее. Для записи в память поле SYNC займет 1 такт, а весь цикл — 17 тактов (0, 51 мкс), что дает скорость записи 1, 96 Мбайт/с. Обращения к портам за счет более короткой адресации и без тактов ожидания (1 такт SYNC) занимают по 13 тактов (0, 39 мкс), что дает скорость 2, 56 Мбайт/с для чтения и записи.

Рис. 6.16. Обращения к памяти и портам: а — чтение, б — запись

Для организации обмена по DMA и прямого управления хост должен иметь по одной входной линии LDRQ* для каждого подключенного устройства, использующего эти функции. По этой линии устройство передает состояние запросов каналов DMA в последовательном коде, как показано на рис. 6.17. Посылка начинается со старт-бита, за которой следуют код номера канала и бит запроса ACT: 1 (высокий уро­вень) — запрос активен, 0 — пассивен. Номер канала 4 (код 100) зарезервирован для прямого управления (он соответствует традиционно недоступному каналу DMA). Посылка передается при каждой смене состояния запросов. Нормально таким способом передается лишь запрос, а снятие его сигнализируется полем SYNC. Передама, данных DMA (рис. 6.18) выполняется под управлением хоста, но несколько отличается от обычных обращений к портам и памяти. Здесь появляются новые поля:

♦ поле SIZE определяет размер передачи: 0000 — 1 байт, 0001 — 2 байта, 0011 —4 байта, остальные значения зарезервированы;

♦ поле CHANNEL служит для передачи хостом номера канала DMA (биты [2; 0])
и признака конца цикла (ТС, бит 3).