Шины PCI, USB и FireWire

Гук Михаил Юрьевич

Линии запросов от слотов PCI и PCI-устройств системной платы коммутируются на входы контроллеров прерываний относительно произвольно. Конфигурационное ПО может определить и указать занятые линии запросов и номер входа кон троллера прерываний обращением к конфигурационному пространству устройства (см. главу 5). Программный драйвер, прочитав конфигурационные регистры, тоже может определить эти параметры для того, чтобы установить обработчик прерываний на нужный вектор и при обслуживании сбрасывать запрос с требуемой линии.

Каждая функция устройства PCI может задействовать свою линию запроса прерывания, но его обработчик прерывания должен быть готовым к ее разделению (совместному использованию) с другими устройствами. Если устройству требуется только одна линия запроса, то оно должно занимать линию INTA#, если две – INTA# и INTB#, и т. д. С учетом циклического сдвига линий запроса это правило позволяет

установить в 4 соседних слота 4 простых устройства, и каждое из них будет занимать отдельную линию запроса прерывания. Если какой-то карте требуется 2 линии, то для монопольного использования прерываний нужно оставить соседний слот свободным. Однако не следует забывать, что PCI-устройства системной платы тоже задействуют прерывания с той же закономерностью (кроме контроллера IDE, который, к счастью, держится особняком). Порт AGP в плане прерываний следует рассматривать наравне со слотом PCI. Таким образом, может оказаться, что монопольные линии прерывания присутствуют далеко не на всех слотах.

Назначение прерываний устройствам (функциям) выполняет процедура POST, и этот процесс управляем лишь частично. Параметрами CMOS Setup (PCI/PNP Configuration) пользователь определяет номера запросов прерываний, доступных шине PCI. В зависимости от версии BIOS это может выглядеть по-разному: либо каждой линии INTA#…INTD# явно назначается свой номер, либо ряд номеров отдается «на откуп» устройствам PCI вместе с устройствами ISA PnP (в противоположность устройствам «Legacy ISA»). В итоге POST определяет соответствие линий INTA#…INTD# номерам запросов контроллера и соответствующим образом программирует коммутатор запросов. По воле пользователя может оказаться так, что не каждой линии запроса шины PCI достается отдельный вход контроллера прерываний. Тогда коммутатор организует объединение нескольких линий запросов PCI на один вход контроллера, то есть разделяемыми станут даже разные линии запросов прерываний для PCI. В самом худшем случае устройствам PCI не достанется ни одного входа контроллера прерываний. Заметим, что BIOS вряд ли отдаст шине PCI прерывания 14 и 15 (их забирает контроллер IDE, если он не отключен), а также 3 и 4 (COM-порты). Новые версии ОС настолько сильно вникают в аппаратную платформу, что позволяют себе (зная чипсет системной платы или пользуясь функциями PCI BIOS) управлять коммутатором запросов прерываний. Эту возможность можно запретить или разрешить, например, в ОС Windows снятием или установкой флажка Использовать управление IRQ (PCI Interrupt Steering) в свойствах шины PCI (Панель управления -> Системные устройства -> Шина PCI).

 

Драйвер (или иное ПО), работающий с устройством PCI, определяет номер входа контроллера прерывания, доставшийся устройству (точнее, функции), чтением конфигурационного регистра interrupt Line. По этому номеру определяется вектор (см. табл. 3.1), значение 255 означает, что номер не назначен. Номер входа каждому устройству заносит тест POST. Для этого он считывает регистр Interrupt Pin каждой обнаруженной функции и по номеру устройства (читай: географическому адресу!) определяет, какая из линий INTA#…INTD# (на входе коммутатора запросов) используется. Заметим, что правила, по которым на системной плате определяется соответствие между Interrupt Pin и входными линиями коммутатора запросов в зависимости от номера устройства, строго не регламентированы (деление номера устройства на 4 – это всего лишь рекомендация), но их твердо знает версия BIOS данной системной платы. К этому моменту тест POST уже определил таблицу соответствия этих линий номерам входов; пользуясь этой таблицей, он записывает нужное значение в конфигурационный регистр Interrupt Line. Определить, есть ли еще претенденты на тот же номер прерывания, можно, лишь просмотрев конфигурационные регистры функций всех устройств, обнаруженных на шине (это не так уж сложно сделать, пользуясь функциями PCI BIOS).

В PCI BIOS (см. главу 5) начиная с версии 2.1 имеются функции определения возможностей и конфигурирования прерываний. Одна из функций возвращает структуру данных, в которой для каждого устройства (на каждой шине) сообщается, с какими входами контроллера прерываний (IRQx) могут быть связаны его линии INTx и с каким именно связаны в данный момент. Также указывается и физический номер слота, в который установлено данное устройство. Кроме того, возвращается и битовая карта, показывающая, какие входы IRQx отводятся исключительно шине PCI (и не используются абонентами других шин). Функция установки для заданного устройства устанавливает связь выбранного сигнала (INTx) с выбранным входом контроллера прерываний (IRQx), то есть программирует коммутатор. Эта функция предназначена для использования только конфигурационным ПО (BIOS, ОС), но никак не драйвером устройства.

Тот, кто ею пользуется, сам отвечает за возможные конфликты, за правильное программирование контроллера прерываний (выбранный вход должен быть чувствительным к низкому уровню, а не положительному перепаду), за корректировку информации в конфигурационном пространстве всех затронутых устройств (у которых линии запроса связаны с выбранной линией INTx).

Сигнализация событий управления энергопотреблением – PME#

Линия PME#, введенная в PCI 2.0, служит для сигнализации в системе управления энергопотреблением PM (Power Management): смены состояния устройств, генерации пробуждения системы по событию. Эта линия электрически доступна всем устройствам PCI; как и линии INTx#, PME# никак не обрабатывается мостами, а лишь доводится до всех абонентов. Логика сигнализации аналогична INTx#: устройство сигнализирует о событии, замыкая линию PME# на «землю», таким образом, сигналы о событиях логически собираются по функции ИЛИ. Обработчик этого прерывания может выявить устройство, подавшее сигнал, путем программных обращений к конфигурационным регистрам всех устройств, способных к генерации этого сигнала. Устройства (функции), имеющие отношение к управлению энергопотреблением, имеют в конфигурационном пространстве структуру с идентификатором Capability ID = 01 и набор регистров:

• PMC (Power Management Capabilities) – регистр возможностей PM: версия спецификации, какие состояния поддерживаются, в состояниях возможна генерация PME#, нужен ли сигнал CLK для генерации PME#, каково потребление по линии 3,3VAux;

• PMCSR (Power Management Control/Status Register) – регистр управления и состояния PM: признак введения PME#, его сброс и разрешение; состояние PM, управление данными, выводимыми через регистр Data;

• Data – регистр (необязательный), через который может выводиться, например, информация о потребляемой мощности;

• PMCSRBSE (Bridge Support Extensions) – регистр расширенного управления мостом: признак поддержки мостом управления вторичной шиной в зависимости от состояния PM; состояние вторичной шины при переходе в состояние потребления D3 (останов синхронизации или еще и снятие питания).

Подробности управления энергопотреблением в PCI и форматы соответствующих конфигурационных регистров приведены в PCI PM 1.1.

Прерывания сообщениями – MSI

На шине PCI имеется прогрессивный механизм оповещения об асинхронных событиях, основанный на передаче сообщений MSI (Message Signaled Interrupts). Здесь для сигнализации запроса прерывания устройство запрашивает управление шиной и, получив его, посылает сообщение. Сообщение выглядит как обычная запись двойного слова в ячейку памяти, адрес (32-битный или 64-битный) и шаблон сообщения на этапе конфигурирования устройств записываются в конфигурационные регистры устройства (точнее, функции). В сообщении старшие 16 бит всегда нулевые, а младшие 16 бит несут информацию об источнике прерывания. Устройство (функция) могут нуждаться в сигнализации нескольких типов запросов; в соответствии с его потребностями и своими возможностями система указывает устройству (функции), сколько различных типов запросов оно может вырабатывать.

Возможность использования MSI описывается в конфигурационном пространстве структурой MSI Capability (CAP_ID = 05h), которая должна присутствовать в пространстве каждой функции, поддерживающей MSI. В структуре имеется 3 или 4 регистра (рис. 3.2):

• Message Address – 32-разрядный адрес памяти, по которому передается сообщение (биты [1:0] = 00). Если используется 64-битный адрес (установлен бит 7 в регистре Message Control), то его старшая часть располагается в регистре Message Upper Address. Значения в регистры адреса заносит системное ПО на этапе конфигурирования;

• Message Data – 16-битный шаблон данных, передаваемых в сообщении по линиям AD[15:0]. Значение шаблона записывается системным ПО на этапе конфигурирования. В сообщении, передаваемом функцией, для различения разных условий прерывания могут модифицироваться только несколько младших бит, количество которых определяется значением поля Multiple Message Enable. Остальные биты сообщения должны соответствовать шаблону; биты [31:16] всегда нулевые;

• Message Control – управление сообщениями (16 бит). Битом 7 функция сообщает о способности генерировать 64-битный адрес. В поле Multiple Message Capable функции задается ее способность генерировать различимые условия прерывания, в поле Multiple Message Enable система указывает функции допустимое число условий. Здесь значения 000–101 двоично кодируют число младших бит шаблона, которые устройство может модифицировать для идентификации источника прерывания: 000 – ни одного (устройству доступен лишь один идентификатор), 101 – пять, значения 110 и 111 зарезервированы. Бит MSi_Enable разрешает использование MSI.