Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия - Михаил Гук

Как уже говорилось, в шине ISA прерывание вырабатывается по положительному перепаду сигнала на линии запроса. Стандартный контроллер 8259A позволяет задавать чувствительность — уровень или перепад — только для всех входов одновременно, поэтому разделяемые прерывания на шине ISA неработоспособны. Тем не менее некоторые чипсеты, реализующие контроллеры прерываний, допускают индивидуальное управление чувствительностью каждого входа. Тогда при соответствующих возможностях CMOS Setup, адаптеров и их ПО разделяемые прерывания технически реализуемы.

Для шины PCI, казалось бы, проблема разделения прерываний решена — здесь активным уровнем запроса является низкий, так что, запрограммировав входы контроллера на чувствительность к уровню, создается аппаратная база совместного использования. Однако на практике разделяемые прерывания работают не всегда, и иногда приходится подбирать положение карт расширения в слотах PCI, при которых устройства не конфликтуют друг с другом по прерываниям. Виной конфликтов могут быть как сами карты расширения, так и их драйверы, неспособные выстраиваться в корректную цепочку.

Если карта PCI использует одну линию запроса прерываний, то этой линией по умолчанию является INTR А. Если все четыре карты PCI используют по одной линии запроса, то, как это видно на рис. 12.1, каждая линия занимается монопольно. Однако если сложная карта нуждается в большем числе линий запроса, то ей придется разделять линии с соседними картами. На современных системных платах часто устанавливают более четырех слотов PCI, при этом, естественно, «угроза» совместного использования линий запросов «нависает» и над картами с одной линией запроса. Порт AGP в плане прерываний следует рассматривать наравне со слотами PCI.

Проявления конфликтов и ошибок назначения прерываний могут быть разнообразными. Сетевая карта при ошибке в прерываниях не сможет принимать кадры из сети (при этом она может их успешно посылать). У устройств хранения доступ к данным будет поразительно медленным (иногда можно минутами ожидать, например, появления информации о файлах и каталогах) или вообще невозможным. Звуковые карты будут молчать или «заикаться», на видеопроигрывателях изображение будет дергаться и так далее. Конфликты могут приводить и к внезапным перезагрузкам компьютера, например по приходу кадра из сети или сигналу от модема.

12.4. Прямой доступ к памяти — DMA

Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access, DMA) позволяет выполнять пересылку данных между регистрами устройств и памятью, минуя центральный процессор. Для устройств, использующих DMA, различают два типа доступа.

♦ Пассивный доступ, он же Slave DMA, — устройство пользуется общим контроллером DMA, расположенным на системной плате.

♦ Активный доступ, он же Bus Master DMA, — устройство само является ведущим на своей шине и способно генерировать обращение к памяти (как правило, системной). Реализация активного DMA зависит от типа шины расширения, к которой подключается устройство (см. главу 6). Примером устройств с активным DMA являются контроллеры ATA, расположенные на современных системных платах.

Процессор при обмене по DMA занят только инициализацией контроллера, которая сводится к записи в его регистры нескольких байт, задающих начальный адрес и размер пересылаемого блока памяти, направление и режим обмена. В самом обмене данных занят только контроллер DMA, память, к которой он обращается, и связующие их шины. Во время операций DMA процессор может продолжать работу, если выбранный режим обмена не занимает всей пропускной способности шин, используемых процессором в данный момент (шины памяти, шины PCI, через которые подключается ISA в современных компьютерах). Контроллер DMA можно считать простейшим сопроцессором ввода-вывода, разгружающим центральный процессор от рутинных операций обмена.

Обмен по DMA не всегда дает выигрыш в скорости обмена, в ряде случаев быстрее работает программированный ввод-вывод (PIO). Однако PIO занимает процессор полностью, а во время DMA процессор может заниматься полезной работой. Поскольку для инициализации контроллера DMA требуется выполнение ряда инструкций ввода-вывода, передача коротких блоков по каналу DMA нецелесообразна. Пассивный DMA реализуется стандартизованным контроллером, который первоначально был ориентирован на шину ISA. Для интерфейса ПУ каждый канал DMA представляется парой сигналов: запрос обмена — DRQx и подтверждение обмена — DACKx#. В PC/AT доступны 7 каналов DMA — четыре 8-битных (номера 0–3) и три 16-битных (5–7), — подключенные к первичному и вторичному контроллерам соответственно. Канал 4 используется для каскадирования (соединения контроллеров). В PC/XT были только три 8-битных канала, канал 0 использовался для регенерации памяти. Контроллеры DMA программно совместимы с системами i8237, применяемыми в первых моделях PC/XT и AT. Стандартные каналы и адреса регистров приведены в табл. 12.3.

Таблица 12.3. Стандартные каналы прямого доступа к памяти

Номер канала DMA# 0¹ 1 2 3 4² 5 6 7 Стандартное назначение XT MRFR - FDD HDD Отсутствуют AT - - FDD - Каскад - - - Разрядность, байт 1  2 с четного адреса Макс, размер блока 64 Кбайта 128 Кбайт, четный Граница блока Кратна 1000h Кратна 2000h Регистр страниц 8 бит A16-A23 7 бит A17-A23 Адреса регистров: — страниц 087 083 081 082 08F 08В 089 087 — адреса 000 002 004 006 0C0 0C4 0C8 0CE — счетчика 001 003 005 007 0C2 0C6 0СА 0СЕ

¹ Канал 0 в XT использовался для регенерации памяти (MRFR).

² Канал 4 доступен только в PC/2 MCA.

16-битные каналы DMA 5–7 могут быть использованы интеллектуальными устройствами для прямого управления шиной ISA (bus mastering), при этом контроллер DMA фактически лишь играет роль арбитра шины.

Устройства, использующие стандартные каналы DMA, могут располагаться лишь в слотах ISA/EISA или на системной плате (контроллер НГМД, LPT-порт в режиме ECP или Fast Centronics, аудиокодек). Если эти устройства системной платы используют каналы DMA, то данные каналы становятся недоступными для абонентов шины ISA.

На время переходного периода, связанного с «изживанием» шины ISA, потребовалась возможность эмуляции каналов DMA для устройств шины PCI. Существует два механизма эмуляции каналов DMA: PC/PCI и DDMA. Механизм PC/PCI (см. п. 6.2.7) был разработан фирмой Intel для обеспечения возможности использования слотов ISA блокнотными ПК, подключаемыми к док-станции по шине PCI. Альтернативное решение — механизм DDMA (Distributed DMA — распределенный DMA) позволяет «расчленить» стандартный контроллер и отдельные его каналы эмулировать средствами карт PCI. Оба этих механизма реализуемы только как часть моста между первичной шиной PCI и шиной ISA, поэтому их поддержка может обеспечиваться (или не обеспечиваться) только на системной плате и разрешаться в CMOS Setup.

12.4.1. Контроллер прямого доступа 8237A

Микросхема 8237A, применявшаяся в PC вплоть до первых моделей AT, представляет собой четырехканальный контроллер прямого доступа к памяти, допускающий каскадирование. Вторичный контроллер (8237#2) каскадно соединен с первичным, при этом теряется возможность использования одного канала вторичного контроллера. Контроллер 8237А имеет 16-разрядные регистры адреса и счетчики, что обеспечивает возможность программирования передачи блока данных размером до 64 Кбайт или слов. Назначение регистров контроллеров DMA, применительно к их адресам в пространстве ввода-вывода компьютера, приведено в табл. 12.4. Контроллер допускает довольно гибкое конфигурирование. Корректное оперативное управление отдельными каналами не затрагивает общих настроек. Общее конфигурирование контроллеров (запись в регистры 008 и 0D0) выполняет BIOS при инициализации во время теста POST; в XT тогда же программируется и канал 0, применяемый для регенерации памяти. Для использования каналов устройствами шины ISA запись в регистры 008 и 0D0 не рекомендуется. Обмен с регистрами контроллера выполняется только однобайтными операциями ввода-вывода. Для загрузки 16-битных значений задействуется триггер младшего/старшего байта. По сбросу контроллера или записи любого байта по адресу 00Ch (0D8h для второго контроллера) этот триггер сбрасывается, и контроллер готовится к приему младшего байта. После приема этого байта триггер меняет состояние, и контроллер воспринимает старший байт, после которого триггер опять переключается.