9. Системные шины. Назначение, технические характеристики. Реализация функции «горячей» замены в системных шинах.

Системная шина определяет взаимодействие с внешней средой, конфигурацию и конструктив системы, а также скорость взаимодействия с внешними устройствами.

Основное назначение системной шины – унификация внутренних связей для обеспечения высокой производительности (определяет общий интерфейс внутри конструкции). Основными функциями системной шины является обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости.

Информационная совместимость – согласованность взаимодействия элементов в соответствии с совокупностью логических условий. Определяет правила обмена информацией. Данный вид совместимости описывается с помощью временных диаграмм. Логические условия определяют структуру и состав унифицированного набора шин, набор процедур по реализации взаимодействия, последовательность выполнения процедур для различных режимов взаимодействия.

Электрическая совместимость – это согласованность статических и динамических параметров электрич. сигналов с учетом ограничений на пространственное размещ-е устройств и техническую реализацию приемо-передающих частей. Статические параметры: напряжение, ток, нагрузка. Динамические параметры: время задержки.

Конструктивная совместимость – согласованность конструкторских элементов интерфейса предназначенных для механического контакта электрических соединений (определение типа разъема, соответствующих сигналов, размеров разъемов и плат).

Основные характеристики системной шины:

1) пропускная способность (число переданных бит в секунду).

2) разрядность шины (число переданных бит за один такт).

3) тактовая частота (актуальна только для синхронных шин).

4) тип системной шины:

- синхронный – обмен информацией по тактовым сигналам.

- асинхронный – информация передается не только по тактовым сигналам, но и по мере необходимости.

5) адресуемая емкость памяти и устройства ввода/вывода.

6) количество процессоров, которые могут управлять системной шиной.

Обычно любая системная шина состоит из 3-х шин: шины адреса, шины данных и шины управления. Шину адреса и шину данных часто объединяют – это позволяет уменьшить число контактов, но снижает производительность.

Шины бывают параллельные и последовательные. В параллельных шинах по проводам в определенные моменты передается некоторое слово. В последовательных – по одним проводам идут данные, по другим – сигналы управления. Сейчас практически все шины последовательные. На последовательных шинах легче увеличивать тактовую частоту.

Типы системных шин: VME, VXI, Future Bus+, PCI, AGP, Compact PCI, PCI Express.

Шина CompactPCI имеет возможность горячей замены.

1 вариант горячей замены: замена модуля производится после полной приостановки работы системы, то есть по системной шине никакой работы не происходит, однако система не отключается. Все буферы системной шины переведены в 3-ие состояние, но сама система работоспособна.

2 вариант горячей замены: замена модуля происходит во время работы системной шины. Для критически важных приложений (например, управление ядерным реактором)

Требования для выполнения функций горячей замены:

1) отсутствие любых случайных токов в сигнальных линиях при подключении модуля.

2) отсутствие помех в цепях земли и питания при подключении модуля.

Для выполнения требований рекомендуется:

1) использовать разъемы с выдвинутыми вперед контактами земли и питания.

2) применять микросхемы, отключающие свои выводы при пониженном напряжении питания (рекомендуется использовать серию КМОП)

3) рекомендуется использовать цепи мониторинга напряжения питания (основной элемент этих цепей – микросхема TLC7705)

4) емкости сигнальных линий до подключения их к шине должны быть заряжены. Использовать микросхемы серии BTL, ETL с выводом Vcc bias

5) При включении модуля не должно быть бросков напряжения в цепях питания. Для этого рекомендуется использовать специальный фильтр.

6) интерфейсные цепи в подключаемых модулях должны оставаться в 3-ем состоянии при отключенном питании.

Сначала подключается потенциал земли, затем цепи питания и в последнюю очередь сигнальные линии. Используется специальная микросхема мониторинга и используется специальный буфер BTE16245. Для исключения бросков по питания используются фильтры на цепях питания.