Шины.PCI,.USB.и.FireWire

Классификация устройств PCI

Важной частью спецификации PCI является классификация устройств и указа$ ние кода класса в его конфигурационном пространстве (3 байта Class Code). Стар$ ший байт определяет базовый класс, средний — подкласс, младший — программный интерфейс (если он стандартизован). Код класса позволяет идентифицировать наличие определенных устройств в системе, это может быть сделано с помощью PCI BIOS. Для стандартизованных классов и интерфейсов (например, 01:01:80 — контроллер IDE или 07:00:01 — последовательный порт 16450) «заинтересован$ ная» программа может найти требуемое устройство и выбрать подходящий вари$ ант драйвера. Классификатор определяет организация PCI SIG, он регулярно об$ новляется на сайте http://www.pcisig.com. Нулевые значения полей, как правило, дают самые неопределенные описания. Значение подкласса 80h относится к «иным устройствам». Некоторые классы устройств приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Некоторые классы устройств PCI

продолжение

Таблица 5.1 (продолжение)

Базовый класс 0Ah — док станции

Базовый класс 0Bh — процессоры

Базовый класс 0Ch — контроллеры последовательных шин

Базовый класс 0Dh — контроллеры беспроводных интерфейсов

Подкласс Интерфейс Назначение

Базовый класс 0Eh — контроллеры интеллигентного ввода вывода (I2O) Базовый класс 0Fh — контроллеры спутниковых коммуникаций Базовый класс 10h — контроллеры шифрования

PCI BIOS

Для облегчения взаимодействия с устройствами PCI имеются дополнительные функции BIOS, доступные как из реального, так и защищенного режима работы процессора. Функции PCI BIOS используются только для поиска и конфигуриро$ вания устройств PCI — процедур, требующих доступа к их конфигурационному пространству. Функции приходится поддерживать и использовать потому, что циклы конфигурационных обращений, как и специальный цикл, выполняются специфическим образом. Кроме того, PCI BIOS позволяет управлять коммутато$ ром запроса прерываний (PCI Interrupt Steering), скрывая специфический про$ граммный интерфейс чипсета системной платы. Остальное взаимодействие с устройствами через их пространства памяти и ввода$вывода, а также обработка прерываний в поддержке со стороны BIOS не нуждаются, поскольку выполняют$ ся непосредственно командами процессора и не зависят от платформы (чипсета системной платы). Регулярная работа с этими устройствами выполняется через обращения к регистрам устройств по адресам, полученным при конфигурирова$ нии, и обработку известных номеров прерываний от этих устройств. Функция про$ верки наличия PCI BIOS позволяет определить доступные конфигурационные механизмы, и, зная их работу, программа в дальнейшем может обходиться и без вызовов PCI BIOS.

Программы с помощью функций PCI BIOS могут искать интересующие их уст$ ройства по идентификаторам или кодам класса. Если стоит задача полного «пере$ учета» установленных устройств, то она решается чтением конфигурационной информации по всем функциям всех устройств всех шин — это быстрее, чем пере$ бирать все возможные сочетания идентификаторов или классов кодов. Для най$ денных устройств программы должны определять реальные настройки чтением регистров конфигурационного пространства, учитывая возможность перемещения ресурсов по всему пространству и даже между пространствами памяти и ввода$ вывода.

Для 16 битного интерфейса реального режима, V86 и 16$битного защищенного режима, функции PCI BIOS вызываются через прерывание Int 1Ah; номер функ$ ции задается при вызове в регистре AX. Возможна и программная имитация пре$ рывания дальним вызовом по физическому адресу 000FFE6Eh (стандартная точ$ ка входа в обработчик Int 1Ah) с предварительным занесением в стек регистра флагов.

Для 32$разрядных вызовов защищенного режима все эти же функции вызываются через точку входа, найденную через каталог 32$разрядных сервисов (см. ниже), при этом назначение входных и выходных регистров и флага CF сохраняется. До использования 32$разрядного интерфейса следует сначала найти его каталог и убе$ диться в наличии сервисов PCI BIOS по идентификатору «$PCI» (049435024h).

Вызовы требуют глубокого стека (до 1024 байт). Признаком нормального выпол$ нения является CF = 0 и AH = 0; при CF = 1 AH содержит код ошибки:

81h — неподдерживаемая функция;

83h — неправильный идентификатор производителя;

86h — устройство не найдено;

87h — неправильный номер регистра PCI;

88h — установка не удалась;

89h — слишком маленький буфер для данных. Функции PCI BIOS перечислены ниже:

AX = B101h — проверка присутствия PCI BIOS. При наличии PCI BIOS возвраща$ ет CF = 0, AH = 0 и EDX = 20494350h (строка символов «PCI»); проверяться должны все три признака. При этом в AL находится описатель аппаратного механизма до$ ступа к конфигурационному пространству и генерации специальных циклов PCI:

бит 0 — поддержка механизма № 1 для доступа к конфигурационному простран$ ству;

бит 1 — поддержка механизма № 2 для доступа к конфигурационному простран$ ству;

биты [2:3] = 00 (резерв);

бит 4 — поддержка генерации специального цикла с использованием механиз$ ма № 1;

бит 5 — поддержка генерации специального цикла с использованием механиз$ ма № 2;

биты [6:7] = 00 (резерв).

В регистрах BH и BL возвращается старший и младший номер версии (BCD$циф$ ры), в CL — максимальный номер шины PCI, присутствующий в системе (число шин – 1, поскольку они нумеруются с нуля последовательно). В регистре EDI мо$ жет возвращаться линейный адрес точки входа 32$разрядных сервисов BIOS. Этот адрес возвращается не всеми версиями BIOS (некоторые не изменяют EDI); для проверки можно при вызове обнулять EDI и проверять на нуль возвращенное зна$ чение.

AX = B102h — поиск устройства по идентификатору. При вызове в CX указыва$ ется идентификатор устройства, в DX — идентификатор производителя, в SI — индекс (порядковый номер) устройства. При успешном возврате в BH — номер шины, в BL[7:3] — номер устройства, BL[2:0] — номер функции. Для нахож$ дения всех устройств с указанными идентификаторами вызовы выполняют, последовательно инкрементируя SI от 0 до получения кода возврата 86h.

AX = B103h — поиск устройства по коду класса. При вызове в ECX[23:16] ука$ зывается код класса, в ECX[15:8] — подкласса, в ECX[7:0] — интерфейс, в SI — индекс устройства (аналогично предыдущему). При успешном возврате в BH — номер шины, в BL[7:3] — номер устройства, BL[2:0] — номер функции.

AX = B106h — генерация специального цикла PCI. При вызове в BL указывается номер шины, в EDX — данные специального цикла.

AX = B108h — чтение байта из конфигурационного пространства устройства PCI. При вызове в BH — номер шины, в BL[7:3] — номер устройства, BL[2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0–FFh). При успешном возврате в CL — считанный байт.

AX = B109h — чтение слова из конфигурационного пространства устройства PCI.

При вызове в BH — номер шины, в BL[7:3] — номер устройства, BL[2:0] — но$ мер функции, в DI — номер регистра (0–FFh, четный). При успешном возврате

вCX — считанное слово.

AX = B10Ah — чтение двойного слова из конфигурационного пространства уст ройства PCI. При вызове в BH — номер шины, в BL[7:3] — номер устройства, BL[2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0–FFh, кратный 4). При успешном возврате в ECX — считанное двойное слово.

AX = B10Bh — запись байта в конфигурационное пространство устройства PCI.

При вызове в BH — номер шины, в BL[7:3] — номер устройства, BL[2:0] — но$ мер функции, в DI — номер регистра (0–FFh), в CL — записываемый байт.

AX = B10Ch — запись слова в конфигурационное пространство устройства PCI.

При вызове в BH — номер шины, в BL[7:3] — номер устройства, BL[2:0] — но$ мер функции, в DI — номер регистра (0–FFh, четный), в CX — записываемое слово.

AX = B10Dh — запись двойного слова в конфигурационное пространство устрой ства PCI. ПривызовевBH —номершины,вBL[7:3]—номерустройства,BL[2:0] — номер функции, в DI — номер регистра (0–FFh, кратный 4), в ECX — записыва$ емое двойное слово.

AX = B10Eh — определение возможностей назначения прерываний (GET_IRQ_ ROUTING_OPTIONS). При вызове BX=0, ES:EDI указывает на структуру парамет$ ров буфера для результата, состоящую из слова с длиной буфера, за которым располагается дальний указатель на его начало. DS в 16$разрядом режиме ука$ зывает на сегмент с физическим адресом F0000, в 32$разрядном определяется правилами из следующего раздела. При успешном возврате в BX находится би$ товая карта запросов IRQx, в которой единичное значение бита означает, что дан$ ный вход контроллера прерываний используется исключительно шиной PCI. В буфер помещается последовательный набор структур, описывающих возмож$ ности и назначение прерываний для каждого устройства PCI (табл. 5.2). При возврате в структуре параметров буфера возвращается его реальная длина; если при вызове указан буфер, не вмещающий весь результат, устанавливается код ошибки 89h.

AX = B10Fh — назначение линий запроса прерываний (SET_PCI_IRQ). При вызове

вBH задается номер шины, в BL — номер устройства (биты [7:3]) и функции (биты

Таблица 5.3. Заголовок модуля дополнительного ПЗУ

Втрадиционном заголовке присутствовали только первые три поля, указатели на структуры PCI и ISA PnP ввели позже. Корректным считается модуль, начинаю$ щийся с признака AA55h (значения 16$битного слова с учетом порядка байтов) и нулевой суммой (по модулю 256) всех байтов в объявленной области (реальная длина модуля может превышать объявленную, но байт контрольной суммы, есте$ ственно, должен входить в объявленную область).

Вслучае обнаружения корректного модуля POST дальним вызовом (Call Far) вызывает процедуру инициализации модуля, начинающуюся с 3$го адреса заго$ ловка модуля. Ответственность за ее корректность полностью ложится на разра$ ботчика. Процедура может переопределять векторы прерываний, обслуживаемых BIOS. Переопределив на себя вектор Bootstrap (Int 19h), можно получить управ$ ление при загрузке, что и используется, например, для удаленной загрузки компь$ ютеров через локальную сеть (Remote Boot Reset). Если стандартное продолже$ ние процедуры загрузки не требуется, а дополнительный модуль представляет собой, например, управляющую программу для какого$либо оборудования, вмес$ то процедуры инициализации в ПЗУ может находиться и основная программа, не возвращающая управление системной последовательности POST, которая бы вы$ полнила обычную загрузку.

Процедура инициализации и программная поддержка устройства в ПЗУ должны быть написаны таким образом, чтобы им были безразличны абсолютные адреса, по которым они размещаются в пространстве памяти. На картах расширения, как правило, имеются средства изменения базового адреса, а иногда и размера ПЗУ (джамперы или программно$управляемые переключатели). Это позволяет бескон$ фликтно разместить модули ПЗУ нескольких установленных карт.

Для содержимого ПЗУ расширения BIOS, установленных на картах PCI, принят стандарт, несколько отличающийся от традиционных дополнительных модулей ROM BIOS. Заголовок ПЗУ соответствует традиционному, но дополнительно имеет указатель на структуру данных PCI (табл. 5.4). Идентификаторы произво$ дителя и устройства, а также код класса совпадают с описанными в конфигураци$ онном пространстве устройства PCI. Поскольку шина PCI используется не толь$

ко в PC, в ПЗУ карты может храниться несколько программных модулей. Каждый модуль начинается со структуры данных, сам модуль следует сразу за структурой. За ним начинается структура для следующего модуля (если у предыдущего не ус$ тановлен признак последнего модуля) и т. д. Тип платформы (процессора) указы$ вается в заголовке модуля и при инициализации BIOS активизируется только нуж$ ный. Такой механизм позволяет, например, один и тот же графический адаптер устанавливать и в IBM PC, и в Power PC.

Таблица 5.4. Структура данных PCI

Применительно к дополнительному ПЗУ карты PCI имеется три параметра, отно$ сящихся к размерам областей памяти. Размер ПЗУ определяется чтением конфи$ гурационного пространства. Размер, указанный в байте 2 заголовка, указывает на длину модуля на этапе инициализации. Этот модуль POST загружает в ОЗУ пе$ ред тем, как вызвать процедуру инициализации (точка входа со смещением 3). Контрольная сумма, расположенная обычно в конце модуля, обеспечивает нуле$ вую сумму всех байтов. Длина рабочего образа, указанная в структуре данных PCI (слово со смещением 10h), описывает размер области, которая должна постоянно оставаться в памяти в режиме нормального функционирования (она может быть меньше указанной в байте 2 заголовка, поскольку код процедуры инициализации уже не требуется). Эта область также защищается контрольной суммой.

Работа с модулями ПЗУ для карт PCI выполняется в соответствии с моделью DDIM (Device Driver Initialization Model — модель инициализации драйвера устройств). POST определяет наличие ПЗУ по полю Expansion ROM Base Address в конфи$ гурационном пространстве устройства, обнаруженного на карте, и назначает ему

1До спецификации PCI 2.2 здесь помещался указатель на строку Vital Product Data (важные сведения о продукте).