Аппаратные интерфейсы ПК

         

Интерфейсы PCMCIA, PC Card и CardBus


В начале 90-х годов организация PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — международная ассоциация производителей карт памя­ти для персональных компьютеров) начала работы по стандартизации шин расши­рения блокнотных компьютеров, в первую очередь предназначенных для расши­рения памяти. Первым появился стандарт PCMCIA Standard Release 1.0/JEIDA 4.0 (июнь 1990 г.), в котором был описан 68-контактный интерфейс и два типоразмера карт: Туре I и Туре II PC Card. Поначалу стандарт касался электрических и физиче­ских требований только для карт памяти. Был введен метаформат информацион­ной структуры карты CIS (Card Information Structure), в которой описываются характеристики и возможности карты, — ключевой элемент взаимозаменяемости карт и обеспечения механизма PnP.

6.5. Шины и карты расширения блокнотных ПК__________________________ 229

Следующая версия PCMCIA 2.0 (1991 г.) для того же разъема определила интерфейс операций ввода-вывода, двойное питание для карт памяти, а также методики тести­рования. В версии 2.01 была добавлена спецификация PC CardATA, новый типо­размер Туре III, спецификация автоиндексируемой массовой памяти AIMS (Auto-Indexing Mass Storage) и начальный вариант сервисной спецификации (Card Services Specification). В версии 2.1 (1994 г.) расширили спецификации сервисов карт и сокетов (Card and Socket Services Specificaiton) и развили структуру CIS.

Стандарт PC Card (1995 г.) явился продолжением предыдущих; в нем введены дополнительные требования для улучшения совместимости и новые возможно­сти: питание 3,3 В, поддержка DMA и 32-битного режима прямого управления шиной CardBus. В дальнейшем в стандарт были введены и другие дополнительные возможности.

Все карты PCMCIA и PC Card имеют 68-контактный разъем, назначение контактов у которого варьируется в зависимости от типа интерфейса карты. Тип интерфейса «заказывается» картой при установке ее в слот, который, естественно, должен под­держивать требуемый интерфейс. Интерфейс памяти обеспечивает 8- и 16-битные обращения с минимальным временем цикла 100 не, что дает максимальную про­изводительность 10 и 20 Мбайт/с соответственно. Интерфейс ввода-вывода имеет минимальную длительность цикла 255 не, что соответствует 3,92/7,84 Мбайт/с для 8-/16-битных обращений. Интерфейс CardBus поддерживает практически такой же протокол обмена, что и PCI, но с некоторыми упрощениями.
Тактовая частота 33 МГц и разрядность 32 бита обеспечивают пиковую пропускную способность в пакетном цикле до 132 Мбайт/с, картам предоставляется возможность прямого управления шиной (bus mastering). Здесь используется та же система автомати­ческого конфигурирования, что и в PCI (через регистры конфигурационного про­странства). В интерфейс заложены дополнительные возможности для цифровой передачи аудиосигнала, причем как в традиционной форме ИКМ, так и в новой (забытой старой) форме ШИМ (PWM).

Для дисковых устройств АТА в формате PC Card имеется специальная специфи­кация интерфейса (см. п. 9.2.1).

Различают 4 типа PC Card: у них у всех размер в плане 54 х 85,5 мм, но разная толщина (меньшие адаптеры встают в большие гнезда):

¦     PC Card Type I — 3,3 мм — карты памяти;

¦     PC Card Type II — 5 мм — карты устройств ввода-вывода, модемы, адаптеры локальных сетей;

¦     PC Card Type III — 10,5 мм — дисковые устройства хранения;

¦     PC Card Type IV — 16 мм (упоминания об этом типе на сайте www.pc-card.com найти не удалось).



Есть еще и маленькие карты Small PC Card размером 45 х 42,8 мм с тем же коннек­тором и теми же типами по толщине.

Для карт памяти (динамической, статической, постоянной и флэш-памяти) ассо­циация PCMCIA поддерживает и стандарт Miniature Card (см. п. 9.3.4).

230

Глава 6. Шины и карты расширения

Назначение контактов разъемов для разных типов интерфейса приведено в табл. 6.18, назначение сигналов для интерфейсов карт памяти и ввода-вывода — в табл. 6.19. Для карт CardBus обозначение сигналов начинается с префикса «С», за которым следует имя сигнала, принятое для шины PCI (см. п. 6.2.2).

Таблица 6.18. Разъем PC Card



Тип интерфейса



Тип интерфейса

16 бит

32 бита

16 бит

32 бита

Mem

l/O+Mem

CardBus

Mem

l/O+Mem

CardBus

1

GND

GND

GND

35

GND

GND

GND

2

D3

D3

CADO

36

CD1#

CD1#

CCD1#

3

D4

D4

CAD1

37

D11

D11

CAD2

4

D5

D5

CAD3

38

D12

D12

CAD4

5

D6

D6

CAD5

39

D13

D13

CAD6

6

D7

D7

CAD7

40

D14

D14

Резерв

7

СЕ1#

CE1#

CCBEO*

41

D15

D15

CAD8

8

А10

A10

CAD9

42

CE2#

CE2#

CAD10

9

ОЕ#

OE#

CAD11

43

VS1#

VS1#

CVS1

10

А11

A11

CAD12

44

Резерв

IORD#

CAD13

11

А9

A9

CAD14

45

Резерв

IOWR#

CAD15

12

А8

A8

CCBE1*

46

A17

A17

CAD 16

13

А13

A13

CPAR

47

A18

A18

Резерв

14

А14

A14

CPERR#

48

A19

A19

CBLOCK#

15

WE#

WE#

CGNT#

49

A20

A20

CSTOPff

16

READY

IREQ#

CINT#

50

A21

A21

CDEVSEL*

17

Vcc

Vcc

VCC

51

Vcc

Vcc

Vcc

18

Vpp1

Vpp1

Vpp1

52

VPP2

Vpp2

Vpp2

19

A16

A16

CCLK

53

A22

A22

CTRDY»

20

A15

A15

CIRDY*

54

A23

A23

CFRAME#

21

A12

A12

CCBE2#

55

A24

A24

CAD17

22

A7

A7

CAD 18

56

A25 .

A25

CAD 19

23

A6

A6

CAD20

57

VS2#

VS2#

CVS2

24

A5

A5

CAD21

58

RESET

RESET

CRST#

25

A4

A4

CAD22

59

WAIT#

WAIT#

CSERR#

26

A3

A3

CAD23

60

Резерв

INPACK*

CREQ#

27

A2

A2

CAD24

6t

REG#

REG#

CCBE3*

28

A1

A1

CAD25

62

BVD2

SPKR#

CAUDIO

29

АО

АО

CAD26

63

BVD1

STSCHG*

CSTSCHG

30

DO

DO

CAD27

64

D8

D8

CAD28

31

D1

D1

CAD29

65

D9

D9

CAD30

32

D2

D2

Резерв

66

D10

D10

CAD31

33

WP

IOIS16»

CCLKRUN*

67

CD2#

CD2#

CCD2#

34

GND

GND

GND

68

GND

GND

GND

<


6.5. Шины и карты расширения блокнотных ПК

231

Таблица 6.19. Назначение сигналов карт памяти и ввода-вывода

Сигнал

I/O

Назначение

 

А[10:0]

I

BVD1.BVD2

I/O

STSCHGff

I/O

SPKR#

0

CD1#,CD2#

0

СЕ1#,СЕ2#

I

D[15:0] INPACK#

I/O 0

IORD# IOWR#

1

1

OE# RDY/BSY# IREQ# INTRQ REG#

1 1 0 0

1

RESET VS1#,VS2#

1 о

WAIT» WE#

0

1

WP

0

IOCS16#

0

Линии шины адреса

Battery Volt Detection — идентификаторы батарейного питания

(Ю) Сигнализация хосту о смене состояния RDY/BSY* и Write Protect. Использование этого сигнала контролируется регистром управления и состояния карты Card Config and Status Register

(Ю) Дискретный аудиовыход (на динамик)

Card Detect — сигналы обнаружения (заземлены на карте), по которым хост определяет, что карта полностью вставлена в слот

(Ю, Mem) Card Enable — выбор (разрешение) карты и определение разрядности передачи. Сигнал СЕ2# всегда относится к нечетному байту, СЕ1 # — к четному или нечетному, в зависимости от АО и СЕ2#. С помощью этих сигналов 8-битный хост может обмениваться с 16-битными картами по линиям D[7:0]

Шина данных (у 8-битных сигналы D[15:8] отсутствуют)

(Ю) Input Acknowledge — подтверждение ввода, ответ карты на сигнал IORD* (по этому сигналу хост открывает свои буферы данных)

Строб команды чтения портов

Строб команды записи портов (данные должны фиксироваться по положительному перепаду)

Чтение данных из памяти, конфигурационных регистров и CIS Готовность карты к обмену данными (при высоком уровне) Запрос прерывания (низким уровнем) Запрос прерывания (высоким уровнем)

Выбор памяти атрибутов (Mem). Для карт Ю сигнал должен быть активен в циклах команд ввода-вывода. В режиме IDE пассивен (соединен с Vcc на стороне хоста)

Сброс (высоким уровнем)

Voltage Sense — сигналы определения номинала питания. Заземленный сигнал VS1 # означает способность чтения карты при питании 3,3 В

Запрос (низким уровнем) на продление цикла обращения



Строб записи в память и конфигурационные регистры ( в IDE не используется, соединяется хостом с Vcc)

Write Protect — защита от записи (для карт памяти), запись в память возможна при низком уровне

Разрешение 16-битного обмена

Интерфейс карт памяти и ввода-вывода прост — он практически совпадает с ин­терфейсом статической асинхронной памяти. Карта выбирается сигналами СЕ#, действующими одновременно с установленным адресом. Чтение памяти и конфи­гурационных регистров выполняется по сигналу ОЕ#, запись — по сигналу WE#. Признаком, разделяющим в этих обращениях основную память и конфигура­ционные регистры, принадлежащие области памяти атрибутов карты, является

232  ____________________________________ Глава 6. Шины и карты расширения

сигнал REG#, действующий одновременно с СЕ# и адресом. Для обращения к пор­там ввода-вывода служат отдельные сигналы IORD* и IOWR#; во время их действия должен быть активен и сигнал REG#. В процессе обращения к портам карта может выдать признак возможности 16-битных обращений сигналом IOSC16* (как на шине ISA). Чтение порта устройство должно подтверждать сигналом INPACK*, устанавливаемым и снимаемым картой по сигналу СЕ#. Благодаря этому сигналу хост может убедиться в том, что он читает не пустой слот.

Слоты PC Card могут предоставлять возможность прямого доступа к памяти (DMA). Реализация DMA — самый дешевый способ разгрузки процессора, но такая реализация имеется не на всех хостах, а только на простых, основанных на шине ISA. Для систем с шиной PCI более естественно прямое управление шиной CardBus, правда, для карт реализация прямого управления обходится не дешево.

Для мультимедийных карт имеется возможность переключения интерфейса в спе­циальный режим ZVPort (Zoomed Video), в котором организуется отдельный двух­точечный интерфейс передачи данных между картой и хост-системой. По смыслу интерфейс напоминает коннектор VFC графических карт — выделенная шина для передачи видеоданных, не связанная с остальными шинами (и не загружающая их), но имеет иной протокол.


В режиме ZV Port адресные линии А[25:4], а также линии BVD2/SPKR*, INPACK* и IOIS16# получают иное назначение — по ним пере­даются видеоданные и 4 цифровых аудиоканала. Для обычного интерфейса оста­ются лишь 4 адресные линии, позволяющие адресоваться к 16 байтам общей па­мяти и атрибутов карты.

Интерфейс порта ZV соответствует временным диаграммам CCIR601, что позво­ляет декодеру NTSC в реальном времени доставлять видеоданные с карты в эк­ранный буфер VGA. Видеоданные могут поступать на карту как с внешнего ви­деовхода, так и с декодера MPEG.

Карты имеют специальное выделенное пространство памяти атрибутов, в котором находятся конфигурационные и управляющие регистры карты, предназначенные для автоконфигурирования. Стандартом описан формат информационной струк­туры карты (Card Information Structure, CIS). Карты могут быть многофункци­ональными (например, комбинация модема и сетевого адаптера). В спецификации MFPC (Multiple Function PC Cards) для каждой функции предусматриваются отдельные конфигурационные регистры и определяются правила разделения (сов­местного использования) линии запроса прерывания.

Для устройств внешней памяти стандарт описывает форматы хранения данных, совместимые с FAT MS-DOS, а также ориентированные на флэш-память как основной носитель информации. Для непосредственного исполнения модулей ПО, хранящихся в ПЗУ карты, имеется спецификация XIP (eXecute In Place), описывающая программный интерфейс вызова этих модулей (вместо загрузки ПО в ОЗУ).

Стандарт описывает программный интерфейс сервисов карт (Card Services), обес­печивающий унификацию взаимодействия его клиентов (драйверов, прикладно-

6.5. Шины и карты расширения блокнотных ПК                     __________________ 233

го ПО и утилит) с устройствами. Имеется также и интерфейс сервисов сокета (Socket Services), с помощью которого выполняются операции, связанные с обна­ружением фактов подключения-отключения карт, их идентификации, конфигу­рирования питания и аппаратного интерфейса.



В стандарте имеются описания специфических особенностей, свойственных двум организациям, ведущим стандарт PC Card.

¦     PCMCIA описывает автоиндексируемую массовую память (AIMS) для хране­ния больших массивов данных (изображений, мультимедийных данных) на блочно-ориентированных устройствах. Имеется также спецификация 15-кон­тактного экранированного разъема для подключения модемов и адаптеров ло­кальной сети (15-pin Shielded Modem I/O connector) и 7-контактного для под­ключения модемов (7-pin Modem I/O connector).

¦     JEDIA для карт памяти предлагает формат файлов Small Block Flash Format, упрощающий файловую систему. Формат SISRIF (Still Image, Sound and Related Information Format) предназначен для записи изображений и звука на карты памяти. Имеется и спецификация для карт динамической памяти.

Большинство адаптеров выпускается с поддержкой технологии PnP и предусмат­ривает «горячее» подключение — интерфейсные карты могут вставляться и вы­ниматься без выключения компьютера. Для этого контакты шин питания имеют большую длину, чем сигнальные, обеспечивая их упреждающее подключение и запаздывающее отключение. Два контакта обнаружения карты CD1 # и CD2# (Card Detect) короче остальных — их замыкание для хоста означает, что карта полно­стью вставлена в слот. Несмотря на возможность динамического конфигурирова­ния, в некоторых случаях при изменении конфигурации требуется перезагрузка системы.

Первоначально карты и хост-системы использовали напряжение питания логики +5 В. Для перехода на низковольтное питание (3,3 В) был введен механический ключ, не допускающий установки карты на 3,3 В в слот, дающий только 5 В. Кро­ме того, были определены контакты 43 (VS1#) и 57 (VS2#) для выбора питающего напряжения. На картах с питанием 5 В они оба свободны; на картах 3,3 В контакт VS1# заземлен, a VS2# свободен. По этим линиям хост, допускающий оба вариан­та напряжения питания, определяет потребности установленной карты и подает соответствующее напряжение.


Если хост не способен обеспечить требуемый номи­нал, он должен не подавать питание, а выдать сообщение об ошибке подключения. Карты обычно поддерживают управление энергопотреблением (АРМ), что особо актуально при автономном питании компьютера.

В стандарте PC Card выпускают самые разнообразные устройства — память, устрой­ства хранения, коммуникационные средства, интерфейсные порты, игровые адап­теры, мультимедийные устройства и т. п., правда, все они существенно дороже своих крупногабаритных аналогов. Через слот PC Card портативные компьютеры могут подключаться к док-станциям, в которые может быть установлена обычная

234_____________________________________ Глава 6. Шины и карты расширения

периферия. Недостаточно строгое следование производителей стандарту иногда приводит к проблемам совместимости.

Слоты PC Card подключаются к системной шине блокнотного ПК через мост; для компьютеров с внутренней шиной PCI это будет мост PCI-PC Card. В блокнот­ных ПК могут быть и слоты Small PCI (SPCI, см. п. 6.2.9), но они недоступны без вскрытия корпуса и не допускают «горячей» замены устройств.


Содержание раздела