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