Электрический интерфейс, слоты и карты PCI
Для работы на шине PCI используются микросхемы КМОП (CMOS), причем имеются две спецификации: с напряжениями питания интерфейсных схем 5 и 3,3 В. Для них применимы параметры сигналов на постоянном токе, приведенные в табл. 6.13. Однако мощность интерфейсных элементов (транзисторов для вентилей) выбрана меньшей, чем требовалось бы для переключения сигналов на высокой частоте (33 или 66 МГц). Здесь используется эффект отражения сигналов, формируемых микросхемами на проводниках шины, от несогласованных концов этих проводников, являющихся для таких высоких частот длинными линиями. На концах проводников шины нет терминаторов, поэтому от них приходящая волна сигнала отражается с тем же знаком и с той же амплитудой. Складываясь с прямым сигналом, обратная волна и обеспечивает нужный приемнику уровень сигнала. Таким образом, передатчик генерирует сигнал, который до прихода отраженного находится между уровнями переключения.
Таблица 6.13 . Параметры интерфейсных сигналов на постоянном токе
| Параметр | 5 В | 3,3 В |
| Входное напряжение низкого уровня, В | –0,5<UIL<0,8 | –0,5<UIL≤0,3×VCC |
| Входное напряжение высокого уровня, В | 2≤UIH≤VCC+0,5 | VCC/2≤UIH≤VCC+0,5 |
| Выходное напряжение низкого уровня, В | UIL≤0,55 | UOL≤0,1×VCC |
| Выходное напряжение высокого уровня, В | UOH≥0,8 | UOH≥0,9×VCC |
| Напряжение питания VCC, В | 4,75≤UCC≤5,25 | 3,3≤UCC≤3,6 |
Линии управляющих сигналов FRAME#, TRDY#, IRDY#, DEVSEL#, STOP#, SERR#, PERR#, LOCK#, INTA#, INTB#, INTC#, INTD#, REQ64# и ACK64# на системной плате подтягиваются к шине питания резисторами (типично 2,7 кОм для версии 5 В и 8,2 кОм для 3,3 В), чтобы не было ложных срабатываний при пассивности всех агентов шины.
Электрическая спецификация рассчитана на два предельных варианта нагрузки одной шины: 2 устройства PCI на системной плате плюс 4 слота или 4 устройства и 2 слота. При этом подразумевается, что одно устройство на каждую линию шины PCI дает только единичную КМОП-нагрузку. В слоты могут устанавливаться карты, тоже дающие только единичную нагрузку. На длину проводников, а также топологию расположения элементов и проводников на картах расширения накладываются жесткие ограничения. Из-за этого изготовление самодельных карт PCI на логических микросхемах средней степени интеграции становится проблематичным.
Слоты PCI представляют собой щелевые разъемы, имеющие контакты с шагом 0,05 дюйма. Слоты расположены несколько дальше от задней панели, чем ISA/EISA или MCA. Компоненты карт PCI расположены на левой поверхности плат. По этой причине крайний PCI-слот обычно совместно использует посадочное место адаптера (прорезь на задней стенке корпуса) с соседним ISA-слотом. Такой слот называют разделяемым (shared slot), в него может устанавливаться либо карта ISA, либо PCI.
Карты PCI могут предназначаться для уровня интерфейсных сигналов 5 В и 3,3 В, а также быть универсальными. Слоты PCI имеют уровни сигналов, соответствующие питанию микросхем PCI-устройств системной платы: либо 5 В, либо 3,3 В. Во избежании ошибочного подключения слоты имеют ключи, определяющие номинал напряжения. Ключами являются пропущенные ряды контактов 12,13 и 50, 51. Для слота на 5 В ключ расположен на месте контактов 50, 51; для 3,3 В — 12, 13. На краевых разъемах карт PCI имеются ответные прорези на месте контактов 50,51 (5 В) и 12,13 (3,3 В); на универсальной карте имеется оба ключа. Ключи не позволяют установить карту в слот с неподходящим напряжением питания. Карты и слоты различаются лишь питанием буферных схем, которое поступает с линий +V I/O:
♦ на слоте «5 В» на линии +V I/O подается +5 В;
♦ на слоте «3,3 В» на линии +V I/O подается +(3,3–3,6) В;
♦ на карте «5 В» буферные микросхемы рассчитаны только на питание +5 В;
♦ на карте «3,3 В» буферные микросхемы рассчитаны только на питание +(3,3–3,6) В;
♦ на универсальной карте буферные микросхемы допускают оба варианта питания и будут нормально формировать и воспринимать сигналы по спецификациям 5 или 3,3 В, в зависимости от типа слота, в который установлена карта.
На слотах обоих типов присутствуют питающие напряжения +3,3, +5, +12 и -12В на одноименных линиях. В PCI 2.2 определена дополнительная линия 3.3Vaux — «дежурное» питание +3,3 В для устройств, формирующих сигнал РМЕ# при отключенном основном питании.
На системных платах чаще всего встречаются 5-вольтовые 32-битные слоты, заканчивающиеся контактами А62/В62; 64-битные слоты встречаются реже, они длиннее и заканчиваются контактами А94/В94. Конструкция разъемов и протокол позволяют устанавливать 64-битные карты и в 32-битные разъемы, и наоборот, но при этом, естественно, обмен будет в 32-битном режиме.
Тактовая частота шины определяется по возможностям чипсета и всех абонентов шины. Высокая частота 66 МГц может устанавливаться тактовым генератором только при высоком уровне на линии M66EN. Таким образом, установка любой карты, не поддерживающей 66 МГц (с заземленным контактом B49), приведет к понижению частоты, шины до 33 МГц. Серверные системные платы, на которых имеется несколько шин PCI, позволяют использовать на разных шинах разные частоты (66 и 33 МГц). Так, например, можно на 64-битных слотах использовать частоту 66 МГц, а на 32-битных — 33. Разгон нормальной частоты 33 МГц до 40–50 МГц аппаратно не контролируется, но может приводить к ошибкам работы карт расширения.
На рис. 6.8 изображена 32-битная карта максимального размера (Long Card), длина короткой платы (Short Card) — 175 мм, но многие карты имеют и меньшие размеры. Карта имеет обрамление (скобку), стандартное для конструктива ISA (раньше встречались карты и с обрамлением в стиле MCA IBM PS/2). Назначение выводов универсального разъема приведено в табл. 6.14.
Рис. 6.8 . Карта расширения для шины PCI
Таблица 6.14 . Разъемы шины PCI
| Ряд В | № | Ряд A | Ряд В | № | Ряд A |
| -12В | TRST# | GND/M66EN¹ | AD9 | ||
| TCK | +12В | GND/Ключ 5 В | GND/Ключ 5 В | ||
| GND | TMS | GND/Ключ 5 В | GND/Ключ 5 В | ||
| TDO | TDI | AD 8 | С/ВЕ0# | ||
| +5 8 | +5 В | AD 7 | +3,3 В | ||
| +5 В | INTA# | +3,38 | AD 6 | ||
| INTB# | INTC# | AD 5 | AD 4 | ||
| INTD# | +5 В | AD 3 | GND | ||
| PRSNT1# | Резерв | GND | AD 2 | ||
| Резерв | +V I/O | AD 1 | AD 0 | ||
| PRSNT2# | Резерв | +V I/O | +V I/O | ||
| GND/Ключ 3,3 | В 12 | GND/Ключ 3,3В | ACK64# | REQ64# | |
| GND/Ключ 3,3 В | GND/Ключ 3,3 В | +5 В | +5 В | ||
| Резерв | 3.3Vaux² | +5 В | +5 В | ||
| GND | RST# | Конец 32-битного разъема | |||
| CLK | +V I/O | Резерв | |||
| GND | GNT# | GND | C/BE7# | ||
| REQ# | GND | С/ВЕ6# | C/BE5# | ||
| +V I/O | PME#² | С/BE4# | +V I/O | ||
| AD 31 | AD 30 | GND | PAR64 | ||
| AD 29 | +3,3 В | AD 63 | AD 62 | ||
| GND | AD 28 | AD 61 | GND | ||
| AD 27 | AD 26 | +V I/O | AD 60 | ||
| AD 25 | GND | AD 59 | AD 58 | ||
| +3,3 В | AD 24 | AD 57 | GND | ||
| C/BE3# | IDSEL | GND | AD 56 | ||
| AD 23 | +3,3 8 | AD 55 | AD 54 | ||
| GND | AD 22 | AD 53 | +V I/O | ||
| AD 21 | AD 20 | GND | AD 52 | ||
| AD 19 | GND | AD 51 | AD 50 | ||
| +3.3 В | AD 18 | AD 49 | GND | ||
| AD 17 | AD 16 | +V I/O | AD 48 | ||
| С/BE2# | +3,3 В | AD 47 | AD 46 | ||
| GND | FRAME# | AD 45 | GND | ||
| IRDY# | GND | GND | AD 44 | ||
| +3,3 В | TRDY# | AD 43 | AD 42 | ||
| DEVSEL# | GND | AD 41 | +V I/O | ||
| GND | STOP# | GND | AD 40 | ||
| LOCK# | +3,3 В | AD 39 | AD 38 | ||
| PERR# | (SDONE#)³ | AD 37 | GND | ||
| +3,3 В | (SBOFF#)³ | +V I/O | AD 36 | ||
| SERR# | GND | AD 35 | AD 34 | ||
| +3,3 В | PAR | AD 33 | GND | ||
| C/BE1# | AD 15 | GND | AD 32 | ||
| AD 14 | +3,3 В | Резерв | Резерв | ||
| GND | AD 13 | Резерв | GND | ||
| AD 12 | AD 11 | GND | Резерв | ||
| AD 10 | GND | Конец 64-битного разъема |
¹ Сигнал M66EN определен в PCI 2.1 только для слотов на 3,3 В.
² Сигнал введен в PCI 2.2 (прежде был резерв).
³ Сигналы упразднены в PCI 2.2 (для совместимости на системной плате подтягиваются к высокому уровню резисторами 5 кОм).
На слотах PCI имеются контакты для тестирования адаптеров по интерфейсу JTAG (сигналы TCK, TDI, TDO, TMS и TRST#). На системной плате эти сигналы задействованы не всегда, но они могут и организовывать логическую цепочку тестируемых адаптеров, к которой можно подключить внешнее тестовое оборудование. Для непрерывности цепочки на карте, не использующей JTAG, должна быть связь TDI-TDO.
На некоторых старых системных платах позади одного из слотов PCI имеется разъем Media Bus, на который выводятся сигналы ISA. Он предназначен для размещения на графическом адаптере PCI звукового чипсета, предназначенного для шины ISA.