Средства тестирования и отладки пэвм

После аппаратного сброса (или включения питания) устройства PCI не отвечают на обращения к пространству памяти и ввода/вывода и доступны только для операций конфигурирования. В этих операциях устройства выбираются по индивидуальным сигналам IDSEL# (обычно являющихся старшими разрядами линий адреса шины PCI) и сообщают о своих потребностях в ресурсах и возможных диапазонах их перемещения.

После распределения ресурсов, выполняемого программой конфигурирования (во время POST), в устройства записываются их конфигурационные параметры и они становятся доступны командам обращения к памяти и портам ввода/вывода.

Формат конфигурационного пространства карт PCI и конфигурационных регистров карт ISA различен.

Однако, необходимость поддерживать старые карты ISA, не предусматривающие средств автоматической конфигурации (которые, кстати, получили в англоязычной литературе название legacy cards, где legacy – наследие), привела к определенным усложнениям в процессах конфигурации, позволяющим учитывать занятые такими картами ресурсы и исключать их из распределения.

Спецификации Plug & Play были построены с использованием принципов конфигурирования шины EISA, в которой имеется специальная память конфигурирования. Поэтому для сохранения информации о распределении ресурсов, получившая название Extended System Configuration Data (ESCD – расширенные данные конфигурирования системы) записывается в специальную память, сохраняющую информацию при выключении питания – NVS (Non Volatile Storage). Обычно, это отдельная энергонезависимая память, но мог быть и файл на жестком диске. В первом случае, NV-память отображается в верхнюю область адресного пространства. Доступ к этой памяти обеспечивается специальными функциями BIOS, поддерживающего Plug & Play.

С данными ESCD взаимодействует не только BIOS, но и операционная система. Причем конфигурирование устройств, которые не сконфигурировал BIOS во время POST, выполняет операционная система (например, ее менеджер конфигурации – CM). Для не Plug & Play ISA карт расширения (которые встречаются редко), информация в ESCD заносится специальной утилитой конфигурирования ISA (ISA Configuration Utility).

Процесс автоматического конфигурирования выполняется при каждой загрузке ПЭВМ, что можно заметить на экране, высвечиваемом BIOS (по табличке результатов конфигурации и сообщении о проверке или исправлении данных ESCD).

Конфигурированию подлежат не только карты расширения, но и встроенные устройства чипсета, например, мосты, IDE контроллеры и др.

Системный порт, таймер и динамик (компоненты системной платы) ([5], с.81)

Системная плата первой модели IBM PC содержала несколько функциональных узлов, которые, благодаря открытому их описанию, стали широко использоваться большим количеством программ и программных продуктов. Это привело к необходимости сохранения их и в последующих моделях ПЭВМ, исходя из требований совместимости моделей семейства x86 сверху вниз.

Такими узлами явились следующие:

схемы предоставления системных ресурсов: памяти, ввода-вывода, прерываний, каналов прямого доступа;

микросхемы ROM BIOS с программным кодом начального тестирования, запуска ПЭВМ и функций ввода-вывода;

системный таймер, первоначально использовавшийся как генератор запросов регенерации динамической памяти, интервальный таймер и генератор звуковой частоты для динамика. (Эти функции реализовали микросхемы 8253, затем 8254, а впоследствии они были интегрированы в чипсет);

три системных порта на микросхеме 8255, использовавшихся для интерфейса клавиатуры, чтения переключателей конфигурации, управления звуком и немаскируемыми прерываниями. В IBM AT интерфейс клавиатуры реализовали на контроллере 8042, переключатели конфигурации исключили, а остальные функции реализовали одним портом;

канал управления звуком: логическая схема, использующая меандр звуковой частоты, генерируемый таймером, и биты системного порта, управляемые программно. Для IBM AT были программы которые даже могли синтезировать речевые фонемы и исполнять электронную музыку;

последовательный интерфейс клавиатуры, реализуемый в XT аппаратной логикой, а в AT – контроллером 8042;

память конфигурации и часы-календарь – CMOS RTC – узел, появившийся в AT.

Элементная база ПЭВМ существенно изменилась за 20 лет, степень интеграции возросла и все перечисленные узлы оказались в одной или двух микросхемах чипсета. Однако, логика их функционирования и программная модель практически не изменились.

Системный порт

Восьмибитный системный порт имеет адрес (ввода-вывода) 61h. Его функции, после введения контроллера клавиатуры и замены переключателей конфигурации на CMOS-память, ограничились следующими:

управление звуком (динамика);

разрешение и идентификация источников NMI;

синхронизация регенерации динамической памяти.

Назначение битов системного порта (061h) представлено в табл. 5:

Таблица 5. Назначение битов системного порта IBM PC

Видно, что прерывание NMI, генерируемое при появлении сигналов ошибок PCK и IOCHK, фактически, можно запретить битами 2 и 3 порта.

Системный таймер

Микросхемы таймеров (8253 и 8254) включали в себя по три счетчика, которые могли работать в несколько различающихся режимах (см. табл. ниже). Счетчики имели разрядность по 16 бит каждый, однако, ввод или вывод для них мог быть только побайтный. Причем занесение (для процессора – вывод) в счетчик может осуществляться отдельно младшего байта, старшего байта или обоих байтов по очереди, а чтение содержимого счетчика (для процессора – ввод) производится в два обращения: сперва за младшим байтом, а затем – за старшим.

Назначение счетчиков следующее:

генерация прерываний от системных часов;

генерация запросов на регенерацию памяти;

генерация звуковых сигналов.

Входная частота всех каналов 1,19318 МГц. Задание режима работы счетчика осуществляется записью соответствующего кода в управляющий регистр по отдельности для каждого канала. Адреса и назначение регистров счетчика-таймера приведено в табл.6:

Таблица 6. Назначение регистров счетчика-таймера IBM PC

Управляющего регистр имеет 8 разрядов, назначение которых следующее:

где

• SC1,0 – биты выбора счетчика 0 (00), 1 (01) или 2 (10), код 11 - недействительный

• RL1,0 – биты управления чтением/загрузкой счетчика:

00 – запоминание содержимого счетчика

01 – чтение/загрузка только младшего байта

10 – чтение/загрузка только старшего байта

11 – чтение/загрузка сперва младшего байта, а затем – старшего

• M2,1,0 – биты задания режима работы счетчиков

000 – прерывание по концу счета

001 – программируемый одновибратор

x10 – генератор частоты

x11 – генератор меандров

100 – программно-управляемый строб (запуск перезагрузкой кода)

101 – аппаратно-управляемый строб (запуск входом GATE)

• BCD – режим счета: 0 – двоичный, 1 – двоично-десятичный

В более поздних моделях ПЭВМ таймер интегрирован в микросхему чипсета.

Канал динамика

Стандартный канал управления звуком динамика (Speaker) рассчитан на подключение малогабаритного высокоомного динамика. Логическая схема канала показана на рис.5