Глава 8. Ci,

• VMEbus (ANSI/VITA 1-1994)

8.3. mnHaVMEbus (ANSI/VITA 1-1994) 8.3.1. Общие характеристики

Аббревиатура VME означает VERSA Module Eurocard. Соответственно VPij это название более ранней версии шины, разработанной компанией "Моторол » " процессора серии 68000, а платы Eurocard - это стандарт формата плаГ дел 8.2.2). Шина VMEbus была разработана группой компаний во главе с лой"; в настоящее время эта разработка определена как стандарт ANS1/VITA Г? (ранее этот тип шины нормировался как IEEE 1014). Шина VMEbus обладаете свойств, которые позволяют характеризовать ее как мощное и гибкое средство промышленного применения.

Основные параметры шины перечислены ниже.

• Разрядность адреса - 16/24/32/40/64 бит.

• Разрядность слова данных - 8/16/32/64 бит.

• Скорость передачи данных: техническая - 80 Мбайт/с, эффективная - 60-70 Мбайт/с.

• Семь уровней прерывания, шлейфовое подключение.

• Поддержка мультипроцессорных систем, четыре уровня приоритета доступг к шине.

• Блочная передача данных, максимальная длина блока 2048 байт.

устройство стандарта VMEbus

адрес и данные

АЛЛА

прерывания

арбитраж

служебные сигналы

Рис. 8.16. Структура шины VMEbus

Шина VMEbus поставляется с разъемами одинарной и двойной высоты на

Q0 И двойной высоты могут применяться в одной и той же системе, а передача 1о?кет избирательно производиться словами разрядности 8, 16, 32 и 64 бита -""йМОС™ от того, к какой плате происходит обращение.

VMEbus имеет максимальную длину 500 мм, что позволяет с учетом макси-

о допустимого запаздывания при распространении сигнала по шине и ширины "устанавливать до 21 платы. Для шины VMEbus принципиально важно, что

установленная в первом слоте, должна выполнять некоторые общесистемные АДИИ, например арбитраж в мультипроцессорной среде. Шина VMEbus состоит "етырех подсистем (шин) - для данных, арбитража, прерываний и служебных !гналоБ (рис. 8.16).

J3 2. Передача данных

Операции чтение/записи выполняются асинхронно и без мультиплексирования. Определено пять диапазонов адресов - короткий (16 бит), стандартный (24 бит), засширенный (32 бит), А40 (40 бит) и А64 (64 бит). Шина поддерживает слова данных длиной 8, 16, 24, 32 и 64 бит; длина слова является динамической, что означает, до она может произвольно изменяться.

Передача данных в системе VMEbus ориентирована на поддержку многопроцессорной среды. Эта шина включает шесть линий модификации адреса (от АМО дс ,Ш5), которые выполнены параллельно адресной шине. Шина использзет эти линии, лобы указать, происходит ли передача данных в супервизорном (привгшегирован-«)или непривилегированном режиме, относится ли адрес к данным или к програм-«е.атакже разрядность адреса. Эти указания могут быть использованы операционной ктемой и прикладными программами как дополнительное средство защиты, напри-"фдля предотвращения несанкционированного доступа к данным на шине. Некото-.*команды модификации адреса зарезервированы для пользователя.

Шина VMEbus поддерживает режим передачи данных блоками размерностью до * циклов (блочная или пакетная передача). При блочной передаче ведущее и ведо-устройства автоматически увеличивают адреса и передают новое слово данных; *ещенный на шину адрес не изменяется в течение всей операции. Блочная передача сможет быть прервана. Любое устройство, претендующее на управление шиной, дол-*Дать окончания блочной операции. В одной из модификаций блочной передачи.

пресные линии используются для увеличения разрядности слова данных до 64 бит. Шине VMEbus определен цикл read-modify-write (чтение-модификация-за-

tad". чтобы предотвратить перезапись данных другим устройством. Цикл

Wh"""** аналогичен инструкции test and set, которая предотвращает из-Мраз данных, использующихся несколькими программами в многозадачной сре-Ьеве „и:икле read-modify-write операции чтения и записи, выполняе-

•Тое""„Р* производятся непосредственно друг за другом, и никакое устройство не имеет доступа к данным до завершения обработки.

динительной плате соответственно с одним или двумя разъемами типа (в стандарте на VMEbus они называются J1 и J2). Одинарный формат поддер*., разрядность слова 32 бита и 40-битовую адресацию, т. е. 2 байт = 1 Тбайт f, мого пространства. Формат двойной высоты поддерживает разрядность-64 бита и 64-битовую адресацию - 16 10 Тбайт адресуемого пространства. 1

жива • Приоритеты прерываний

Ииа VMEbus поддерживает семь линий запроса прерывания. Каждая линия -распределенного ИЛИ" и, следовательно, может использоваться несколькими °1ствами параллельно. Прерывания имеют разные уровни приоритета. Прото-

кол шины VMEbus не определяет, как должно обслуживаться прерыв ством, которому оно предназначено.

Прерывания могут обслуживаться обработчиком, который необязатель

12. Расширения шины обеспечивают резервирование в случае второго Рщйны VMEbus.

, .основ /ypylE subsystem bus) использует 64 определяемых пользователем

быть ведущим устройством в момент обращения. В пос.теднем случаГ*°Дол, ,HaVS"j2 в модуле двойной высоты; она поддерживает такие свойства, как

должен сначала получить права управления шиной и стать ведущим устп°°тч;- ктарз" дногозадачность.

основе обычной процедуры арбитража. Вом,.

8.3.4. Арбитраж шины

Механизм арбитража шины очень похож на операции запроса и разрещ рывания. Любое устройство, имеющее право быть ведущим, может sanpoct-jT""" ление шиной через одну из четырех линий запроса с различными уровнями тета. Эти линии также являются линиями типа "распределенного ИЛИ* несколько запросов могут появиться одновременно.

Принцип назначения следующего ведущего, в случае одновременного посту ния нескольких запросов, оставлен на усмотрение арбитра. В описании VVCEbussToi механизм явным образом не определен. Схема назначения ведущего устройства шины не свободна от недостатков - устройство, ближайшее к арбитру, мсэжет чаще и дольше владеть шиной. Если большое количество плат имеют шлейфовое подключение, то на прохождение подтверждающего сигнала требуется определенное время, что может замедлить работу шины. Важно иметь в виду эти факторы при вьзборерасположения плат на шине и принципа назначения ведущего с учетом соответствующих параметров операционной системы.

8.3.5. Служебные сигналы

На шине VMEbus предусмотрены несколько служебных линий для индикации ошибочных и конфликтных ситуаций. Все служебные линии - это линии с открытым коллектором типа "распределенного ИЛИ" и могут активироваться лкэоымуст ройством. Если ведомое устройство обнаруживает ошибку в течение цикла передач" оно активирует линию BERR* (ОШИБКА*). Линия ACFAIL* (АВАРИЯ ПИЬ НИЯ*) активируется устройством, следящим за питанием от сети перемеяя°™ и выдающим сигнал при падении напряжения. Некоторые характерные О сбои могут обозначаться сигналом SYSFAIL*; пользователь может опредеД ации, в которых этот сигнал должен использоваться. Линия SYSRESET* У yis что начинается или происходит перезагрузка системы. На стойках шинЫ имеется специальная кнопка для ручной активации команды SYSRESET 5У5

Плата в первом разъеме вырабатывает опорный сигнал частотой дсин- СЕК). Сигнал существует только для удобства и не имеет каких-либо функ ронизации для шины.

8.3.6. Расширения шины VMEbus

Несмотря на то что шина VMEbus имеет высокую скорость передач(.jji, иногда требуется значительно большая пропускная способность. Чтобы „реН таких случаях задержек передачи, были разработаны различные типы рас c: работающих параллельно и независимо от основной шины VMEbus. jyeK" присоединение к шине остается прежним, расширения используют свобоД

NTapa3* gHHH многозадачность.

этка првР .у [yj£ extended instrumentation bus - расширенная шина VME для "систем) является расширением шины VMEbus для применения с бы-..тельных измерительными платами, вырабатывающими значительные *1""\1ации. Размеры плат VXIbus могут доходить до "тройной Eurocard" емами (включая основной разъем шины VMEbus). Описание шины *• чает не только электрический интерфейс шины, но и другие специаль-""Тимальные требования. Среди прочего плата по запросу должна иденти-Еые (функци и послать ответ, используя стандартные коды. "шГа VMEbus была разработана для эффективной поддержки мультизадачной многопроцессорной среды. В стандарте описаны такие характеристики, как распоз-1шие различных типов данных, блочная передача, цикл read-modify-write и меха-дам определения ведущего устройства. Шина VMEbus обладает возможностями расширения, которые представляют интерес для пользователей, желающих настроить шину в соответствии с собственными требованиями, добавляя специальные свойства.

8.4. Другие стандарты шин

84.1. Шина компьютеров семейства IBM PC

Начало 1980-х годов может рассматриваться как приход эры персональных ком-зьютеров, когда все сообщество производителей вычислительной техники и пользо-ателеи ориентировалось на решения, предлагаемые компанией IBM, независимо от «содержания. Компания выпустила свой персональный компьютер (IBM PC) аду- Хотя с технической точки зрения IBM PC был не лучше других компью-№ров№ представленных на рынке, он немедленно завоевал ведущие позиции бла-"Ofrra"" компании, которая его производила, и распространенному

ПерваГ""" продукция IBM говорит сама за себя. з1е Шб/Гп» последующая модель XT основывались на процессоре

«к «не и оперативную память до 640 Кбайт. Процессор присоединял-

«ануне доп""°""° управлял ею (никакие другие ведущие устройства ъемовдля"*- материнской плате были установлены восемь торцевых •"la ЯРавляй""" периферийных устройств. Шина IBM PC использо-ряДностьд сигналы процессора 8086. Она имела 62 параллельные линии, %сЯию пам"" разрядность адреса - 20 бит, что допускало прямую МдЯсках, мон" объемом 1 Мбайт. Интерфейсы к накопителям на гибких и жест-•ТоГсвободд "ору и принтеру строились на платах, которые занимали разъемы, """а iBlVf рр пользователя оставались около пяти разъемов.

"ателиб шесть линий прерывания, каждая со своим приоритетом.

Ческо "P°Уoи, что сигналы прерывания ТТЛ-схем нельзя использо-"РРЫь одновременно. Две платы, вырабатывающие один и тот же Ролл "отли одновременно работать на шине, а перепрограммирова-

Ра прерываний было не всегда возможно. Многие платы покупались

Главам Системни

--- Ь1б,

и устанавливались без представления о прерываниях, аппаратно закреплен гими платами.

Хотя в это трудно поверить, шина IBM PC не имела официального стандарту описана в техническом руководстве IBM PC, но нигде и никогда компания JBlVi л "* ально не объявляла о том, что она будет обеспечивать поддержку этой разработки

8.4.2. Шина ISA

В 1984 году был выпущен на рынок персональный компьютер IBM AT (Advan Technology). Этот тип компьютера базировался на процессоре Intel 80286 с разр стью данных 16 бит и разрядностью адреса 24 бита (16 Мбайт адресуемой памяти Шина IBM AT использовала тот же разъем, что и IBM PC, но с дополнительнь, 36-контактным разъемом. Были также добавлены еще линии прерывания и квитиро вания. Платы, спроектированные для IBM PC, в принципе, могли применяться к шине AT, но они не поддерживали расширенную адресацию и все возможности пере, дачи данных.

И для шины этого типа также не существует официально опубликованного стзе-дарта. Шина IBM AT также известна под названием ISA - Industry Standare Architecture, - которое было введено группой компаний, не связанных с IBM, чтобь, определить, что они подразумевали под "стандартом IBM".

Позднее, в новых поколениях персональных компьютеров, более мощные процессоры Intel 80386 и 80486 заменили устаревшие 8086 и 80286. Когда упоминаютсг компьютеры АТ-386 или АТ-486 без явного указания типа шины, то подразумевается шина ISA, т. е. IBM AT.

Из-за недостаточной гибкости и низкого быстродействия системы, ориентированные на IBM PC, едва ли представляют интерес для промышленных задач. Темяс менее ПК не следует полностью сбрасывать со счетов. Их главными достоинствам!-являются низкая стоимость как собственно компьютера, так и периферийных устройств, а также широкий выбор интерфейсных плат, не говоря уже об огромном ко личестве имеющегося программного обеспечения. Для задач сбора данных, ес.яинй особых требований к быстродействию, шина IBM PC может быть экономически тимальным решением.

А основана на существующей архитектуре ISA. Физически разъем EISA анало-з-ьему ISA с дополнительными контактами для обеспечения новых функций flfl асширения разрядности адреса и данных. Дополнительные контакты помеще-ElSy контактами разъема ISA. Таким образом, EISA совместима сверху вниз

то означает, что платы ISA могут работать на шине EISA (но не наоборот!). rtSA представ.пяет собой синхронную шину с разрядностью 32 бита (поддержи-\а также и разрядности 8 и 16 бит более старых плат PC и AT) и разрядностью 32 бита (4 Гбайт адресуемого пространства). Максимальная скорость обмена составляет 33 Мбайт/с в режиме пакетной передачи.

,д)ТСЯ

:реса

"рибридная природа EISA явно проявляется в схеме обработки прерываний. EISA -пользует те же самые линии прерывания, что и ISA, но допускает их совместное -пользование - схема с открытым коллектором. Вследствие этого платы EISA мо-совместно использовать линии прерывания, а платы ISA, установленные на той же самой шине, - нет, из-за своего ТТЛ-интерфейса. Шина EISA поддерживает такие функции, как произвольное число ведущих устройств, идентификация плат по x аппаратной информации и автоконфигурация шины.

8.4.4. Шина PCI

PCI (Peripheral Component Interconnect - система соединения периферийных компонентов) - это стандарт для высокопроизводительных персональных компьютеров, разработанный несколькими производителями под руководством компании Intel. Шина PCI является синхронной и не зависит от типа процессора. Стандартная скорость передачи определена как 132 Мбайт/с при длине слова 32 бита и тактовой частоте 33 МГц. Шина может работать со словом 64 бита при 66 МГц, обеспечивая при этом скорость передачи 528 Мбайт/с.

Подобно другим шинам из мира персональных компьютеров, шина PCI не опти-изирована для применения в промышленных системах, поэтому необходимо зара-!

проанализировать, подходит ли основанное на PCI решение для проектируемой технической системы, особенно с учетом того, что потребности пользователей всегда "Фежают текущие технические возможности.

Производительность процессоров 80386 и 80486 позволяет применять их для о- .5. Заключение

или менее ответственных приложений. При наличии соответствующих интерфейс плат и программного обеспечения вычислительные системы на базе этих проце можно использовать в реальных производственных условиях для решения Taijj, дач, как управление станками, сбор и передача данных, по крайней мере в тех сл, когда нет необходимости в быстродействующих многопроцессорных системах.

8.4.3. Шина EISA

Стандарт EISA (Extended Industry Standard Architecture) был разработан об, нением компаний, которое включало Compaq, Intel, Hewlett-Packard, Разработчики EISA поставили цель создать стандарт шины с точно определе высокими рабочими характеристиками для персональных компьютеров, gyM" зависел бы только от одной компании (очевидно, что под этой компанией поДР валась IBM).

чваю " шины являются основой систем управления потому, что они обеспе-Щие "сть и модульность. Для каждой задачи можно выбрать наиболее подхо-Раст*° " компоненты. Эволюция в структуре шин происходит благодаря анию запросов пользователей и снижению стоимости вычислительной тех-

ДнГ правило, вначале разрабатывается одним или несколькими со-

1ающими производителями. Если пользователи положительно воспринима-Uix "ие продукта на рынке и увеличивается число производителей комплекту-• поддерживающих предложенное решение, наступает момент, когда ОНче """ и независимая организация оценивает продукцию и разрабатывает -1(04 описание, т. е. стандарт шины. Роль организаций по стандартизации )ов не в том, чтобы придумывать что-либо новое, а в том, чтобы системати-ть и Однозначно определить существующие достижения в области шин.