Генератор с состоянием ожидания

Контроллер регенерации динамического ОЗУ

Программируемые интервальные таймеры

Программируемый контроллер прерываний

Функции контроллера ПДП

На Рис. 9.2 показана структура 32-разрядного восьмиканального контроллера ПДП в составе кристалла 82380.

При проектировании контроллера ставилась зада­ча эффективной передачи произвольных комбинаций байтов, слов и двойных слов. С помощью контроллера ПДП можно адресовать полное пространство, покрываемое 32-разрядными физическими адресами, а также увеличивать и уменьшать адреса как операндов-источников, так и операндов назначения.

С помощью внутреннего вспомогательного 32-разрядного регистра можно выполнять разборку и сборку дан­ных разной разрядности, а также организовывать обмен данными между устройст­вами, имеющими разную ширину тракта данных. При работе контроллера 82380 на частоте 20 МГц и при передаче данных одинаковой разрядности может быть достигнута скорость обмена между памятью и устройствами ввода-вывода 25,6 Мбайт/с.

В порядке обслуживания как программных, так и аппаратных запросов ПДП контроллер может поддерживать обмен данными следующих типов:

· порт ввода-вывода — порт ввода-вывода;

· память — память;

· порт ввода-вывода — память;

· память — порт ввода-вывода.

Семь из восьми каналов (все, за исключением канала 4) имеют доступ к ап­паратным сигналам подтверждения ПДП через трехразрядную шину подтверждения ПДП (линии от EDACK0 до EDACK2).

Каждый из восьми каналов контроллера ПДП 82380 функционирует независи­мо один от другого и может быть запрограммирован для работы в любом из допу­стимых режимов. Регистры каждого канала можно разделить на три класса: регистры счетчика байтов, регистры инициатора запроса и. целевые регистры; всего в канале имеется 24 регистра состояний и команд. С помощью этих регистров оп­ределяются адреса и объем пересылаемых данных. Регистр счетчика байтов (24 раз­ряда) содержит значение числа байтов, которые должны быть переданы. Регистр инициатора запроса (32 разряда) содержит адрес порта ввода-вывода или памяти, где находятся данные, по которым был сделан запрос контроллеру на обслуживание ПДП; целевой регистр (32 разряда) содержит адрес порта ввода-вывода или памя­ти, по которому будут пересылаться данные.

Для каждого канала программист может выбирать дисциплину обслуживания с циклическими или фиксированными приоритетами. Циклический приоритет пре­дусматривает разделение шины среди нескольких периферийных устройств, тогда как дисциплина с фиксированными приоритетами основана на определенных фик­сированных параметрах, связанных с аппаратными и другими особенностями. В дисциплине с фиксированными приоритетами допускается, чтобы программист при­сваивал любому каналу низший приоритет, что позволит без перепрограммирования командных регистров изменять или приводить в исходное состояние расписание об­служивания приоритетов.

Каналы контроллера ПДП разделены на две группы по четыре канала — ниж­нюю и верхнюю. Нижние (от нулевого до третьего) и верхние (от четвертого до седьмого) каналы работают так, будто два отдельных контроллера ПДП включены по каскадной схеме. Такая организация работы позволяет одной группе присваивать фиксированные приоритеты, а другой — циклические, причем в различных ком­бинациях. По умолчанию каналы контроллера ПДП 82380 имеют фиксированные приоритеты, при этом высшим приоритетом обладает нулевой канал, низшим — седьмой. Нижняя группа играет своеобразную роль канала 5 в верхней группе и по порядку приоритетов располагается между каналами 7 и 4.

Как уже отмечалось, программисту предоставлена возможность по своему ус­мотрению выбирать, какому из каналов назначить низший приоритет. С помощью специальных команд определяется канал с самым низким приоритетом в пределах какой-либо группы, при этом остальным каналам присваиваются фиксированные приоритеты в последовательном порядке. Например, если низший приоритет при­своен каналу 1 в нижней группе, то порядок каналов по приоритетам будет сле­дующий: 2 (высший приоритет), 3, 0, 1 (низший приоритет). Как видно, каналу, порядковый номер которого следует сразу же за номером выбранного канала с ни­зшим приоритетом (в данном случае за номером 2), устанавливается самый высо­кий приоритет и так далее с убыванием приоритета по мере последовательного циклического в рамках группы возрастания номеров каналов, пока не будет достиг­нут номер выбранного наименее приоритетного канала (в данном случае номер 1). То же относится и к верхней группе каналов. Так, если низший приоритет при­своен каналу 6, то приоритеты верхней группы составят следующий ряд: 7 (высший приоритет), 4—6 (низший приоритет). Еще раз напоминаем, что нижняя группа по приоритету располагается между каналами 4 и 7. Поэтому по данным рассмот­ренных выше примеров комбинация двух групп даст следующий порядок каналов: 7 (высший приоритет), [2, 3, 0, I], 4, 5, 6 (низший приоритет).

Контроллер ПДП может принимать команды программного управления приори­тетами только тогда, когда группа каналов, к которой относятся эти команды, на­ходится в режиме с фиксированными приоритетами. При переходе к дисциплине с циклическими приоритетами все текущие уровни приоритетов остаются без из­менений. При возврате от дисциплины с циклическими приоритетами к дисциплине с фиксированными приоритетами для уровней приоритетов каналов с помощью команд программного управления приоритетами восстанавливаются те значения, которые были в последний раз установлены программным образом.

Для дисциплины с циклическими приоритетами любой канал после обслужива­ния его запроса не остается с высшим приоритетом. Этому каналу присваивается низший приоритет. Следует помнить, что номера приоритетов нижней группы (в предыдущем примере 2, 3, 0, 1) меняются циклически в пределах верхней группы приоритетов (в предыдущем примере 7, [нижняя группа], 4 – 6). Поэтому обслу­живание канала из нижней группы сопровождается циклическим изменением но­меров уровня приоритета как в нижней, так и в верхней группах.

Такие команды, как "сброс запроса прерывания по завершении счета", "сброс режима ведущего устройства", "очистка регистра маски" и "сброс триггера указате­ля байтов", активизируются в результате распознавания контроллером ПДП 82380 соответствующего адреса порта. При этом в выбранный порт должны быть записаны какие-нибудь данные.

Контроллер ПДП 82380 реализует передачу блоков данных в одном из следую­щих режимов: режим одиночного буфера, буферный режим с автоинициализацией и режим с цепочкой буферов. Первый режим используется обычно в тех случаях, когда к моменту начала передачи известны объем и местоположение передаваемых данных, а данные размещены в непрерывной области памяти. Для данного режима характерно, что по завершении передачи одиночного блока контроллер ПДП дол­жен перепрограммироваться для других передач даже этого же блока. В буферном режиме с автоинициализацией, напротив, допускается неоднократная передача контроллером ПДП одного и того же блока данных без перепрограммирования ка­нала всякий раз.

В режиме с цепочкой буферов допускается, чтобы в программе был определен список буферов, содержимое которых передается, при этом для перепрограммирования контроллера ПДП используются программы обработки прерываний. Канал для передачи содержимого нового буфера программируется до того, как закончится передача содержимого текущего буфера. В данном режиме контроллер ПДП может работать с разрывными областями памяти и передавать все данные из этих областей за один рабочий процесс ПДП.

Рассмотрение функций контроллера 82380 продолжим с помощью Рис. 9.3. Функционально программируемый контроллер прерываний идентичен своим пред­шествующим моделям 8259А и 82С59А, за исключением программирования векто­ров прерываний. В контроллере 82380 объединены ресурсы трех контроллеров типа 82(С)59А. Каскадируя пятнадцать входов запросов прерываний контроллеров 82С59А, имеющихся в распоряжении программиста, можно организовать до 120 каналов запросов внешних прерываний. Хотя контроллеры могут работать в режиме ведущего устройства, приоритет отдается каскадному режиму.

В контроллере прерываний 82380 имеются более широкие возможности по ис­пользованию механизма векторов прерываний, поскольку каждый вход запроса пре­рываний может отдельно программироваться. Это значит, что каждому запросу пре­рываний может быть предписан свой собственный вектор прерывания; кроме того, системные программы по умолчанию могут присвоить контроллеру прерываний 82380 определенный вектор. Этот вектор используется в цикле подтверждения не­запрашиваемых прерываний или прерываний, вызванных ошибочным запросом, с целью предупреждения системы о ложных прерываниях. С помощью прерывания система также информируется о том, что предпринята попытка запрограммировать векторы контроллера 82380 по методу контроллера 82С59А. Эта особенность гаран­тирует совместимость существующих программных продуктов с программным обес­печением, написанным для 82380. К другим усовершенствованиям контроллера пре­рываний 82380 относится возможность каскадного подключения внешних контрол­леров прерываний, а также то, что квитирование установления связи между веду­щим и ведомым устройствами вынесено из специализированных каскадных линий на шину данных.

На рис. 11.3 показаны пять основных блоков контроллера прерываний:

· регистр запросов прерываний (IRR);

· блок разрешения приоритетов (PR);

· служебный регистр (ISR);

· регистр маски (IMR);

· регистр векторов (VR).

Всеми прерываниями управляют каскадно включенные регистры запроса преры­ваний IRR и служебный регистр ISR. В регистре IRR фиксируются уровни всех прерываний, требующих обработки, а в регистре ISR — уровни всех прерываний, проходящих обработку. Во время цикла подтверждения прерывания с помощью блока разрешения приоритетов определяются приоритеты запросов по содержимому регистра IRR, а для прерываний с высшим приоритетом в регистре ISR помечаются соответствующие разряды. Регистр маски прерываний IMR используется совместно с регистром IRR и хранит код, по которому будут маскироваться определенные ли­нии прерываний. Маскирование входов с более высоким приоритетом не влияет на линии запросов прерываний с низшим приоритетом. Номера предварительно за­программированных векторов прерываний записываются в набор векторных регист­ров VR, для каждой линии запроса прерывания определен свой векторный регистр. Во время цикла подтверждения прерывания контроллера 82380 номер вектора, со­ответствующий выбранному прерыванию, выставляется на шину данных.

Рис. 9.3. Структурная схема контроллера прерываний

На структурной схеме Рис. 9.4показаны четыре 16-разрядных программируемых таймера контроллера 82380. По функционированию все таймеры идентичны своему предшественнику 82С54. Каждый таймер может работать в любом из шести различ­ных режимов несмотря на то, что для всех четырех таймеров используется один об­щий тактовый вход. Этот вход может быть не зависящим от системной тактовой ча­стоты. Микропроцессор 80386 может устанавливать и считывать текущее содержимое счетчика таймера в любой момент времени независимо от режима работы таймера. Выходы таймеров могут быть подключены к каким-нибудь системным функциональ­ным устройствам, что в целом может способствовать упрощению структуры системы.

Рис. 9.4. Структура программируемых интервальных таймеров

Выход таймера 2 соединяется с каким-либо входом запроса прерывания для обеспечения других функций таймера. Выходы таймеров 1 и 2 могут использоваться для спе­циальных целей, а также для обобщенных целей таймера и счетчика.

На Рис. 9.5 приведена структурная схема контроллера регенерации динамиче­ского ОЗУ 82380, в состав которого входят 24-разрядный счетчик адреса регенера­ции и логические схемы арбитража. Типовой цикл регенерации для шины микро­процессора 80386 включает только шесть тактов. На выходе таймера 1 периодиче­ски появляются запросы цикла регенерации, по которым контроллер выставляет за­прос доступа к системной шине с помощью сигнала HOLD. Если после этого мик­ропроцессор или другое ведущее устройство на шине подтверждает запрос, то кон­троллер регенерации динамического ОЗУ выполняет операцию чтения из памяти по адресу, содержащемуся на этот момент в регистре адреса регенерации. Одно­временно активизируется сигнал REF#, вызывающий выполнение регенерации вме­сто обыкновенного чтения памяти. Управление шиной возвращается микропроцес­сору в конце описанного цикла.

Запрос на доступ к шине от контроллера регенерации динамического ОЗУ имеет высший приоритет, поэтому он может прервать любой активный процесс, проис­ходящий с использованием ПДП.

Рис. 9.5. Контроллер регенерации динамического ОЗУ

Такая организация работы позволяет контроллеру ПДП пересылать большие блоки данных, не влияя на функции по регенерации памяти. Это достигается тем, что контроллер регенерации динамического ОЗУ не целиком захватывает управление шиной, а как бы "скрадывает" циклы шины из процесса ПДП. При этом 24-разрядный счетчик адреса регенерации может увели­чиваться программно, чтобы изменялись используемая разрядность шины и способ организации памяти в виде банков.

Структурная схема программируемого генератора 82380 с выходным сигналом READY (готовность) для шины микропроцессора 80386, называемого генератором с состоянием ожидания, представлена на Рис. 9.6. Генератор с состоянием ожи­дания может быть активизирован любым периферийным устройством, в цикл ра­боты которого требуется ввести такты ожидания. По таким запросам генератор под­держивает входной сигнал READY микропроцессора в неактивном состоянии в те­чение предварительно определенного числа тактов шины. В генераторе имеется шесть программно доступных регистров состояния ожидания – по три для доступа к памяти и обращения к устройствам ввода-вывода. Любой из этих шести регистров может быть выбран с помощью двухразрядного сигнала выбора состояния ожидания и сигнала M/IO# от ведущего устройства на шине. В четырехразрядные регистры состояния ожидания могут быть записаны коды номеров состояний ожидания 0 – 15. Независимо от того, активный или нет генератор с состояниями ожидания, он постоянно отслеживает состояние микропроцессора или другого ведущего в данный момент устройства на шине.

Если ведущее устройство на шине находится в режиме конвейерной работы, то генератор вводит такты ожидания, число которых равно значению, записанному в один из шести выбранных регистров состояний ожидания. Если же ведущее уст­ройство работает в неконвейерном режиме, то в цикл шины вводится один такт ожидания. После сброса во все шесть регистров оказывается загружено значение FFH (разряды D7 — D4 и D3 — D0), что задает максимально возможное число тактов ожидания.

Любое периферийное устройство, которое может формировать свой собственный сигнал READY, может также запретить работу генератора с состояниями ожидания 82380, установив оба сигнала выбора регистров в состояние высокого уровня. Од­нако это не лишит генератор 82380 способности определить по состоянию конвей­ера число тактов ожидания в последующих циклах шины.