link700 link701 link702 link703 link704 link705 link706 link707 link708 link709 link710 link711 link712 link713 link714 link715 link716 link717 link718 link719 link720 link721 link722 link723 link724 link725 link726 link727 link728 link729 link730 link731 link732 link733 link734 link735 link736 link737 link738 link739 link740 link741 link742 link743 link744 link745 link746 link747 link748 link749 link750 link751 link752 link753 link754 link755 link756 link757 link758 link759 link760 link761 link762 link763 link764 link765 link766 link767 link768 link769 link770 link771 link772 link773 link774 link775 link776 link777 link778 link779 link780 link781 link782 link783 link784 link785 link786 link787 link788 link789 link790 link791 link792 link793 link794 link795 link796 link797 link798 link799 link800 link801 link802 link803 link804 link805 link806 link807 link808 link809 link810 link811 link812 link813 link814 link815 link816 link817 link818 link819 link820 link821 link822 link823 link824 link825 link826 link827 link828 link829 link830 link831 link832 link833 link834 link835 link836 link837 link838 link839

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Шина IEEE 1394 — FireWire

«Открытый» хост-контроллер IEEE 1394 — OHCI

Общая информация об «открытом» хост-контроллере IEEE 1394 — OHCI

«Открытый» хост-контроллер (OHC 1394) представляет собой реализацию канального уровня (LINK) шины IEEE 1394 с дополнительными средствами поддержки уровней транзакций и управления шиной. Для высокопроизводительного обмена данными OHC содержит контроллеры прямого доступа к памяти (DMA). Контроллер поддерживает все типы пакетов, передаваемых по шине 1394. Данное описание основано на спецификации 1394 Open Host Controller Interface Specification, версия 1.1, 2000 год .

Со стороны шины 1394 хост — узел с контроллером OHC — выглядит как обычный узел шины, способный выполнять функции мастера циклов и диспетчера изохронных ресурсов. Контроллер позволяет хосту быть инициатором любых транзакций шины 1394 и отвечать на любые транзакции, адресованные узлу хоста.В адресном пространстве этого узла расположены архитектурные регистры CSR и память конфигурации; большая часть пространства доступна для обращений в виде обычных транзакций шины. Часть пространства узла может отображать пространство физических адресов памяти хоста. Часть обращений к хосту может отрабатываться исключительно аппаратными средствами контроллера; остальные обращения хост отрабатывает программно. Принимаемые пакеты запросов для программной отработки OHC своими каналами DMA помещает в буферы, размещенные в памяти хоста. Пакеты ответов программа размещает в других буферах, из которых OHC организует их передачу в шину, опять же с помощью каналов DMA.

Для асинхронных транзакций контроллер обеспечивает чтение пакетов из системной памяти хоста и их передачу в шину; пакеты, принимаемые из шины, контроллер записывает в системную память. Обмен производится с помощью каналов DMA. Контроллер может функционировать и как шинный мост, аппаратно отрабатывая запросы транзакций чтения и записи шины 1394 как обращения к пространству памяти хоста.

Для изохронных операций OHC может исполнять роль мастера циклов, синхронизируясь от внутреннего генератора синхронизации или (необязательно) от внешнего источника. Если OHC не исполняет роль мастера циклов, то он поддерживает синхронизацию внутреннего таймера циклов с таймером узла-мастера циклов (по приему пакетов начала цикла). Для изохронных операций OHC имеет два контроллера DMA — для приема и для передачи данных. Каждый из этих контроллеров может поддерживать до 32 каналов DMA, называемых контекстами DMA. Передающий контроллер в каждом цикле может передавать данные из каждого контекста для связанного с ним изохронного канала. Принимающий контроллер способен в каждом цикле принимать данные в каждый контекст из связанного с ним канала. Кроме того, один из принимающих контекстов может быть настроен на прием данных из множества каналов.

По обнаружении сброса на шине OHC автоматически очищает все очереди асинхронных пакетов для передачи; прием пакетов не прерывается, но в потоке пакетов запросов появляется маркер, индицирующий факт сброса. Новый физический идентификатор узла (PHY_ID), получаемый от PHY, контроллер записывает в соответствующий регистр. Контроллер возобновит асинхронные передачи только по указанию программы, при этом повторное использование старых запросов в общем случае невозможно: физический идентификатор узла назначения может измениться. Изохронный прием и передача по сбросу не прекращаются — они возобновляются сразу по завершении инициализации.

Устройство контроллера OHC

Упрощенная структурная схема OHC приведена на рисунке.

структурная схема OHC

Интерфейс системной шины (Host Bus Interface) обеспечивает взаимодействие с контроллером в двух режимах:

  • ведомый режим (PCI Target), обеспечивающий программный доступ к регистрам контроллера со стороны центрального процессора хоста;
  • ведущий режим (PCI Bus Master), обеспечивающий контроллеру возможность прямого доступа к системной памяти хоста. В этом режиме интерфейс системной шины должен выдерживать поток данных, по крайней мере, базовой скорости S100 (100 Мбит/с) с накладными расходами на организацию прямого доступа к памяти.

Контроллеры DMA обеспечивают обмен данными между шиной и системной памятью. В OHC имеются семь типов контроллеров DMA:

  • контроллер асинхронной передачи (AT DMA);
  • контроллер асинхронного приема (AR DMA);
  • блок физических запросов, в который входят два контроллера:
         -----контроллер приема аппаратно-обрабатываемых запросов (Physical Receive);
         -----контроллер ответов для аппаратно-обрабатываемых запросов (Physical Response);
  • контроллер изохронной передачи (IT DMA);
  • контроллер изохронного приема (IR DMA);
  • контроллер приема пакетов самоидентификации (Self_ID DMA).

равляющих работой канала и выборкой запросов из списков, расположенных в системной памяти. Контроллеры асинхронной передачи и приема имеют отдельные контексты для запросов и ответов шинных транзакций. Контроллеры изохронного приема и передачи могут иметь до 32 контекстов каждый. Назначение и работа контроллеров подробно описано ниже.

LINK-уровень OHC передает пакеты из FIFO-буферов передающих каналов и отдает в FIFO принятые пакеты с корректным адресом, предназначенные данному узлу. Уровень выполняет следующие действия:

  • передает и принимает пакеты форматов IEEE 1394;
  • генерирует соответствующие пакеты квитирования для принятых асинхронных пакетов, отрабатывая однофазный или двухфазный протокол повторов;
  • выполняет функции мастера циклов;
  • генерирует и проверяет корректность 32-битных CRC-кодов;
  • обнаруживает пропуски пакетов начала цикла;
  • взаимодействует с регистрами PHY;
  • принимает изохронные пакеты (все время);
  • игнорирует асинхронные пакеты во время изохронной фазы цикла.

Буферы FIFO, находящиеся между каналами DMA и LINK-уровнем, выполняют промежуточную буферизацию данных, считываемых из системной памяти для передачи в шину и принятых из шины для записи в память. Буферы FIFO обеспечивают и согласование выравнивания данных, побайтного для хоста и поквадлетного для шины 1394. При необходимости буферы FIFO вставляют байты-заполнители, выравнивающие данные до границ квадлетов. Переполнение (overflow) или переопустошение (underrun) буферов (по вине интерфейса системной шины и памяти), приводящее к потерям принимаемых или передаваемых пакетов, контролируется аппаратными средствами OHC.

Буферы могут «на лету» выполнять преобразование форматов представления квадлетов. Шина IEEE 1394 и, соответственно, LINK-eровень работают с квадлетами, представленными в формате Big Еndian (старший байт передается первым). Передача данных через хост-интерфейс может выполняться по выбору:

  • в формате Big Endian, используемом на платформах фирмы Apple;
  • в формате Little Endian (младший байт передается первым), используемом на платформах фирмы Intel.

Для поддержки функций управления OHC имеет 64-битный регистр уникального идентификатора (GUID, он же IEEE EUI-64), автоматически загружаемый из энергонезависимой памяти по сбросу контроллера (или однократно программируемый в самом контроллере).

Для выполнения функций диспетчера изохронных ресурсов контроллер имеет четыре автономных регистра, реализующих блокированные операции (compare_swap) как со стороны шины, так и со стороны хоста.



Контроллеры DMA

Контроллеры DMA OHC по способу управления разделяются на два типа:

  • контроллеры, работающие по программам контекстов. Программа контекста DMA — это связанный список дескрипторов, описывающих команды и связанные с ними буферы данных. Программу контекста, расположенную в системной памяти хоста, формирует программа (драйвер), исполняемая процессором хоста. По контекстным программам работают контроллеры асинхронной передачи и приема, обслуживающие пакеты запросов и ответов, генерируемые и отрабатываемые программой хоста. По контекстным программам работают и контроллеры изохронного приема и передачи. Управление каждым контекстом (фактически — каналом DMA) производится с помощью своего блока регистров;
  • Контроллеры, обслуживающие аппаратно обрабатываемые внешние запросы к узлу. Эти контроллеры управляются регистрами; никаких контекстных программ для них не создается. К данному типу относятся следующие контроллеры:
         -----контроллеры блока физических запросов на внешние обращения к памяти хоста и автономым регистрам OHC;
         -----контроллер записи пакетов самоидентификации.

Контроллер асинхронной передачи (Asynchronous Transmit), AT DMA, имеет по одному контексту для передачи запросов (AT Request) и ответов (AT Responce). Для каждого отправленного пакета контроллер ожидает пакет квитирования; в случае получения квитанции ack_busy (занято) контроллер организует программно заданное число попыток повтора. Контроллер может реализовать однофазный или двухфазный протокол повторов. Если контроллер реализует изменение порядка исполнения, то он в случае занятости узла-получателя может продвигаться дальше по контекстной программе, возвращаясь к повтору данного пакета позже. Контроллер AT DMA отвечает и за ответы на запросы к физической памяти, обнаруженные принимающим контроллером DMA.

Прием асинхронных пакетов выполняют блок физических запросов и контроллер асинхронного приема.

Блок физических запросов, Physical Request Unit, включается в работу, когда приходит пакет запроса одного из трех типов:

  • запрос к системной памяти хоста, доступной для узлов шины (лежащий в диапазоне нижних адресов);
  • запрос блокированной транзакции (compare_swap), адресованный к одному из автономных регистров (для диспетчера изохронных ресурсов);
  • запрос по адресу памяти конфигурации.

Остальные асинхронные пакеты обслуживает контроллер асинхронного приема (Asynchronous Receive), AR DMA, который имеет по одному контексту для приема запросов (AR Request) и ответов (AR Responce). Этот же контроллер обслуживаети запросы блокированных транзакций, адресованных не к регистрам изохронных ресурсов, помещая их в контекст AR Request.

Контроллер DMA изохронной передачи (Isochronous Transmit), IT DMA, поддерживает от 4 до 32 контекстов, каждый из которых обеспечивает передачу одного канала.

Контроллер DMA изохронного приема (Isochronous Receive) поддерживает от 4 до 32 контекстов, каждый из которых обеспечивает прием одного канала. Один из контекстов можно запрограммировать на прием множества каналов.

Специальный контроллер, Self_ID DMA, принимает пакеты самоидентификации и укладывает их последовательно в один выделенный буфер. После каждого обнаруженного сброса контроллер начинает укладку пакетов с начала буфера, затирая предыдущие пакеты.

Фильтрация асинхронных запросов

Каждый приходящий асинхронный запрос, не относящийся к 1-килобайтной области памяти конфигурации, фильтруется трехступенчатым фильтром. Первая ступень фильтра по идентификатору узла-источника определяет судьбу запроса:

  • запрос игнорируется (без посылки каких-либо пакетов квитирования);
  • запрос направляется на вторую и третью ступени фильтрации, где по адресу памяти и идентификатору источника определяется способ обработки:
         -----аппаратный, без привлечения программы хоста;
         -----программный, помещением запроса в контекст асинхронного приема и дальнейшей обработкой программой хоста.

Запросы чтения памяти конфигурации принимаются от любых источников и отрабатываются аппаратно (если в хост-контроллере определен корректный образ памяти конфигурации).

Фильтрацией асинхронных запросов управляют 64-битные регистры AsynchronousRequestFilter и PhysicalRequestFilter, каждый из которых представлен регистрами установки и сброса старшей (Hi) и младшей (Lo) половин. Первая ступень фильтрации выполняется в соответствии с содержимым регистра AsynchronousRequestFilter. В этом 64-битном регистре единица в старшем бите (asynReqResourceAll) разрешает отработку асинхронных запросов от всех источников. При его нулевом значении остальные биты разрешают отработку запросов от узлов с PHY_ID, соответствующих номерам бит (младший бит соответствует PHY_ID = 0). Управление данным фильтром осуществляется через регистры AsynchronousRequestFilterHiSet (100h), AsynchronousRequestFilterHiClear (104h), AsynchronousRequestFilterLoSet (108h), AsynchronousRequestFilterLoClear (10Ch).

Вторая ступень фильтрует прошедшие запросы по адресу смещения, указанному в пакете запроса. Кандидатами на физическую отработку являются запросы, адресованные к нижней области памяти и к автономным регистрам. Граница нижней области задается регистром PhysicalUpperBound (120h) — в нем содержатся старшие 32 бита 48-разрядного адреса начала средней области памяти, которая уже не попадает в кандидаты на физическую отработку запросов. Младшие 16 бит считаются нулевыми. Если данный регистр отсутствует в OHC, то его чтение дает нули, что должно трактоваться как указание на размер нижней области 4 Гбайт.

Последний фильтр, управляемый регистром PhysicalRequestFilter, определяет способ обработки запроса-кандидата на физическую обработку. В этом 64-битном регистре единица в старшем бите (physReqResourceAllBuses) разрешает физическую обработку запросов от узлов всех шин. Остальные биты относятся к узлам локальной шины (на которой находится узел с OHC), они разрешают физическую отработку запросов от узлов с соответствующими номерами. Запросы, не прошедшие через данный фильтр, направляются в контекст AR_Request DMA и обрабатываются программно. Управление данным фильтром осуществляется через регистры PhysicalRequestFilterHiSet (110h), PhysicalRequestFilterHi-Clear (114h), PhysicalRequestFilterLoSet (118h), PhysicalRequestFilter-LoClear (11Ch).

Контексты DMA

Контекст DMA, образующий независимый канал DMA, состоит из контекстной программы и регистров контроллера. Контекстная программа — это список команд, отрабатываемых контроллером для передачи и приема пакетов данных. Каждый контекст DMA представлен в контроллере своим блоком регистров, в который входят регистры ContextControl (управление и состояние) и CommandPtr (указатель на команду). В дополнение к этому контексты изохронного приема имеют свои регистры шаблонов совпадений ContextMatch и общий регистр масок мультиканального приема. В последующем описании указывается смещение регистров относительно начального адреса своего блока регистров.

Управляющий регистр ContextControl контекста представлен парой регистров ContextControlSet (+0h) и ContextControlClear (+4h), обеспечивающих установку, сброс и чтение битов и полей. Формат регистра для асинхронных контекстов приведен на рисунке ниже, форматы регистров для изохронных контекстов описаны в соответствующем разделе. Назначение полей, используемых в регистрах всех контекстов, приведено далее:

  • run — программное разрешение (1) и запрет (0) отработки дескрипторов;
  • wake — семафор, установкой которого программа уведомляет о добавлении нового дескриптора в контекст. Хост-контроллер обнуляет бит после выборки каждого дескриптора;
  • dead — хост-контроллер устанавливает этот бит, обнаружив фатальную ошибку. Программный сброс бита run сбрасывает и этот бит;
  • active — признак обработки дескрипторов (управляется хост-контроллером);
  • spd — скорость, на которой был принят пакет (только для контекстов приема). Значение некорректно, если установлен бит wake или active;
  • event_code — код события, раскрытый в таблице ниже.

Формат управляющих регистров асинхронных контекстов

Таблица. Коды событий для контекстов DMA

Код События Контексты
00 evt_no_status, нет индикации события AT, AR, IT, IR
01 reserved  
02 evt_long_packet, длина данных в принятом пакете больше, чем размер буфера IR
03 evt_missing_ack, потерян пакет подтверждения ack AT
04 evt_underrun, недостаточно данных в FIFO, переданный пакет усечен AT
05 evt_overrun, переполнение FIFO при изохронном приеме IR
06 evt_descriptor_read, неисправимая ошибка при чтении дескриптора контроллером AT, AR, IT, IR
07 evt_data_read, неисправимая ошибка при чтении контроллером из памяти данных для передачи AT, IT
08 evt_data_write, неисправимая ошибка при записи данных в память хоста AR, IR, IT
09 evt_bus_reset, признак приема пакета, синтезированного по обнаружении сброса на шине AR
0A evt_timeout, не удалась своевременно отправка пакета асинхронного ответа или изохронный контекст не смог записать число пропущенных циклов AT, IT
0B evt_tcode_err, неверный код транзакции в принятом пакете AT, IT
0C-0D Резерв  
0E evt_unknown, неизвестная ошибка AT, AR, IT, IR
0F evt_flushed, пакет был отброшен из-за сброса шины AT
10 Резерв  
11 ack_complete, пакет запроса или ответа от хоста успешнопринят узлом назначения и на этом транзакция завершена. Для пакетов, не требующих подтверждений, этот признак устанавливается автоматически AT, AR, IT, IR
12 ack_pending, пакет запроса от хоста принят успешно узлом назначения, субакция ответа последует позже AT, AR
13 Резерв  
14 ack_busy_X, переданный пакет не принимается узлом назначения (после исчерпания лимита попыток повторов), последний полученный код подтверждения — ack_busy_X AT
15 ack_busy_A, переданный пакет не принимается узлом назначения (после исчерпания лимита попыток повторов), последний полученный код подтверждения — ack_busy_A AT
16 ack_busy_B, переданный пакет не принимается узлом назначения (после исчерпания лимита попыток повторов), последний полученный код подтверждения — ack_busy_B AT
17-1A Резерв  
1B ack_tardy, узел назначения не может принять пакет, поскольку его LINK приостановлен (в состоянии suspended) AT
1C Резерв  
1D ack_data_error, AT-контекст принял пакет ack_data_error или изохронный контекст обнаружил ошибку CRC или длины данных (при приеме каждого пакета в отдельный буфер) AT, IR
1E ack_type_error, недопустимый тип транзакции AT, AR
1F Резерв  

Регистр CommandPtr (+Ch) содержит указатель на блок дескрипторов (старшие 28 бит адреса в поле descriptorAddress) и индикатор длины этого блока (поле Z). Длина (поле Z) указывается в 16-байтных блоках; дескрипторы выровнены по границе параграфа (младшие 4 бита — нулевые). Индикатор Z = 0 означает недействительность указателя — признак окончания контекстной программы. Допустимое число блоков в дескрипторе зависит от типа контекста. При инициализации контекста в регистр заносится указатель на начальный блок дескрипторов и их число в блоке. Дальнейшая программная модификация регистра допустима лишь при нулевом значении признаков run и active. Чтение регистра, в зависимости от состояния признаков run, dead, active и wake, дает различные значения указателей:

  • указывает на последний исполненный, текущий или следующий дескриптор;
  • указывает на блок с Z = 0, вызвавший прекращение активности контекста или блок, вызвавший фатальную ошибку.

Инициализация контекста начинается с проверки состояния — биты run, active и dead должны быть сброшены. При этом условии в регистр CommandPtr помещается указатель на блок дескрипторов (и длина блока), после чего можно программно установить бит run.

Добавление дескрипторов в список возможно в любое время. Для этого в памяти формируется дескриптор или связанный список дескрипторов, и указатель на него (и поле Z) помещается в адрес перехода, находящийся в последнем дескрипторе прежнего списка. После этого необходимо программно установить бит wake — указать контроллеру на обновление списка.

Остановка контекста выполняется программным сбросом бита wake, но это может и не привести к немедленной остановке. Признаком остановки контекста после сброса run является обнуленный бит active.