Nghiên cứu tổ chức phần mềm máy tính đảm bảo cho hệ điện tử theo tiêu chuẩn PCI bus

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NCKH Đề tài : Nghiên cứu tổ chức phần mềm máy tính đảm bảo cho hệ điện tử theo tiêu chuẩn PCI bus Giáo viên hướng dẫn : KS Lê Trọng Nghĩa Nhóm nghiên cứu : Lê Thanh Bình Nguyễn Hoàng Việt Nội dung nghiên cứu cụ thể : • Nghiên cứu cấu trúc hoạt động bus PCI 32bit/33MHz 64bit/66MHz • Tổ chức vi mạch giao diện PCI • Đảm bảo chương trình NỘI DUNG BÁO CÁO Nội dung báo cáo chia thành phần :  Phần : Cấu trúc chung hệ vi xử lý, hệ thống bus chuẩn bus thông dụng trình phát triển hệ vi xử lý NỘI DUNG BÁO CÁO Nội dung báo cáo chia thành phần :  Phần : Cấu trúc chung hệ vi xử lý, hệ thống bus chuẩn bus thông dụng trình phát triển hệ vi xử lý  Phần : Cấu trúc hoạt động bus PCI NỘI DUNG BÁO CÁO Nội dung báo cáo chia thành phần :  Phần : Cấu trúc chung hệ vi xử lý, hệ thống bus chuẩn bus thông dụng trình phát triển hệ vi xử lý  Phần : Cấu trúc hoạt động bus PCI  Phần : Giải pháp thiết kế hệ điện tử hoạt động theo chuẩn PCI I CẤU TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ VI XỬ LÝ, HỆ THỐNG BUS VÀ CÁC CHUẨN BUS THÔNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ VI XỬ LÝ Cấu trúc chung hệ vi xử lý Một hệ vi xử lý bao gồm: xử lý trung tâm, nhớ giao tiếp thiết bị ngoại vi Các khối giao tiếp với thông qua hệ thống bus Hệ thống bus chuẩn bus thông dụng trình phát triển hệ vi xử lý Như vậy, coi bus “ hệ thống giao thông” hệ vi xử lý, đóng vai trò thiếu hoạt động hệ vi xử lý Tốc độ, hiệu độ tin cậy hoạt động hệ vi xử lý phụ thuộc nhiều vào hệ thống bus mà sở hữu Sau tìm hiều số chuẩn bus thông dụng 3.1 Bus kiến trúc tiêu chuẩn công nghiệp ISA ( Industry Standard Architure ) Đây là bus 16 bit, đầu tiên được xây dựng để dùng cho các máy tính AT vào năm đầu thập niên 80 kỷ 20 Bus có khe cắm 62 chân , bao gồm bus liệu D0 - D7, bus địa A0 - A19, tín hiệu điều khiển IOR, IOW, MEMR, MEMW, số tín hiệu điều khiển board hệ thống ngoại vi DMA, điều khiển ngắt Năm 1984 với đời vi xử lý 80286, bus bổ sung thêm 36 chân để phối hợp làm việc với bus liệu 16 bit bus địa 24 bit 36 chân bổ sung dùng làm đường liệu từ D8 - D15, đường địa A21 - A23, tín hiệu điều khiển kênh DMA số tín hiệu điều khiển hệ thống khác Bus trèng Reset KÕt thóc mét chu kú b¾t ®Çu chu kú ®äc b¾t ®Çu chu kú ghi III GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ ĐIỆN TỦ HOẠT ĐỘNG THEO TIÊU CHUẨN PCI Khi thiết kế card giao chuẩn PCI cách sử dụng vi mạch chế tạo theo công nghệ ASIC (Application Specific Intergrated Circuit – Mạch tích hợp cho ứng dụng cụ thể ) thường có ba giải pháp : Giải pháp thứ nhất: Bộ điều khiển bus PCI thực mạch tích hợp lớn, riêng lẻ Ưu điểm phương pháp chỗ người thiết kế không cần quan tâm đến việc thoả mãn yêu cầu nghiêm ngặt bus từ phía giao diện hệ thống, mạch tích hợp điều khiển bảo đảm đặc tính thời gian cần thiết, người thiết kế tự phát triển ứng dụng dựa vào nhu cầu cụ thể Tuy nhiên nhược điểm phương pháp độ bảo mật không cao, dư thừa nhiều mạch IC tính kinh tế không cao Giải pháp thứ hai: Đặt hàng mạch IC chuyên dụng làm điều khiển bus trực tiếp độc lập với ứng dụng người dùng Nó thực chức điều khiển bus ứng dụng người dùng mạch tinh thể Khuyết điểm giải pháp giá thành lớn thiết kế sản xuất vi mạch đặt hàng Ngoài ra, khuyết điểm khác thời gian thiết kế sản xuất lâu, tính linh hoạt thiết bị thấp, độ bảo mật việc cải tiến vi mạch luôn cần thêm nhiểu chi phí vật chất thời gian 3.Giải pháp thứ ba : Xây dựng thiết bị PCI sở thiết bị logic khả trình Đây giải pháp tương đối toàn diện phù hợp với tình hình có nguyên nhân sau : • Trên thị trường lượng cung cấp vi mạch logic khả trình dồi Các vi mạch có mức độ tích hợp lớn, chiếm không gian bo mạch Vì người dùng tận dụng lượng tài nguyên lớn cho việc phát triển ứng dụng • Độ tin cậy cao, cấu tạo bo mạch đơn giản giá thành mức chấp nhận • Tính linh hoạt cao, thuận lợi cho trình thiết kế, bảo trì, nâng cấp, phát triển để phục vụ cho mục đích ứng dụng • Người dùng hỗ trợ tối đa từ nhà cung cấp • Các PLIC đại cung cấp cho nhà phát triển ứng dựng nhiều đặc tính chức cấu trúc cho phép xây dựng chip thiết bị số nhiều tính công dụng khác nhiều mức độ • Các chủng loại vỏ khác với số lượng chân vào hai chiều bên lớn cho phép nhà phát triển thiết kế đường bus rộng để truyền liệu với số lượng cổng số không hạn chế • Đảm bảo tính bảo mật cao, lĩnh vực kỹ thuật quân Hiện Xilix đánh giá nhà cung cấp vi mạch logic khả trình PLIC hàng đầu giới Trên thị trường nay, Xilinx cung cấp hai kiểu PLIC FPGA - mảng cổng khả trình theo trường CPLD thiết bị logic khả trình phức hợp Ở xem xét phương pháp thiết kế PCI PLIC Xilinx có sử dụng phần mềm thiết kế Foundation ( Webpack) Hình cho thấy giải pháp tích hợp hệ thống dựa PLIC Xilinx Ứngdụng dụngngười ngườidùng dùng Ứng (3,2triệu triệuvan, van,804 804I/O) I/O) (3,2 Bus PCI LogiCORE LogiCORE PCI33/32 33/32 PCI 66/64 66/64 DMA-n DMA-n FIFO-n FIFO-n Giaodiện diện Giao SDRAM, SDRAM, SBSRAM SBSRAM Tốc độ - 32 64 bit liệu - Trạng thái chờ không 66MHz Tính linh hoạt - PCI chuẩn cổng logic người dùng - Nhân logic có dải rộng Bộ nhớ - Vào luồng theo khối 832 Kbit - Phân tán 1014 Kbit - Giao tiếp thẳng với nhớ SDRAM, ĐRAM, ZBTRAM, SBSRAM Lưu đồ trình thiết kế vi mạch giao diện PCI dựa vi mạch logic khả trình PLIC Xilinx sau : Biêntập tậpsơ sơđồ đồkỹ kỹthuật thuậttrên trênHDL HDL Biên Dựán ánngười người Dự dùng dùng Trình biên dịch tự động chuyển tệp netlist thành cấu trúc PLIC Xilinx Phân bố tài nguyên tự động, chạy rà PCI PCI Ánhxạ xạ Ánh Phânbố bốtài tàinguyên nguyênvà vàchạy chạyrà rà Phân Xilinx FPGA Mô hình hoá chức Trìnhmô môphỏng Trình Các bước thiết kế bao gồm : • Bước 1: Tiến hành mô tả chức mạch thực dạng biên tập sơ đồ kỹ thuật cách xây dựng sơ đồ mạch (Schematic) sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng HDL (Hardware Description Language) như: VHDL, Verilog, ABEL… • Bước : Hiện đại hóa đồng thời chức nhân lõi tích hợp điều khiển với yêu cầu người dùng • Bước : Tiến hành chạy rà hệ thống • Bước : Mô hình hoá dự án theo thời gian giữ chậm bổ sung tạo tệp tin nối mạch bên PLIC • Bước : Triển khai giải pháp PCI hoàn toàn chip PLIC cách tổ chức đóng mạch tới PLIC với thiết bị đích ứn dụng Như vậy, giải pháp cho phép người thiết kế tạo giao diện linh hoạt cho phép kết nối thiết bị khác với PCI Với giá thành mức chấp nhận được, giải pháp toàn diện giúp phát triển ứng dụng dựa chuẩn PCI đáp ứng yêu cầu thiết kế [...]... ngoại vi theo chuẩn PCI Trên các máy tính PC chuẩn bus cục bộ PCI được xây dựng thành một hệ thống để có thể liên kết cùng một lúc nhiều thiết bị ngoại vi với bo mạch chủ Chính điều này đã giúp cho chuẩn bus cục bộ PCI không bị lỗi thời và ngày càng phát triển khi các công ty sản xuất máy tính đã mặc định xây dựng hệ thống bus PCI trên các bo mạch chủ của máy tính PC Và như vậy chuẩn bus cục bộ PCI đã... khiển bus • Khả năng tương thích với chuẩn ISA, EISA và MCA nhờ sử dụng các cầu nối bus (PCI- toPCI Bridge) Bus PCI độc lập so với bộ vi xử lí, nó là bus tầng dưới, không trực tiếp nối vào bus hệ thống, giữa bộ vi xử lí và bus PCI là thiết bị điều khiển PCI - một vi mạch có nhiệm vụ đồng bộ các tín hiệu hệ thống và tín hiệu bus để phối hợp hoạt động của chúng Cũng do khả năng này mà bus PCI có thể dùng cho. .. khe cắm ISA trên các bo mạch máy tính được sản xuất Hình dưới đây mô tả các băng thông có thể có của bus PCI : Như vậy băng thông của PCI có thể đạt tới 528 Mb/s Đây là thông lượng cực đại mà bus PCI có thể đạt được, tương ứng với nó là chuẩn PCI 64bit/66MHz Trong một hệ thống sử dụng bus PCI, thành phần PCI và các card giao tiếp được xử lý hoàn toàn độc lập với nhau, cho phép một quá trình trao đổi... cắm Chuẩn EISA có nhiều tính năng tiên tiến hơn như độ rộng kênh dữ liệu đạt 32 bit, Card thiết kế theo chuẩn này có hiệu quả làm việc cao và cũng có khả năng tự động đặt cấu hình cho Card Tuy nhiên chuẩn này không phải là chuẩn thông dụng vì thiết bị theo chuẩn này có giá thành tương đối đắt và tốc độ của nó ( 8 Mhz ) chậm hơn nhiều so với các chuẩn giao tiếp bus cục bộ được xây dựng sau này 3.4 Bus. .. độ cao giành riêng cho nhiệm vụ xử lý và hiển thị các đối tượng đồ họa, đặc biệt là các đối tượng đồ họa 3 chiều Nó được dành riêng cho card kết nối thiết bị hiển thị Giao diện AGP dựa trên tập hợp các thao tác mở rộng và cải tiến của bus PCI Trong máy tính cổng tăng tốc đồ họa không thay thế hay hủy bỏ chuẩn PCI mà nó độc lập với bus PCI về mặt vật lý, logic và điện Nó dành riêng cho việc sử dụng các... giảm nhiễu xuyên âm và tổn hao, có mạch phân phối bus cho phép tổ chức thiết bị đa chủ bus Tuy vậy, khác với ISA là một kiến trúc mở, kiến trúc vi kênh MCA được IBM coi là kiến trúc bus độc quyền của mình và các hãng sản xuất máy nhái khác phải nộp khoản tiền bản quyền cho IBM khi sản xuất MCA Những yêu cầu nghiêm ngặt về bản quyền cộng với tính không tương thích của MCA đã khiến bus kiến trúc vi kênh... cắm là 1 • Bus VL không có chuẩn đặt cấu hình tự động 3.5 Bus cục bộ PCI ( Peripheral Component Interconnect ) Ra đời nhằm mục đích thiết lập một chuẩn giao tiếp có hiệu suất cao, mức tiêu thụ năng lượng thấp, bus cục bộ PCI đã nhanh chóng được các nhà sản xuất chấp nhận và coi đó như một chuẩn bus mặc định trong các bo mạch chủ Với những ưu điểm vượt trội của mình, ngày nay các khe cắm PCI đã hoàn... Hiện nay chuẩn USB 2.0 cho phép truyền dữ liệu đạt đến tốc độ 480Mb/s Trên bảng mạch chủ máy vi tính chỉ có duy nhất 1 khối điều khiển cho giao diện này, cho phép đồng thời quản lý 127 thiết bị ngoại vi bằng cách chia sẻ băng thông cho tất cả các thiết bị trên kênh trong cùng một thời điểm Nó có 4 đường tín hiệu: 2 đường cho nguồn và 2 đường cho truyền dữ liệu Mỗi khi 1 thiết bị được cắm vào máy tính. .. nhằm mục đích truy nhập bus hệ thống với tốc độ xấp xỉ tốc độ bộ vi xử lý, cải thiện băng thông, nâng cao độ tin cậy và giảm giá thành nhờ chuẩn hóa Sự ra đời của bus cục bộ đã giải quyết được vấn đề xung quanh tốc độ xử lý của bus, ít ra là để bộ vi xử lý không phải chịu một gánh nặng do bus chậm Đặc điểm chính của bus VL như sau : • Bus VL ( phiên bản 1.0 ) là bus 32 bit • Bus VL có thể làm việc... Local Bus ) Song song với sự phát triển của các phần mềm đồ họa, các chuẩn bus cũ với tốc độ thấp, băng thông hẹp ngày càng không đáp ứng được yêu cầu của các bộ vi xử lý, thậm chí trong nhiều trường hợp, chúng trở thành gánh nặng cản trở khả năng thi hành của bộ vi xử lý Những yêu cầu thực tế đã thúc đẩy hiệp hội chuẩn điện tử video VESA ( Video Electronic Standars Association ) chuyển sang thiết kế bus ... điện tử video VESA ( Video Electronic Standars Association ) chuyển sang thiết kế bus cục nhằm mục đích truy nhập bus hệ thống với tốc độ xấp xỉ tốc độ vi xử lý, cải thiện băng thông, nâng cao độ... thao tác bus cục vi xử lý, hệ thống nhớ, thiết bị ngoại vi có hiệu suất cao hình ảnh động, LAN, SCSI, FDDI, ổ đĩa cứng… nâng cao hình ảnh hiển thị đa phương tiện (đồ họa chiều) Phần đuôi mở rộng... nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao tốc độ vi xử lý mới, PCI Express coi công nghệ độ chờ đợi nhà sản xuất phát triển kiến trúc bus I/O dài hạn có tên Future I/O Với tính nâng cao so với bus PCI, PCI