Интерфейсы PCMCIA, PC Card, CardBus

В начале 90-годов организация РСМСIА (международная ассоциация производителей карт па­мяти для персональных компьютеров) начала работы по стандартизации шин расширения блокнотных компьютеров, и первую очереди предназначенных для расширения памяти. Первым появился стандарт РСМСIA Standard Release 1.0/ JEIDA 4.0 (июнь 1990 г.), в котором был описан 68-контактным интерфейс и два типоразмера карт: Туре 1 и Турe II РС Саrd. Поначалу стандарт касался электри­ческих и физических требований только для карт памяти. Был введен метаформат информационной структуры карты СIS, в кото­рой описываются характеристики и возможности карты — ключевой элемент взаимозаменяемости карт и обеспечения возможностей PnP.

Следующая версия РСМСIА 2.0 (1991 г.) для того же разъема определила ин­терфейс операций ввода-вывода, двойное питание для карт памяти, а также ме­тодики тестирования. В версии 2.01 была добавлена спецификации РС СаrdAТА, новый типоразмер Туре III, спецификация автоиндексируемой массовой памяти АIМS и начальный вариант сервисной специфика­ции. В версии 2.1 (1994 г) расширили специфика­ции сервисов карт и сокетов и развили структуру СIS.

Стандарт РС Саrd (1995 г.) явился продолжением предыдущих, в нем введены дополнительные требоеаяия для улучшения совместимости и новые возмож­ности: питание 3,3 В, поддержка DМА и 32-бтгтного режима прямою управле­ния шиной СardBus.

В дальнейшем в стандарт были ниелены и другие дополнительные возможности.

Все карты РСМСIA и РС Саrd имеют 68-контактны и разуем, назначение контактов у которого варьируется в зависимости от типа интерфейса карты. Тип интерфейса «заказывается» картой при установке ее в слот, который, естественно, должен поддерживать требуемый интерфейс. Интерфейс памяти обеспечивает 8- и 16-битные обращения с минимальным временем цикла 100 нс, что обес­печивает максимальную производительность 10 и 20 Мбайт/с соответственно. Интерфейс ввода-вывода имеет минимальную длительность цикла 255 нс, что соответствует 3.92/7,84 Мбайт/с для 8/16-бнтных обращений. Интерфейс СardBus поддерживает практически такой же протокол обмена, что и РСI, но с некоторы­ми упрощениями. Тактовая частота 33 МГц и разрядность 32 бита обеспечивают пиковую пропускную способность в пакетом цикле до 132 Мбайт/с, картам пре­доставляется возможность прямою управления шиной. Здесь используется та же система автоматическою конфигурирования, что и в РСI (через регистры конфигурационного пространства). В интерфейс заложены до­полнительные возможности для цифровой передачи аудиосигнала, причем как в традиционной форме ИКМ, так и в новой (забытой старой) форме ШИМ (РWМ),

Для дисковых устройств АТА в формате РС Саrd имеется специальная спецификация интерфейса.

Различают четыре типа РС Саrd, у них у всех размер в плане 54 х 85,5 мм, но разная толщина (меньшие адаптеры встают в большие гнезда):

• РС Саrd Туре I - 3,3 мм — карты памяти;

• РС Саrd Туре II - 5 мм — карты устройств ввода-вывода, модемы, адап­теры локальных сетей;

• РС Саrd Туре III - 10,5 мм - дисковые устройства хранения;

• РС Сard Туре IV - 16 мм.

Есть еще и маленькие карты Small РС Саrd размером 45 х 42,8.мм с тем же коннектором и теми же типами по толщине.

Слоты РС Саrd могут предоставлять возможность прямого доступа к памяти (DМА). Реализация DМА - самый дешевый способ разгрузки процессора, но такая реализация имеется не на всех хостах, а только на простых, основанные на шине ISA. Для систем е шиной РСI более естественно прямое управление ши­ной CardBus, правда, для карт реализация прямого управления обходится неде­шево.

Для мультимедийных карт имеется возможность переключения интерфейса в специальный режим ZV Port (Zoomed Video), в котором организуется отдельный двухточечный интерфейс передачи данных между картой и хост-системой. По смыслу интерфейс напоминает коннектор VFC графических карт - выделенная шина для передачи видеоданных, не связанная с остальными шинами (и не за­гружающая их), но имеет иной протокол. В режиме ZV Port адресные линии А[25:4], а также линии BVD2/SPKR#, INPACK# и IOIS16# получают иное назначение и по ним передаются видеоданные и четыре цифровых аудиоканала. Для обыч­ного интерфейса остаются лишь четыре адресные линии, позволяющие адресо­ваться к 16 бантам общей памяти и атрибутов карты.

Интерфейс порта ZV соответствует временным диаграммам ССIR601, что позволяет декодеру NTSC и реальном времени доставлять видеоданные с карты в экранный буфер VGA. Видеоданные могут поступать на карту как с внешнего видеовхода, так и с декодера МРЕС

Карты имеют специальное выделенное пространство памяти атрибутов, в тором находя1ся конфигурационные и управляющие регистры карты, предназначенные для автоконфигурирования. Стандартом описан формат информаци­онной структуры карты (СIS). Карты могут быть многофункциональными (например, комбинация модема и сетевого адаптера). В спецификации МFРС для каждой функции пре­дусматриваются отдельные конфигурационные регистры и определяются прави­ла разделяемого использования линии запроса прерывания.

Для устройств внешней памяти стандарт описывает форматы хранения дан­ных, совместимые с FАТ МS-DОS, а также ориентированные на флэш-память как основной носитель информации. Для непосредственного исполнения модулей ПО, хранящихся в ПЗУ карты, имеется спецификация ХIР, описывающая программный интерфейс вызова этих модулей (вместо загрузки ПО в ОЗУ).

Стандарт описывает программный интерфейс сервисов карт, обеспечивающий унификацию взаимодействия его клиентов (драйверов, приклад­ного ПО и утилит) с устройствами. Имеется также и интерфейс сервисов сокета, с помощью которого выполняются операции, связанные с об­наружением фактов подключения-отключения карт, их идентификации, конфи­гурирования питания и аппаратного интерфейса.

В стандарте имеются описания специфических особенностей, свойственных двум организациям, ведущим стандарт РС Саrd.

• РСМС1А описывает авто индексируемую массовую память (АIМS) для хранения больших массивов данных (изображений, мультимедийных дан­ных) на блочно-ориентированных устройствах. Имеется также спецификация 15-контактного экранированного разъема для подключения моде­мов и адаптеров локальной сети (15-pin Shielded Modem I/O connector) и 7-контактного для подключения модемов (7-pin Modem I/O connector).

• JEIDA для карт памяти предлагает формат файлов Small Вlосk Flash Format, упрощающий файловую систему. Формат SISRIF предназначен для записи изображений и звука на карты памяти. Имеется и спецификация для карт динамической памяти.

Большинство адаптеров выпускается е поддержкой РnР и предусматривает «горячее» подключение - интерфейсные карты могут вставляться и вынимать­ся без выключения компьютера. Для этого контакты шин питания имеют боль­шую длину, чем сигнальные, обеспечивая их упреждающее подключение и запаздывающее отключение. Два контакта обнаружения карты СD1# и СD2# (Саrd Detect) короче остальных — их замыкание для хоста означает, что карта полностью вставлена в слот. Несмотря на возможность динамического конфигурирова­ния, в некоторых случаях при изменении конфигурации требуется перезагрузка системы.

Первоначально карты и хост-системы использовали напряжение питания логики +5 В. Для перехода на низковольтное питание (3,3 В) был введен механи­ческий ключ, не допускающий установки карты на 3,3 В в слот, дающий только 5 В. Кроме того, были определены контакты дли выбора питающего напряжения. По этим линиям хост, допускающий и карты 3,3 В, определяет потребности ^установленной карты и подключает соответствующее напряжение питания. Если хост не способен обеспечить требуемый номинал, он должен не подавать пита­ние, а выдать сообщение об ошибке подключения. Карты обычно поддерживают управление энергопотреблением (АРМ), что особо актуально при автономном питании компьютера.

В стандарте РС Саrd выпускают самые разнообразные устройства - память. устройства хранения, коммуникационные средства, интерфейсные порты, игровые адаптеры, мультимедийные устройства и т. п., правда, все они существенна дороже своим крупногабаритных аналогов. Через слот РС Саrd портативные ком­пьютеры могут подключаться к док-станциям, в которые может быть установле­на обычная периферия. Недостаточно строгое следование производителей стан­дарту иногда приводит к проблемам совместимости.

Слоты РС Саrd подключаются к системной шине блокнотного ПК через мост; для компьютеров с внутренней шиной РСI это будет мост РСI - РС Саrd. В блок­нотных ПК могут быть и слоты Small РСI, но они недоступ­ны без вскрытия корпуса и не допускают «горячей» замены устройств.

Настольный ПК можно снабдить слотами РС Саrd с помощью специальной карты адаптера-моста, устанавливаемой в слот РСI или ISА. Сами слоты (1-2 штуки) оформляются в корпус 3" и выводятся на лицевую панель ПК, этот кор­пус соединяется скартой расширения ленточным кабелем-шлейфом

Литература

Основная

3. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и Интерфейсы переферийных устройств. – М.: Горячая линия-Телеком, 2005. – 336 с.: ил.

4. Интерфейсы переферийных устройств / Под ред. Д.В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2003. – 935 с.: ил.

Дополнительная

3. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети телекоммуникации. - СПб.: Питер, 2005. – 568 с.

4. Хамахер К. Организация ЭВМ. – СПб.: Питер, 2003. – 848 с.: ил.

 

 

Специальность (шифр), форма обучения	Вычислительные машины, комплексы, системы и сети (230101.65),  очная
Название дисциплины	Интерфейсы переферийных устройств
Курс, семестр	IV, VIII
Ф.И.О. преподавателя – разработчика материалов	Ткачук И.Ю.

Лекция 1 6