Содержание статьи
Детектирование устройств с использованием ACPI
Во времена DOS и систем IBM PC/XT/AT многие системные устройства, например
"старый" таймер Intel 8254 имели фиксированную архитектуру, их наличие и
параметры конфигурации не могли быть опциональными. Поэтому, для DOS программ не
стояла задача детектирования таких устройств, программы были "уверены" в их
наличии и фиксированной конфигурации, и использовали их без каких-либо
предварительных проверок.
Позднее, появился интерфейс System PnP, который позволял передавать
информацию о конфигурации устройств от BIOS к ОС. "Старые" контроллеры DMA,
прерываний и таймер входят в число устройств, параметры которых декларируются
средствами этого интерфейса. Теоретически, это дало возможность сообщать ОС о
наличии и отсутствии данных устройств и их конфигурации, которая может
отличаться от стандартной. На практике, несмотря на это, на большинстве
платформ, все перечисленные устройства сохранились в том виде, в каком они
совместимы с DOS программами.
Рассматриваемый в данной статье таймер HPET был разработан значительно позже,
во времена господства совсем другой идеологии. Наличие этого устройства,
количество таких устройств на плате, адреса регистров, номера используемых линий
запросов на прерывание и частота тактирования счетчиков являются опциональными
параметрами, значения которых передаются от BIOS к ОС посредством интерфейса
ACPI и регистров самого таймера. Операционная система перед использованием
таймера HPET должна обнаружить и интерпретировать ACPI таблицу с сигнатурой
"HPET". Согласно спецификации ACPI, это сводится к следующим действиям.
1) Выполняется сканирование блока BIOS Runtime (адреса 000E0000h-000FFFFFh),
если ACPI поддерживается, там будет обнаружена структура RSDP (Root System
Description Pointer). Структура RSDP содержит указатель на таблицу RSDT (Root
System Description Table), содержащую каталог таблиц ACPI. RSDT и другие таблицы
ACPI находятся в верхних адресах Extended памяти в блоке служебной информации
BIOS. Для того, чтобы при использовании Extended памяти этот блок не был
"затерт", размер памяти, о котором рапортует BIOS, уменьшен на размер этого
блока.
2) Обнаружив таблицу RSDT, операционная система последовательно проверяет
таблицы, адреса которых перечислены в RSDT и ищет таблицу с сигнатурой "HPET".
Таких таблиц может быть несколько, если используется несколько таймеров.
3) Из таблицы HPET операционная система считывает адрес MMIO-региона, в
котором находится блок регистров HPET.
4) Другие опциональные параметры (номера используемых линий запросов на
прерывание и частота тактирования счетчиков) считываются из регистров,
расположенных в регионе MMIO.
Разумеется, детектирование RSDP и RSDT, выполняется операционной системой не
только для детектирования HPET, интерфейс ACPI сегодня является основным
средством передачи информации о конфигурации платформы от BIOS к ОС.
Подробности в [18].
Эксперимент с программированием конфигурационных регистров
В предыдущем разделе рассмотрен "легальный" метод детектирования,
работоспособный на платформах, BIOS которых поддерживает HPET и декларирует его
посредством ACPI. Вместе с тем, как было сказано выше, существует много
платформ, у которых данный компонент отсутствует, несмотря на то, что чипсет его
поддерживает. Дело тут в функциональности BIOS и, разумеется, практический совет
обладателям таких платформ, желающим появления HPET в своей системе –
перепрошивка новой версии BIOS с сайта производителя платы, а также проверка
разрешен ли HPET в BIOS Setup.
Вместе с тем, руководствуясь исследовательским интересом, автор выполнил
принудительное включение HPET на одной из платформ, у которых этого не делает
BIOS. Естественно, результаты этой операции сохраняются до первой перезагрузки.
При ее выполнении используются конфигурационные регистры, реализованные
по-разному в разных чипсетах. Процедура, добавленная в пример, работоспособна на
платах, использующих "южный мост" Intel ICH6 (это платы на чипсетах Intel 915,
925), заинтересованный читатель может добавить поддержку других чипсетов.
Программа, находящаяся в прилагаемом каталоге WORK сначала пытается найти
HPET "по-хорошему", используя ACPI, эта часть программы работоспособна
независимо от модели чипсета. Только в том случае, если это не удается,
управление будет передано на процедуру детектирования чипсета и запуска
chipset-specific процедуры включения HPET.
Для включения HPET микросхемы Intel ICH6 необходимо выполнить следующие
действия.
1) Локализовать в конфигурационном пространстве PCI блок регистров устройства
ICH6 LPC Interface. Для этого требуется найти устройство с параметрами:
Код производителя, Vendor ID = 8086h (Intel)
Код устройства, Device ID = 2640h (ICH6, ICH6R LPC Interface) или 2642h (ICH6W,
ICH6RW LPC Interface).
2) В указанном блоке прочитать 32-разрядный регистр с адресом 00F0h, это
регистр RCBA (Root Complex Base Address). Используя значение базового адреса,
выделенное из содержимого этого регистра, мы можем получить доступ к
32-разрядному регистру HPTC (High Precision Timer Configuration), который
расположен в пространстве памяти по адресу RCBA+3404h. Бит 7 регистра HPTC
разрешает доступ к блоку регистров HPET. Биты 1,0 выбирают один из четырех
вариантов адреса. Остальные биты зарезервированы.
3) Записав в регистр HPTC значение 10000000b (D7=1, D[1,0]=00) мы обеспечим
появление HPET в пространстве памяти по адресам FED00000h-FED003FFh.
Подробности в [8], [17].
Архитектура HPET
Платформа может иметь произвольное количество таймеров HPET (согласно
спецификации до 8). Каждый таймер декларируется ACPI таблицей "HPET", использует
регион MMIO размером 1KB и может содержать от 1 до 32 компараторов. Здесь
требуется пояснение. Как известно, "старый" таймер Intel 8254, имеет 3 канала,
каждый из которых является независимым счетчиком, который может запускаться,
останавливаться, загружать новое значение по командам от процессора. Таймер HPET
устроен иначе, он имеет один счетчик на все каналы. Каждый канал имеет
собственный регистр данных и компаратор (схему сравнения кодов). Когда
содержимое общего счетчика, одновременно поступающее на компараторы всех
каналов, совпадет с содержимым регистра данных в каком-либо канале, компаратор
этого канала выдаст сигнал совпадения и канал сгенерирует запрос на прерывание
(если генерация запроса разрешена).
Счетчик работает в режиме инкрементирования. Разрядность счетчика (32 или 64
бита), а также период тактового сигнала счетчика могут быть различными от
платформы к платформе. Их значения декларированы в регистре General Capabilities
and ID Register.
Таким образом, чтобы запрограммировать генерацию запроса на прерывание через
некоторый интервал времени T (представленный в секундах), программа должна
пересчитать секунды в такты счетчика, используя информацию о периоде тактового
сигнала N=T/K.
N = Количество тактов таймера в требуемом интервале
T = Длительность требуемого интервала в секундах
K = Длительность такта таймера в секундах.
Затем, в регистр данных используемого канала требуется записать число L=N+M.
L = Число для записи в регистр данных используемого канала
N = Ранее вычисленное количество тактов таймера в требуемом интервале
M = Текущее состояние общего счетчика
По прошествии N тактов, счетчик, находящийся в данный момент в состоянии M,
досчитает до состояния L и будет сгенерировано прерывание.
Опционально, канал может поддерживать периодические прерывания. В этом режиме
после каждой генерации прерывания, регистр данных автоматически (аппаратно, без
участия процессора) перезагружается константой, обеспечивающей генерацию
прерывания через такой же интервал времени. При этом упрощается работа
программного обеспечения и улучшается точность, поскольку отсутствует
погрешность, связанная с затратами времени на программирование таймера
процессором.
Источники информации
Электронные документы, доступные на сайте
developer.intel.com.
1) IA-PC HPET (High Precision Event Timers) Specification. Revision 1.0a.
2) Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual. Volume 1: Basic
Architecture. Order Number 253665-023US.
3) Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual. Volume 2A:
Instruction Set Reference, A-M. Order Number 253666-023US.
4) Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual. Volume 2B:
Instruction Set Reference, N-Z. Order Number 253667-023US.
5) Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual. Volume 3A:
System Programming Guide, Part 1. Order Number 253668-023US.
6) Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual. Volume 3B:
System Programming Guide, Part 2. Order Number 253669-023US.
7) Intel 915G/915P Express Chipset Datasheet. Document Number 301467-001.
8) Intel I/O Controller Hub 6 (ICH6) Family Datasheet. Document Number
301473-001.
Электронные документы, доступные на сайте
developer.amd.com.
9) AMD64 Architecture Programmer’s Manual. Volume 1: Application Programming.
Publication No. 24592.
10) AMD64 Architecture Programmer’s Manual. Volume 2: System Programming.
Publication No. 24593.
11) AMD64 Architecture Programmer’s Manual. Volume 3: General-Purpose and System
Instructions. Publication No. 24594.
12) AMD64 Architecture Programmer’s Manual. Volume 4: 128-Bit Media
Instructions. Publication No. 26568.
13) AMD64 Architecture Programmer’s Manual. Volume 5: 64-Bit Media and x87
Floating-Point Instructions. Publication No. 26569.
14) BIOS and Kernel Developer’s Guide for AMD Athlon 64 and AMD Opteron
Processors. Publication No. 26094.
15) BIOS and Kernel Developer’s Guide for AMD NPT Family 0Fh Processors.
Publication No. 32559.
16) BIOS and Kernel Developer’s Guide (BKDG) For AMD Family 10h Processors.
Publication No. 31116.
Электронные документы, доступные на сайте
pcisig.com.
17) PCI BIOS Specification. Revision 2.1.
Электронные документы, доступные на сайте
acpi.info.
18) Advanced Configuration and Power Interface Specification. Hewlett-Packard
Corporation, Intel Corporation, Microsoft Corporation, Phoenix Technologies
Ltd., Toshiba Corporation. Revision 3.0.
Книги
19) В.Л. Григорьев. Микропроцессор i486. Архитектура и программирование.
Москва ТОО "ГРАНАЛ" 1993.
20) В.Г. Артюхов, А.А. Будняк. В.Ю. Лапий. С.М. Молявко, А.И. Петренко.
Проектирование микропроцессорной электронно-вычислительной аппаратуры.
Справочник. Киев "Тэхника" 1988.
21) К. Г. Самофалов, О.В. Викторов. Микропроцессоры. Библиотека инженера. Киев
"Тэхника" 1989.
22) 2B ProGroup: В.А. Вегнер, А.Ю. Крутяков, В.В. Серегин, В.А. Сидоров, А.В.
Спесивцев. Аппаратура персональных компьютеров и ее программирование. IBM
PC/XT/AT и PS/2. Москва "Радио и связь" 1995.
23) Ю.М. Казаринов, В.Н. Номоконов, Г.С. Подклетнов, Ф.В. Филиппов.
Микропроцессорный комплект К1810. Структура, программирование, применение.
Справочная книга. Москва "Высшая школа" 1990.
