Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Intel/D19821006Elc032.shtml

Расширение возможностей контроллера за счет функций системного уровня

УДК 681.327.8:621.3.049.771.14

Роберт Бич (Robert Beach)
Фирма Intel Corp. (Санта-Клара, шт.Калифорния)

Роберт Галин
Фирма Intel Corp. (Санта-Клара, шт.Калифорния)

Алекс Корнхаузер
Фирма Intel Israel Ltd. (Хайфа, Израиль)

Моше Штарк
Фирма Intel Israel Ltd. (Хайфа, Израиль)

Доно ван Мироп
Фирма Intel Israel Ltd. (Хайфа, Израиль)

Robert Beach et al. System-level functions enhance controller IC, pp.95—97.

Описан локальный сетевой контроллер 82586 фирмы Intel, на основе которого можно быстро строить экономичные и надежные сети Ethernet, а также другие локальные сети с аналогичным протоколом. От других приборов, описанных в настоящей серии статей, данный контроллер отличается возможностью программирования его параметров.

Если не останавливаться на любой новой отдельно взятой характеристике, то следует указать, что объединение основных связных функций системного уровня на одном кристалле действительно делает связной контроллер 82586 локальной сети прибором нового поколения для построения быстродействующих локальных сетей. Такие реализованные на кристалле функции, как управление прямым доступом к памяти и буферной памятью, возможность программирования сетевых параметров, а также средства диагностики позволяют разработчикам быстро строить экономичные и надежные сети Ethernet и локальные сети, в которых используются аналогичные протоколы многократного доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA-CD).

Применяя контроллер 82586 в сочетании с последовательным интерфейсом 82501 сети Ethernet и серийно выпускаемыми приемопередатчиками, пользователи получат полную реализацию физического и информационного каналов сети Ethernet. Хотя другие БИС контроллеров сети Ethernet также будут обеспечивать реализацию этих двух уровней эталонной модели Международной организации стандартов, прибор 82586 идет дальше в том, что дает возможность программировать параметры управления сетью, позволяет пользователям оптимизировать его режимы для работы с различными локальными сетями и гарантировать работоспособность сети.

Фактически разработчики фирмы Intel при проектировании контроллера 82586 ставили своей целью обслуживание не только пользователя сети Ethernet, но также и любой другой сети, в которой используется тот или иной вид протокола CSMA-CD. Поэтому многие из функциональных средств этой интегральной схемы являются программируемыми для сетей, которые по максимальным допустимым длинам сообщений и скоростям передачи данных отличаются от сети Ethernet (см. первую статью данной серии). Главная задача контроллера — выполнять функции программируемого интерфейса для ведущего центрального процессора с целью уменьшения его рабочей нагрузки и экономии требуемой емкости памяти. БИС контроллера можно рассматривать как параллельный процессор (на рис.1 он показан справа), который выполняет выбираемые из ведущего процессора команды одновременно с приемом данных через свои схемы последовательного интерфейса для записи их в буферную память.

Внутренняя структура. Контроллер канала передачи данных, изготавливаемый фирмой Intel по Н/МОП-технологии, имеет как параллельный, так и последователь
Рис.1. Внутренняя структура. Контроллер канала передачи данных, изготавливаемый фирмой Intel по Н/МОП-технологии, имеет как параллельный, так и последовательный интерфейсы и четыре канала прямого доступа к памяти. Он может работать в составе самых различных локальных сетей, поскольку его ключевые параметры являются программируемыми.

Взаимодействие между ЦП ведущего процессора и контроллером 82586 осуществляется посредством разделяемой памяти. Единственные аппаратные связи между ними — это линия прерывания, при помощи которой контроллер привлекает «внимание» ЦП, и линия «внимание канала», при помощи которой ЦП привлекает «внимание» контроллера 82586.

Часть разделяемой общей памяти резервируется для использования в качестве двунаправленного «почтового ящика». В одной секции последнего содержатся инструкции, передаваемые из ЦП в контроллер, такие, как «запустить», «отменить», «приостановить» и «возобновить», а также указатели списка команд для выполнения в параллельном процессоре и указатели области принимаемых кадров. Во второй секции содержится информация, которую контроллер 82586 передает в ЦП, например данные состояния («холостой режим», «активный режим», «нет ресурсов для приема» и т.д.), признаки прерывания («команда завершена», «кадр принят») и накопленные данные контроля (например, ошибки контроля циклическим избыточным кодом).

Кроме почтового ящика в разделяемой памяти хранится список команд, который подготавливается центральным процессором и служит программой работы контроллера 82586. Метод связанных списков обеспечивает возможность формирования циклического связанного списка, используемого либо для многократного выполнения, либо для линейной последовательности команд.

Последняя секция разделяемой памяти — это область приема кадров. Все, что требуется от ведущего ЦП для задания такой области,— это подготовить два связанных списка: один список дескрипторов кадров и один — буферов со своими дескрипторами.

Каждый дескриптор кадра имеет прямой указатель. Первый дескриптор выбирается при помощи почтового ящика, а последний помечается признаком конца кадра. Дескрипторы буферов являются по существу одинаковыми для процессов приема и передачи, однако дескрипторы приема включают поле, которое определяет размер свободного буфера и признак конца списка.

Контроллер 82586 заполняет буферы при получении кадров и соответственно изменяет, список свободных буферов. Организация цепочек буферов приема существенно повышает эффективность использования памяти. При отсутствии этой возможности ведущему процессору пришлось бы распределять блоки памяти исходя из предположения, что каждый кадр будет кадром максимального размера (1518 байт для сети Ethernet). При последующих передачах эти буферы могут заполняться, несмотря на то что фактически размеры кадров значительно меньше максимума, так что контроллер мог бы принять еще один пакет из нескольких кадров, но не имеет свободного места в буферах. Обычно компромиссное решение для цепочки буферов связано с накладными затратами времени процессора и времени на коммутацию буферов. Однако контроллер 82586 обеспечивает организацию цепочек буферов без участия ЦП.

ИС контроллера изготавливается по технологии высококачественных МОП-схем (Н/МОП); она содержит свыше 56 тыс. элементов и конструктивно оформляется в 48-контактном корпусе типа DIP. Кроме параллельного процессора контроллер содержит и другой основной функциональный блок —последовательный интерфейс (на рис.1 показан слева).

Внутренняя архитектура

В секции параллельного процессора имеется устройство стыка с шиной, которое вырабатывает сигналы управления шиной, необходимые для обмена данными, командами и информацией состояния между разделяемой памятью и контроллером 82586. Блок интерфейса данных —это коммутатор, который обеспечивает передачу данных системной шины в буфер FIFO передатчика или на внутреннюю параллельную шину и из буфера FIFO приемника на внутреннюю параллельную или системную шину.

Логика прямого доступа к памяти — это формирователь адресов, который обеспечивает передачу данных между контроллером 82586 и разделяемой памятью в режиме ПДП. Команды выбираются из памяти блоком команд, который обеспечивает также запись информации состояния в память. Блок команд полностью управляет устройством ПДП, загружает начальные указатели значения счетчиков байтов, а затем запускает устройство ПДП.

Устройство приема выполняет операции для ЗУ приема, аналогичные тем, которые блок команд выполняет при обработке команд. Оба устройства выбирают микроинструкции из общего ПЗУ.

Буфер передачи регулирует трафик данных от параллельного процессора через информационный интерфейс к передатчику байтов. После выполнения команд, поступающих из буфера передачи, передатчик байтов возвращает информацию состояния обратно через буфер приема.

Передатчик битов обеспечивает преобразование в последовательную форму и кодирование данных, вырабатывает последовательность контроля кадра и передает информацию. Он управляет также установлением соединения, подобного производимому модемом. Приемник битов осуществляет исключение преамбулы, согласование адресов, формирование флажков ошибок, выделение принятого кадра и проверку последовательности контроля кадра. Он преобразует информацию в параллельный формат и выдает ее байтами в приемник байтов, который проверяет адрес получателя на соответствие различным возможным типам адресов. После этого, если обнаруживается соответствие адресов, он передает принятые данные в буфер приема.

Интерфейс контроллера нельзя считать функционально законченным без последовательного интерфейса 82501 сети Ethernet (ESI). Этот прибор изготавливается по биполярной технологии и предназначается для реализации последовательной передачи и приема пакетов данных со скоростью 10 Мбит/с при обмене с приемопередатчиком.

Прибор 82501 (рис.2) обеспечивает генерацию синхросигналов для себя самого и контроллера 82586, в его функции входит периодическое формирование временной диаграммы и манчестерское кодирование передаваемого потока данных, управление линией передаваемого потока данных, управление линией передачи сигнала к приемопередатчику и фильтрация помех по входам приема и столкновений. Кроме того, он обеспечивает восстановление синхронизации и манчестерское декодирование принимаемого потока данных и формирование сигналов принимаемых данных, синхросигналов приема, наличия несущей и наличия столкновения.

Партнеры. Биполярная ИС последовательного интерфейса сети Ethernet, прибор 82501, обеспечивает манчестерское кодирование и декодирование, фильтрацию п
Рис.2. Партнеры. Биполярная ИС последовательного интерфейса сети Ethernet, прибор 82501, обеспечивает манчестерское кодирование и декодирование, фильтрацию помех, формирование сигналов для приемопередатчика и обнаружение столкновений при работе с контроллером канала передачи данных и сетевым приемопередатчиком.

В приборе 82586 имеются четыре канала ПДП, это позволяет ему принимать непрерывные блоки кадров при условии, что он обеспечивает минимальный интервал между кадрами, равный 9,6 мкс (для сети Ethernet на 10 Мбит/с). Кроме того, высокая производительность микросистемы обеспечивается благодаря конвейерному режиму работы интерфейсов сети Ethernet и ведущего процессора, а также благодаря параллельному включению различных процессоров.

Контроллер может работать с быстродействующими системными шинами, однако он легко приспосабливается к различным ограничениям параметров системных шин. Минимальная скорость передачи данных, необходимая для сохранения скорости последовательной передачи, равной 10 Мбит/с, составляет 1,25 Мбайт/с. Контроллер 82586 ориентирован на работу с 8-МГц шиной, скорость передачи данных которой составляет 4 Мбайт/с, так что остается значительный запас для выполнения дополнительных операций и работы ЦП.

Программная диагностика

Сети передачи данных могут быть весьма сложными, поскольку по своей сути они являются распределенными и асинхронными, в результате чего в ней трудно находить неисправности. Контроллер 82586 разрабатывался специалистами, понимающими серьезность этой проблемы, поэтому в него включен ряд средств, способствующих повышению надежности и возможности тестирования.

Все эти функциональные средства работают под программным управлением. Они не требуют никаких диагностических аппаратных средств или каких-либо модификаций. Прибор предусматривает реализацию таких служебных функций, как контроль передаваемых и принимаемых кадров, сбор статистической информации и диагностики всей сети, обеспечение диагностики для своего узла и средства проверки собственного функционирования.

В дополнение к информации состояния, посылаемой в ЦП после каждой передачи или приема, контроллер подсчитывает также количество кадров, содержащих ошибки ЦИК и выравнивания, а также число кадров, потерянных из-за перегрузки канала ПДП или отсутствия свободных буферов приема.

Контроллер 82586 содержит также средства, обеспечивающие сбор статистических данных относительно характера функционирования сети, а также средства локализации ошибок в сети. Например, поле состояния каждого передаваемого кадра — это по сути индикатор активности сети, скажем, передача, отложенная из-за занятости канала, число столкновений, которые произошли перед передачей кадра, или информация о неудачной попытке передать кадр ввиду чрезмерного числа столкновений.

Контроллер можно перевести в смешанный режим; это означает, что он будет воспринимать все кадры независимо от адреса. Подобный режим удобен, например, для построения контрольной станции.

Каждый контроллер 82586 способен также определять, не возникло ли в каком-либо месте сети короткое замыкание или разрыв канала передачи данных (с помощью рефлектометрии). Контроллер позволяет определять даже расстояние до точки короткого замыкания или разрыва в кабеле, что очень важно для быстрого нахождения и устранения неисправности.

С целью обеспечения тестирования как программных, так и аппаратных средств рабочей станции контроллер 82586 можно перевести в режим проверки при помощи внутреннего шлейфа; в этом режиме контроллер отключается от сети, и любой передаваемый им кадр немедленно поступает обратно на прием. С помощью такой процедуры можно обнаруживать неисправности в приборе 82586 или на станции.

Кроме того, контроллер предусматривает проверочную конфигурацию с внешним шлейфом, который дает пользователям возможность проверять всю внешнюю логику между прибором 82586 и самим каналом передачи данных. Этот прибор проверяет также правильность сигналов контроля несущей и обнаружения столкновений; такие сигналы поступают от приемопередатчика для каждого передаваемого кадра.

Чтобы проверить работоспособность самого прибора, предусмотрена специальная команда дампинга, по которой контроллер переписывает содержимое своих внутренних регистров в память. Для тех частей прибора, которые нельзя проверить извне, например генератора случайных чисел, предусмотрена команда диагностики, по которой запускается процедура самотестирования проверяющая недоступные извне снетчики.

На основе контроллера 82586 и 16-разрядных микропроцессоров iAPX 186 фирмы Intel (рис.3) можно построить узел сети Ethernet. Данные два прибора характеризуются идентичными требованиями к управлению и синхронизации шины. Благодаря этому они могут коллективно использовать одни и те же регистры хранения адресов, данных и контроллер шины.

Функционально законченная система. Типичный контроллер локальной сети Ethernet содержит БИС контроллера и ИС кодирования-декодирования фирмы Intel, ми
Рис.3. Функционально законченная система. Типичный контроллер локальной сети Ethernet содержит БИС контроллера и ИС кодирования-декодирования фирмы Intel, микропроцессор, приемопередатчик и вспомогательную логику, необходимую для подключения этой подсистемы к шине рабочей станции.

Кроме того, предусмотрена дополнительная возможность применения синхронизатора-арбитра шины, что позволяет разработчикам строить многомашинные узлы. В этом варианте системная синхронизация контроллера 82586 осуществляется выходным системным синхросигналом, генерируемым внутри микропроцессора iAPX186.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 55, No.20 (650), 1982г - пер. с англ. М.: Мир, 1982, стр.33

Electronics Vol.55 No.20 October 06, 1982 A McGraw-Hill Publication

Robert Beach et al. System-level functions enhance controller IC, pp.95—97.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Сети связи





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Intel/D19821006Elc032.shtml