ЖУРНАЛ СТА №3/1998

18 3/98 ОБЗОР АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА раз задать начальный адрес для обмена, а затем весь блок данных может переда- ватьсянепрерывно, порциямипо4байта за один такт шины (30 нс). Другими сло- вами, теоретическая пропускная спо- собность шины достигается при пере- даче бесконечно большого блока дан- ных. Отсюда видно, что PCI может слу- жить отличным интерфейсом для уст- ройств, которые по своей природе предназначены для работы с блоками данных (НЖМД, Fast Ethernet и т. п.). Здесь, однако, необходимо отметить, что набор периферийных устройств в системах промышленного назначения может сильно отличаться от того, что мы привыкли видеть в офисных ком- пьютерах. Видеоподсистема и диско- вые накопители могут совсем отсутст- вовать, коммуникации зачастую ис- пользуются медленные, а основной подсистемой является аппаратура аналогового и дискретного ввода/вы- вода, через которую и осуществляется связь с объектом управления. Технологические параметры посту- пают в систему в основном как байто- вые или двухбайтовые двоичные пере- менные (точность АЦП, как правило, меньше 16 разрядов), которые затем обрабатываются по определенному ал- горитму с целью выдачи управляющих воздействий. Отсюда видно, что в сис- темах технологического управления циркулируют в основном не блоки данных, а одиночные значения (отсче- ты) различных параметров. На считы- вание одиночного значения, напри- мер, с платы АЦП шина PCI затратит 4 такта работы (120 нс). Кроме того, цик- лу передачи по шине предшествуют несколько этапов (арбитраж и т. п.), ко- торые характеризуются следующими возможными задержками: Arbitration Latency, Acquisition Latency, Target Latency. Суммарная задержка лежит в пределах от 2 тактов (60 нс) до 258 так- тов (7,74 мкс). В случае применения мостов PCI-to-PCI суммарная макси- мально возможная задержка получает- ся умножением на число мостов плюс минимум один такт задержки на каж- дый мост. Такого рода задержки не в последнюю очередь явились причи- ной миграции интерфейсов видеопод- систем с шины PCI на шину AGP. Стан- дарт PCI в подсистемах, критичных к задержкам, рекомендует предусматри- вать буфер для хранения данных в те- чение 30 мкс (примерно соответствует максимальной задержке для 4 мостов). Между процессором и системной ма- гистралью в промышленных системах (в том числе с Compact PCI) всегда ус- танавливается хотя бы один мост PCI- to-PCI, поэтому к 4 тактам чтения и 2 тактам задержки на локальной шине нужно добавить минимум 3 такта за- держки, необходимых для перехода на следующий сегмент PCI-шины через мост PCI-to-PCI. В итоге получается, что в идеальном случае (без тактов ожидания) мы сможем считать значе- ние за 9 тактов, или 270 нс. Эквивалент- ное быстродействие при этом равно 3,7 миллионов отсчетов в секунду. ISA использует немультиплексиро- ванные линии адреса/данных, и при тактовой частоте шины 8 МГц макси- мальное быстродействие без тактов ожидания составит 4 миллиона отсче- тов в секунду (2 такта шины ISA). Для восьмиразрядной шины ISA, применяе- мой например в контроллерах MicroPC, требуется два цикла шины для получе- ния одного 16-разрядного отсчета, по- этому максимально возможное быст- родействие составляет 2 млн. отсчетов в секунду. В современных процессор- ных платах переход с быстродействую- щей (33 МГц) локальной шины на ши- ну ISA, как правило, осуществляется с помощью специальных мостов, для которых характерны уже упомянутые задержки на локальной шине. Но даже «заторможенная» (с двумя тактами ожидания) 8-разрядная шина ISA име- ет быстродействие 1 млн. отсчетов в секунду. На шине ISA также возможны дополнительные задержки, если шина занята каким-либо устройством, ини- циировавшим цикл прямого доступа в память (до 2,7 мкс для XT/4,7 МГц). В результате получается, что в случае одиночных обращений превосходство шины PCI даже над 8-разрядной ISA не такое уж и большое. Но давайте пойдем дальше. Очевидно, что компьютерная система управления занимается не только тем, что постоянно считывает какие-либо данные, она еще и «задумы- вается» над ними. Типовым алгоритмом в системах автоматического регулиро- вания является так называемый ПИД- алгоритм. В соответствии с этим алго- ритмом считанное значение (напри- мер температура воды в резервуаре) сравнивается с эталонным, после чего в зависимости от величины рассогласо- вания выдается соответствующее уп- равляющее воздействие (например, по- шире открыть заслонку горячей воды). ПИД-алгоритм со всеми необходимыми преобразованиями и проверками на граничные условия на распространен- ном в промышленности микропроцес- соре 5х86/133 МГц (по быстродействию соответствует Pentium 75) выполняется примерно за 100 мкс и требует за это время двух обращений к внешним уст- ройствам (1 — считать значение и 2 — выдать управляющее воздействие). Давайте подсчитаем, какое реаль- ное ускорение получит пользователь, используя «идеальную» шину PCI вме- сто «заторможенной» (2 такта ожида- ния) 8-разрядной шины ISA, учиты- вая, что цикл записи на шине PCI вы- полняется в среднем на один такт бы- стрее, чем цикл чтения. t пид +t чт PCI +t зап PCI 100+0,27+0,24 (1- t пид +t чт ISA +t зап ISA ) × 100% = (1- 100+1+1 ) × 100% = 1,4% Трудно рассматривать полтора про- цента как сколько-нибудь значитель- ное ускорение. В связи с изложенным многие используют шину PCI в качест- ве шины расширения не из-за того, что она существенно влияет на быстродей- ствие системы, а из-за соображений моды или благодаря другим потреби- тельским свойствам шины, таким, на- пример, как поддержка технологии plug&play (справедливости ради надо сказать, что и для шины ISA такая тех- нология существует). Многие произво- дители применяют гибридный подход, когда для работы со стандартными блочными устройствами используется PCI, а для специализированного ввода/ вывода — другая шина, для которой существуют необходимые платы рас- ширения или которая общепринята для конкретной сферы применения. «Голосуй, или проиграешь» Приблизительно в этом стиле напи- сан целый цикл статей, опубликован- ный в последнее время в нескольких журналах. Основные идеи этих публи- каций можно выразить достаточно кратко: только с шиной Compact PCI мы сможем шагнуть в светлое будущее встраиваемых систем, в связи с чем не- обходимо немедленно прекратить ис- пользование шины ISA, а также любых промышленных компьютеров, конст- рукция которых не соответствует стан- дартам Евромеханики. Представляет- ся, что в упомянутых статьях не совсем корректно освещен ряд моментов, не- посредственно связанных с темой дан- ной статьи, поэтому мне хотелось бы высказать свое мнение по вопросам ISA, Евромеханики и Compact PCI. Бедная «старушка» ISA Автор цикла в весьма мрачных тонах описывает перспективышины ISA в об- ласти промышленного компьютинга. Говоря точнее, он просто предсказыва- ет ее немедленную смерть по целой со- вокупности клинических признаков: 1) шина ISA «устарела»; 2) Microsoft «предложила в ближайшее время полностью отказаться от…