Super I/O

Схемотехника материнской платы предполагает наличие цепей измерения, которые производятся с помощью аналогово-цифровых преобразователей, преобразующих измеряемый параметр в цифровые значения, после чего они могут быть переданы в другое вычислительное устройство на плате для дальнейшей обработки. Измерения, производимые на материнской плате, в основном касаются трёх групп параметров: обороты вентиляторов, температура и напряжения.

Скорость вращения вентиляторов, применяемых для охлаждения блоков и отдельных частей материнской платы, обычно контролируется при помощи тахометров, встроенных в вентилятор — обычно для этого используется датчик Холла. Такой вентилятор отличается дополнительными (кроме двух питания) проводами, одним (устанавливаемый в корпус, блок питания, на охлаждение радиаторов микросхем чипсепа материнской платы/видеокарты) или двумя (процессорный).

Для мониторинга температуры используется три типа датчиков: терморезисторы, транзисторы (например, 2N3904) и датчики интегрированные в процессор.

Логически аппаратный мониторинг выглядит как набор регистров, значение которых изменяется при изменении состояния на входах.

Примером современного Super I/O может служить микросхема Intel 631xESB/632xESB, обеспечивающая следующие функции^[2]:

1. Обеспечивает реализацию интерфейса ESI (англ. Enterprise South Bridge Interface, ESI) и порта PCI Express, обеспечивающим 8-кратный поток передачи к Memory Controller Hub (MCH)
2. Обеспечивает совместимость с версией 1.0a спецификации шины PCI Express
3. Обеспечивает совместимость с приложением к протоколу спецификации версии 2.0a шины PCI и приложению по электрической и механической спецификации шины PCI
4. Обеспечивает совместимость с версией 2.3 спецификации шины PCI в части поддержки работы на частоте 33 МГц (поддержка до семи пар Req/Gnt)
5. Обеспечивает логическую поддержку режимов потребления питания ACPI
6. Обеспечивает реализацию контроллера Enhanced DMA, контроллера прерываний и функции часов реального времени
7. Содержит интегрированный контроллер SATA с независимыми DMA-операциями на шести портах и поддержку AHCI
8. Содержит интегрированный контроллер IDE, обеспечивающий работу режимов Ultra ATA100/66/33
9. Содержит интегрированный контроллер интерфейса USB с поддержкой восьми портов; содержит четыре интегрированных контроллера UHCI; одержит один интегрированный высокоскоростной EHCI-контроллер, обеспечивающий работу в режиме USB 2.0
10. Содержит сдвоенный гигабитный MAC обеспечивающий работу в соответствии со спецификациями IEEE 802.3 с поддержкой интерфейса SerDes^[3]/Kumeran для двух PHY-компонентов
11. Обеспечивает работу PICMG-совместимого гигабитного Ethernet
12. Содержит интегрированный контроллер платы с базовой прошивкой ПЗУ, обеспечивающий расширяемость через внешнюю флеш-память и ОЗУ
13. Обеспечивает совместимость с версией 2.0 SMBus с дополнительной поддержкой I2C-устройств
14. Содержит интегрированный аудиоинтерфейс (AC’97 и Intel High Definition Audio), а также спецификацию модема AC’97
15. Имеет интерфейс LPC
16. Обеспечивает поддержку интерфейса Firmware Hub (FWH)
17. Обеспечивает дополнительные функции, например: управляет процессами во время перезагрузки и если во время первоначального старта центральным процессором не начинается выполнение инструкций, перезапускает компьютер; или переводит компьютер в режим останова в случае срабатывания защиты при открытии корпуса системного блока

Известны следующие ИМС <контроллеров Super I/O> производства Integrated Technology Express Inc:

• IT8700F^[4]
• IT8702F^[5]
• IT8705F/IT8705AF^[6]
• IT8706R^[7]
• IT8711F^[8]
• IT8712F^[9]
• IT8871^[10]

В качестве примера типового контроллера рассмотрим IT8705F/AF

IT8705 – высокоинтегрированный суперконтроллер ввода/вывода на основе интерфейса LPC. Контроллер обеспечивает функциональность на уровне наиболее часто используемых наследуемых функций обычного суперконтроллер ввода/вывода плюс инновации в контроле окружающей среды, такие как функция аппаратного мониторинга, регулирование скорости вращения вентилятора и фирменную разработку ITE — «SmartGuardian». Интерфейс LPC контроллера соответствует Спецификации интерфейса LPC 1.0 от 29 сентября 1997 года, публикуемой фирмой Intel^[11]. IT8705F отвечает требованиям руководства «Microsoft PC98 & PC99 System Design Guide», сам контроллер является ACPI-совместимым устройством.
Функции ра��ширенного аппаратного мониторинга предоставлены тремя входами (используется 8-битное АЦП) с возможностью подключения в качестве источника аналогового сигнала (измерение температуры) внешних термисторов, температурного диода или транзистора подключенного в качестве диода (например, 2N3904).
Обеспечиваемая контроллером фирменная инновация SmartGuardian (направленная на уменьшения общего шума работающей системы и снижения потребляемой электроэнергии) представляет собой интеллектуальное включение/отключение вентилятора и управление скоростью его вращения.
Также доступны средства ISO 7816-совместимого считывателя смарт-карт и согласно спецификации Personal Computer Smart Card (PC/SC) Working Group.
Контроллер также имеет девять интегрированных логических устройств, благодаря чему представляет собой контроллер окружающей среды (управляя тремя вентиляторами). Каждое из девяти логических устройств может быть индивидуально включено или отключено с помощью регистров конфигурации программного обеспечения. Контроллер использует энергоэффективную схему для снижения энергопотребления. После того, как логическое устройство отключено, его цепи входов блокируются, выходы переключаются в третье состояние (высокоимпедансное состояние, Z-состояние) и отключаются от тактового генератора.

Контроллер окружающей среды контролирует температуру, восемь напряжений питания (включая напряжение батареи VBAT для питания CMOS-памяти содержащего данные конфигурирования BIOS и RTC) и скорость вращения вентилятора.
Один контроллер скорости вращения вентилятора отвечает за управление скоростью вращения трёх вентиляторов используя три выходных контакта управляемых 128-шаговыми импульсами (используется широтно-импульсная модуляция) и контролирует входы от тахометров трех вентиляторов.
Также контролер включает в себя:

• один высокопроизводительный КНГМД 2,88 МБ дискет (с сепаратором цифровых данных) поддерживающим два 360 к / 720 к / 1,2 МБ / 1,44 МБ / 2,88 МБ дисковода;
• один многорежимный высокопроизводительный параллельный порт IEEE 1284, который работает как двунаправленный стандартный параллельный порт (SPP), улучшенный параллельный порт (Enhanced Parallel Port, EPP) версий 1.7 и 1.9, или порт с расширенными возможностями (ECP);
• два, совместимых со стандартными 16C550, расширенных УАПП — для осуществления асинхронной связи; также осуществляется поддержка SIR и одного ИК-пульта дистанционного управления (пульт от телевизора);
• один MIDI порт работающий в режим совместимом с MPU-401 UART; один игровой порт со встроенным счетверённым таймером 558 и буферными микросхемами для поддержки прямого подключения двух джойстиков; шесть портов (44 выводов GPIO);
• осуществляется организация интерфейса с флэш-ПЗУ объёмом до восьми МБ (сигналами шины адреса FA [0:19], шины данных FD [0:7]); существует поддержка трёх управляющих сигналов — FCS#, FWE# и FRD#;
• осуществляется управление свечением и „миганием“ светодиода, индицирующим режим энергосбережения компьютера (англ. Power LED Blinking Control);
• управляет звуковой сигнализацией при сбое или отказе компьютера;
• кроме того, для мониторинга состояния системы и реакция на обнаруженные состояния соответственно предусмотрена технология SmartGuardian; вариант IT8705AF дополнительно позволяет контролировать вскрытие корпуса (аппаратная система обнаружения вторжений).

Контроллер требует одного входа тактового генератора с частотой 48/24 МГц и работает от одного источника питания +5 В. Выпускается в пластиковом 128-выводном корпусе типа PQFP.

•  
  Микросхемы Super I/O контроллер ITE IT8705F и BIOS на материнской плате ECS L7VMM2 REV1.1

Глобальный конфигурационный регистр

Контроллер окружающей среды (англ. Environment Controller, EC), встроенный в IT8705F, включает в себя восемь входов для контроля напряжения питания, три входа для датчиков температуры, три входа для тахометров вентиляторов и три набора улучшенных контроллеров вентиляторов.^[12]

IT8705F содержит 8-битный АЦП, ответственный за контроль напряжения и температуры. АЦП преобразует аналоговые сигнала на входе, начиная от 0 В и до 4,096 В, в 8-битные цифровые байты. Благодаря наличию дополнительных внешних компонентов аналоговые входы могут контролировать разные диапазоны, в дополнение к фиксированному входному диапазону от 0 В до 4,096 В. Входы датчиков температуры могут быть преобразованы в 8-разрядные цифровые байты и контролировать температуру с термисторов или термодиода. Встроенная ПЗУ обеспечивает регулировку нелинейных характеристики термисторов.

Входы тахометра вентилятора являются цифровыми входами с диапазоном от 0 до 5 В и используются при измерениях периодов импульсов с тахометра вентилятора. FAN_TAC1 и FAN_TAC2 оснащены программируемыми делителем и могут быть использованы для измерения различных диапазонов скорости вращения вентилятора. FAN_TAC3 снабжен фиксированным делителем и может быть использован только в диапазоне по умолчанию.

Контроллер окружающей среды в IT8705F предоставляет программистам несколько внутренних регистров и генератор прерываний для контроля окружающей среды и управления вентиляторами.

Доступ программиста к контроллеру окружающей среды осуществляется по адресам двух регистров:

1. Регистр адреса, адрес: Базовый адрес+05h
2. Регистр данных, адрес: Базовый адрес+06h

Базовый адрес определяется конфигурационным регистром логического устройства контроллера окружающей среды — LDN = 04h, индекс регистров = 60h, 61h.

• Low Pin Count
• Южный мост (компьютер)

По ИМС ITE

• IT8705F/IT8705AF Simple Low Pin Count Input/Output (Simple LPC I/O) Preliminary Specification V0.4.
• IT8705F Preliminary Environment Controller (EC) Programming Guide V0.3.
• Errata V0.1 for IT8705F/IT8705AF V0.4. Document Number: ITPM-ER01-IT8705.
• IT8705F Application Circuit. Document Number: IT-8705-CG-S01 V2.0.
• IT8712F Environment Control – Low Pin Count Input/Output (EC-LPC I/O) Preliminary Specification V0.9.1.
• IT8712F Preliminary Environment Controller (EC) Programming Guide V0.2.
• IT8718F Environment Control – Low Pin Count Input/Output (EC-LPC I/O) Preliminary Specification V0.3.
• Термальная угроза: мифы и реальность №1
• Укрощение кулеров

По ИМС Windond

• W83627HF/F, W83627HG/G Winbond LPC I/O. Revision: A1.
• Winbond LPC I/O W83627THF. Revision 1.0.
• Winbond LPC I/O W83697HF, W83697HG. Revision: A1.
• W83781D Winbond H/W Monitoring IC.

По ИМС SMSC

• LPC47M10x Preliminary. 100 Pin Enhanced Super I/O Controller with LPC Interface for Consumer Applications.
• SMSC LPC47M10x Reference Design ASSY 6097 Rev. A1. Document Number: 6097.

Другие материалы

• VIA VT82C686A South Bridge Datasheet. Revision 1.54
• VIA VT82C686B South Bridge Datasheet. Revision 1.71
• Advanced Configuration and Power Interface Specification. Hewlett-Packard Corporation, Intel Corporation, Microsoft Corporation, Phoenix Technologies Ltd., Toshiba Corporation. Revision 3.0.
• Intel “LPC Interface Specification Rev. 1.0” (Sept. 29, 1997)

• Список микросхем Super I/O