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    LPC總線在筆記本電腦維修理論與維修
    2018-06-25 08:02:25  

    LPC總線介紹_百度文庫009.jpgLPC總線介紹_百度文庫007.jpgLPC總線在筆記本電腦維修中理論與維修

    NB電路的架構框圖中,我們可以看到PCHEC之間通過LPC總線連接,在MB板上也會看到EC芯片旁邊有一個JDEBUGconnector,其也與LPC總線相連,用于主板診斷。下面將對LPC總線做一些簡單介紹,希望能夠幫助大家了解LPC的工作原理:

    1、  LPC總線

    LPCLow Pin Count)是基于 Intel 標準的 33 MHz 4 bit 并行總線協議(但目前NB系統中LPC的時鐘頻率為24MHz,可能是由于CPU平臺的不斷發展導致的,后面會具體分析),用于代替以前的 ISA 總線協議,但兩者性能相似,都用于連接南橋和Super I/O芯片、FLASH BIOS、EC等設備(由于目前EC芯片中整合了Super I/O功能,所以我們在NB系統中看不到LPC總線上掛有Super I/O芯片了)。

    傳統ISA BUS速率大約在7.159~8.33MHz,提供的理論尖峰傳輸值為16MB/s,但是ISA BUS與傳統的PCI BUS的電氣特性、信號定義方式迥異,使得南橋芯片、Super I/O芯片浪費很多針腳來做處理,主板的線路設計也顯得復雜。為此,Intel定義了LPC接口,將以往ISA BUS的地址/數據分離譯碼,改成類似PCI的地址/數據信號線共享的譯碼方式,信號線數量大幅降低,工作速率由PCI總線速率同步驅動(時鐘同為33MHz,雖然改良過的LPC接口一樣維持最大傳輸值16MB/s,但信號管腳卻大幅減少了25~30個,以LPC接口設計的Super I/O芯片、Flash芯片都能享有腳位數減少、體積微縮的好處,主板的設計也可以簡化,這也是取名LPC——Low Pin Count的原因。

    2、LPC總線的接口管腳

    LPC總線由7個必選信號和6個可選信號組成,具體如下表所示:

    LPC總線介紹_百度文庫0000.jpg

                            3-2 LPC總線可選信號列表

    信號

    外設

    Host設備

    信號描述

    LDRQ#

    O

    I

    外設進行DMA or bus mastering操作的總線請求信號,一對一,外設之間不能共享同一個LDRQ#

    SERIRQ

    I/O

    I/O

    中斷請求信號

    CLKRUN#

    OD

    I/OD

    外設進行DMA or bus mastering操作才會需要該信號,用于停止PIC bus,同PCI CLKRUN信號

    LPME#

    OD

    I/OD

    電源管理喚醒,與PCI PME相似

    LPCPD#

    I

    O

    Power  Down

    LSMI#

    OD

    I

    SMI信號 系統管理中斷

     

        MB板上的JDEBUG connector12pin,沒有連接LRESET#信號,只連接了其余的6個必選信號,為主板診斷提供接口,其中CLK_DEBUGPCH提供,24MHZ

    LPC總線介紹_百度文庫000.jpg

        ECPCH連接的LPC總線中除了包含7個必選信號,還包含SEEIRQCLKRUN#信號。這里需要注意的是JDEBUGCLK信號與連接ECPCHLPC總線中CLK信號并非同一個信號。PCH提供了2個輸出24MHz時鐘的管腳,但每個時鐘只能驅動一個LPC設備,故ECJDEBUG各連接一個。

     

    3.LPC總線的通信協議

    LPC總線支持多種事務類型的操作,例如IO讀寫、內存讀寫、DMA讀寫、Firmware memory讀寫等。一個cycle通常一下流程:

    l        總線host拉低LFRAME#信號,指示cycle開始,同時將相關信息輸出到LAD[3:0]

    l        主機Host根據Cycle類型驅動相應的信息到LAD[30]上,比如當前操作的事務類型、數據傳輸方向及size大小、訪問地址等。

    l        host根據Cycle類型的不同選擇進行驅動數據或者是移交總線控制權。

    l        外設獲取總線控制權后,將相應的數據驅動到LAD[30]上。表示該Cycle完成。

    l        外設釋放總線控制權。至此該Cycle結束。

    一個典型cycle通常由Start、Cyctype+Dir、ADDR 、Size(DMA only)、Channel(DMA only)、TAR、Sync、DATA狀態組成,下圖是一個典型的cycle示例流程,該cycle類似于IO讀或內存讀操作中的cycle,DATA字段由外設驅動發送給host.

    LPC總線介紹_百度文庫001.jpg

    4.1 cycle示意流程圖

    3.1 Start

    Start用于指示一個傳輸的開始或者結束。當FRAME#信號有效時,所有的

    外設都要監視LAD[30]信號,并在FRAME#信號有效的最后一個時鐘進入

    START狀態。LAD[30]的值編碼如下表

    4.1  Start狀態 LAD[3:0]定義

    LPC總線介紹_百度文庫000.jpg

    3.2 Cycle TypeDirection(CYCTYPE+DIR)

    該狀態由Host驅動,對Cycle的傳輸類型(Memory、IO、DMA)以及傳輸方

    向進行說明。LAD[0]在該場中被保留,作為外設應該忽略。具體定義值見下表

    4.2 Cyctype+DIR狀態 LAD[3:0]定義

    LPC總線介紹_百度文庫002.jpg

    3.3 Size

    該狀態表示傳輸數據DATA字段的大小,由host驅動,當數數據為1632bits,將分成多個DATA轉態發送,Size只存在于DMA類型cycle。而在IO和內存類型cycle中,每個cycle只能傳輸8bits數據。Size狀態LAD[1:0]有效,LAD[3:2]被忽略,LAD[3:0]具體定義如下

    4.3 Size狀態 LAD[3:0]定義

    Bits[1:0]

    定義

    00

    傳輸的數據大小為8bits

    01

    傳輸的數據大小為16bits

    10

    保留

    11

    傳輸的數據大小為32bits

     

    3.4 ADDR/Channel

        ADDR狀態表示地址信息,由host驅動。在IO cycle中,地址信息為16bits4個時鐘周期);在內存 cycle中,地址信息為32bits8個時鐘);而在DMA cycle中,則沒有ADDR狀態,取代的則是Channel狀態(1個時鐘)。LAD[2:0]表示channel的序號,其中channel 0~38bit channels, channel 5~716 bit channels, channel4一般被保留作為bus master 的請求信號。ADDR的地址信息先從高位發送。

    3.5 TARTurn-around

       TAR用于交換總線的控制權(2個時鐘),當host要將總線轉交給外設時,TARhost驅動;當外設要將總線交還給host時,TAR由外設驅動。TAR兩個時鐘周期的第一個時鐘周期有host或外設驅動,LAD[3:0]=1111;第二時鐘周期host或外設則將LAD[3:0]置為三態,但由于LAD[3:0]管腳內部有弱上拉, LAD[3:0]還都是處于高邏輯電平,所以TAR的兩個時鐘LAD[3:0]都為1111.

     

    3.6 Sync

    Sync用來加入等待狀態,持續時間為1~N個時鐘周期。在target

    DMA傳輸操作時,Sync由外設驅動;在bus master操作時,SyncHost驅動??赡艿慕M合見表

    4.4 Sync狀態 LAD[3:0]定義

    LPC總線介紹_百度文庫003.jpg

    當外設還沒準備好時,可以插入一些等待周期0101(短等待)或0110(長等待),等到Ready狀態來到時,可以選擇驅動為“0000"(準備好),“1010”(錯誤)或者“1001"(Ready More)。

    4.6.1 Sync Timeout

    總線上通??赡馨l生以下幾種潛在的錯誤:

    1.當Host發起一個Cycle(Memory、IO、DMA)后,但是,總線上沒有設備驅動SYNC場,當Host檢測到3個連續的時鐘內都沒有響應時,便可以認為總線上沒有外設響應此次Cycle操作。

    2Host驅動一個Cycle(Memory,IO,DMA),一個設備驅動了一個有效的SYNC

    場來插入等待(LAD[30]=’0101b’或者’0110b’),但是卻不能完成該Cycle,這種情況在外設鎖定的時候就發生了。此時,Host應采取以下措施以解除總線死鎖:

    假如SYNC’0101b’,那么SYNC時鐘周期最多為8個。當Host檢測到有多于8個時鐘周期的SYNC場,那么Host將取消這個Cycle。

    假如SYNC’0110b’,那么這里將沒有最大SYNC長度的限制。外設必

    須設計有保護機制來完成這個Cycle。

    當由Host來驅動SYNC時,因為延遲的原因,它可能不得不插入大量的等待周期,但外設不應該認為有time out發生。

    下圖為SYNC的周期過長引起timeout,此時LFRAME#會拉低4LCLK周期,進入start狀態,來終止這個C

    ycle.

    LPC總線介紹_百度文庫004.jpg

    4.2  LFRAME終止cycle

    4.7 DATA

        DATA狀態占用兩個時鐘周期,用于傳送一個字節數據。當數據流向外設時,該場由Host驅動;反之,當數據流向Host時,則該場由外設驅動。在傳輸過程的時候,低4位最先被驅動到總線上,在第一個時鐘,Data[3:0]被驅動,第二個時鐘,Data[7:4]被驅動。

    4.8 各事務類型操作舉例

       LPC總線介紹_百度文庫006.jpg

    4.3  memory read/write

     

    LPC總線介紹_百度文庫0010.jpg

    4.4  I/O read/write

     

    LPC總線介紹_百度文庫0011.jpg

    4.5 DMA read/write(16bits)

     

    4、  LPC總線的測量(邏輯分析儀)

    用邏輯分析儀TLA5202測得LPC總線中LCLK、LFRAME#、LAD[3:0]信號,下面為測量的幾組數據波形:

    下面是測的是兩個cycle的總體波形圖,由于我在測試時外接的測試線過長,在cycle結束后的末期引入了串擾,圖中的黃色框圖中便為串擾信號波形,理想狀態應該是LAD[30]統一保持高邏輯,后面再統一變為低邏輯。這里我們可以看到時鐘信號LCLK并不是一直輸出的,只有當cycle開始時,PCH才會輸出LCLK信號,cycle結束后,若一段時間內不再有cycle傳輸,LCLK便不再輸出。

    LPC總線介紹_百度文庫0012.jpg

    5.1  Cycle總體波形圖

        下圖測試的是一組I/O read cycle,host要讀取IO地址為0064H的數據,外設接管總線后,經過11個時鐘周期的長等待SYNC狀態(0110)后,變為ready狀態(sync0000),然后外設將數據1CH發送給host,驅動TAR狀態(FF),將總線控制權交還給host,這個cycle結束。

    LPC總線介紹_百度文庫0013.jpg

    5.2  I/O read cycle

    下圖測試的是一組I/O write cycle,hostIO地址025AH寫入數據93H,外設接管總線后,經過8個時鐘周期的長等待SYNC狀態(0110)后,變為ready狀態(sync0000),表明外設接收到數據,之后外設驅動TAR狀態(FF),將總線控制權交還給host,這個cycle結束。

    LPC總線介紹_百度文庫0014.jpg

    5.3  I/O write cycle

    下圖測試的是time out情況,hostIO地址0080H寫入數據01H,然后host驅動TAR狀態來移交縱向,但無外設驅動sync狀態來接管總線,LAD一直處于弱上拉的高狀態,經過5個時鐘周期的無響應后,host拉低LFRAME#,保持4LCLK,進入start狀態,LAD[3:0]=1111,則host將該cycle終結。

    5.4  time out

     


     
     
     
     
     
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