Микросхема Super-IO/Multi-IO.

Микросхема Super-IO/Multi-IO.

   В настоящее время выпускается достаточно широкая номенклатура специальных микросхем мониторинга, которые обеспечивают все большую точность и новые возможности с выпуском каждой новой модификации. Ранее средства мониторинга встраивались в южный мост (чипсеты VIA, такие как VT82C686B), но они обладали достаточно скромными возможностями. Чипсеты Intel обычно такой возможности не имели, поэтому с ними использовали внешние микросхемы мониторинга, например, LM78 и LM79 фирмы National Semiconductor, или 83781D/W83782D/W83783S/W83784R фирмы Winbond).

Очень часто для реализации функции мониторинга еще используется микросхема Super-IO/Multi-IO (рис. 1), которая одновременно содержит ряд «медленных» контроллеров периферийных устройств (последовательный, параллельный порты, контроллер ГМД, игровой порт и др.) и схемы управления вентиляторами, АЦП и другое оборудование для мониторинга. Поэтому она и называется мультиконтроллером.

Рис. 1. Блок-схема микросхемы мониторинга Super-IO/Multi-IO

Широко используются микросхемы Super-IO/Multi-IO Windond W83627THF, W83627EHG; Fintek F71882FG, ITE8705F, IT8712F (рис. 2).

Рис. 2. Примеры микросхем мониторинга (Windond W83627THF и IT8712F)

Более современные интеллектуальные мультиконтроллеры, например,  SMSC MEC1310-NU (MICOM) который включает в себя процессор 8051 с внутренними встроенными 64K SRAM, 1KByte Boot ROM и 64-байт энергонезависимой памяти регистров (рис. 3). Встроенная 64K SRAM загружается с помощью HOST/8051 SPI (Serial Peripheral Interface) интерфейса памяти. HOST/8051 интерфейс памяти SPI может быть сконфигурирован в коммутируемых SPI конфигурациях Flash - или параллельно Shared SPI конфигурациях Flash. Кроме того, MEC1310 включает в себя сложную схему управления питанием (PCC). PCC поддерживает несколько режимов малой мощности энергопотребления. Она состоит из двух отдельных частей, для обеспечения "Instant On" и функций управления питанием и т. д..

Рис. 3.

Некоторые фирмы (типа ASUS) иногда используют специальные заказные чипы мониторинга, которые имеют соответствующую маркировку и  ориентированы под конкретные системные  платы (например, энергетический процессорEPU). Специальный энергетический процессор от ASUS автоматически определяет степень загрузки системы и оптимизирует ее энергопотребление в режиме реального времени. Это способствует уменьшению шума от вентиляторов и долгому сроку службы компонентов компьютера. Этот первый в мире энергетический процессор был создан для экономии потребления энергии и задействуется с помощью переключателя на плате или с помощью утилиты AI Suite II. Он оптимизирует энергопотребление, выполняя мониторинг загрузки в режиме реального времени и регулируя параметры электропитания компонентов платы согласно текущим потребностям. Помимо этого, благодаря EPU повышается долговечность системных компонентов и снижается уровень генерируемого компьютером шума. 

На обычных системных платах ПК часто встречается микросхема IT8712F (рис.2). Она содержит 3 аналоговых входа для термодатчиков, 8 входов измерения напряжений, вход измерения напряжения батарейки (Vbat) для CMOS памяти, 5 входов с тахометров вентиляторов; встроенный ШИМ-контроллер для управления скоростью вращения вентиляторов с 5-ю программируемыми выходами. Эта микросхема автоматически определяет аварийные ситуации с остановкой вентиляторов и обеспечивает выдачу служебного звукового сигнала об этом в системный динамик. Эта же микросхема еще содержит в себе два последовательных UART-порта, 1 параллельный порт, контроллер мыши и клавиатуры, а также контроллер floppy-дисковода, GAME-порт и сторожевой таймер (подключена микросхема через шину LPC, на которую также подключена микросхема BIOS ROM).

Итак, современные персональные компьютеры имеют развитую подсистему оптимизации энергопотребления и контроля жизненно важных параметров системы. Сегодня практически все материнские платы поддерживают так называемый аппаратный мониторинг, основные функции которого следующие:

 - измерение основных питающих напряжений;

 - измерение температуры процессора, микросхем чипсета и дополнительных контрольных точек;

 - измерение скорости вращения вентиляторов.

 - управление скоростью вращения вентиляторов в зависимости от нагрузки на компьютер, остановка вентиляторов при переходе в режим пониженного энергопотребления.

Как уже отмечалось выше, для всех измеряемых параметров обеспечивается возможность считывания их значений посредством программно-доступных процессору регистров (это использует BIOS, а также диагностические утилиты, запускаемые в сеансе ОС). При выходе параметров за установленные пределы, подсистема мониторинга сигнализирует об аварийной ситуации (обычно для этого используется прерывание SMI - System Management Interrupt).

Для измерения температуры используются термодатчики, расположенные на плате, а также в кристалле процессора и микросхем чипсета. Результатом работы термодатчиков являются аналоговые величины (значения напряжений), которые подаются на АЦП. Результатом работы АЦП является соответствующий аналоговой величине  цифровой код, пропорциональный значению температуры, который доступен для считывания через программно-доступные регистры. Значения напряжений питания измеряются по такой же схеме (с учетом особенностей микросхемы мониторинга). Для измерения скорости вращения вентиляторов, используются датчики, генерирующие импульсы при каждом обороте вентилятора с последующим цифровым измерением длительности паузы между двумя импульсами. Результат также считывается посредством программно доступных регистров.

Для программного включения и выключения вентиляторов, их подключают к напряжению питания +12V через транзисторные ключи, открытием и закрытием которых управляют программно-доступные регистры. Для обеспечения плавного управления скоростью вентиляторов, используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). При этом указанные транзисторные ключи открываются и закрываются с определенной частотой (рис. 4). Изменяя соотношение длительностей открытого и закрытого состояния ключей, можно управлять средним значением напряжения на двигателе вентилятора и, следовательно, скоростью его вращения. Код для управления скоростью записывает программа в доступные ей регистры (генерация периодического сигнала ШИМ выполняется аппаратно).

Рис. 4. Фрагмент принципиальной схемы системной платы ПК

В отличие от архитектуры устройств материнской платы, архитектура подсистемы аппаратного мониторинга не до конца стандартизована, поэтому адреса регистров и назначение битов в регистрах этой подсистемы различны для различных материнских плат (таких вариантов более сотни и не все из них хорошо документированы). Микросхема мониторинга отвечает и за ряд интерфейсов на материнской плате, аппаратный мониторинг не является ее единственной, или основной функцией (как уже отмечалось выше, обычно она содержит контроллер гибких дисков, два последовательных порта, параллельный порт, контроллер аппаратного мониторинга, блок многофункционального ввода-вывода, игровой порт, порт для инфракрасного интерфейса и порт MIDI).

Каждому из перечисленных устройств соответствует свой номер LDN (Logical Device Number) и блок конфигурационных регистров, посредством которого устройству назначаются системные ресурсы (адреса портов и памяти, номер прерывания, номер канала DMA). Например, для подсистемы аппаратного мониторинга LDN=4. Для доступа к конфигурационным регистрам используются порты с адресами 002Eh, 002Fh, работающие как порт индекса конфигурации и порт данных конфигурации. При обращении к регистру, в порт индекса записывается его номер, затем через порт данных считывается или записывается значение регистра.