Super I/O

Запрос «Мультикарта» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью.

Super I/O (англ. Super Input/output; дословно: супер <контроллер> ввода-вывода) — название класса сопроцессоров, которые начали использоваться после 1980-х годов на материнских платах IBM PC-совместимых компьютеров путём сочетания функций многих контроллеров, сперва одной платой, устанавливаемой в слот расширения, а затем и одной микросхемой, тем самым достигая уменьшения числа микросхем контроллеров, и таким образом привели к снижению сложности и стоимости компьютера в целом. Super I/O объединяет интерфейсы различных низкоскоростных устройств.

Фактически, на рынке материнских плат массового сегмента предоставлена продукция всего четырёх фирм: ITE Tech, Nuvoton, Microchip Technology и Fintek. Производители брендовой продукции (IBM, HP, Dell, FSC) как правило используют проприетарные разработки схемотехники материнских плат и не публикуют спецификаций применяемых контроллеров.

Как правило, включает в себя следующие функции:

• контроллер дисковода гибких дисков (floppy);
• контроллер параллельного порта (LPT-порт);
• контроллер последовательных (COM) портов, портов клавиатуры и мыши PS/2.

Super I/O также может включать в себя и другие интерфейсы, такие как игровой (MIDI или джойстик) или инфракрасный порты.

Изначально Super I/O связывались через шину ISA. Одновременно с развитием IBM PC-совместимых компьютеров происходило смещение Super I/O, сперва на шины VLB, затем стала использоваться шина PCI. Современные Super I/O используют шину LPC (интерфейс которой предоставляет южный мост материнской платы) и часто реализованы в составе чипсета.

Super I/O и схемы аппаратного мониторинга

Сводная таблица ИМС контроллеров

Наименование	Количество измеряемых напряжений	Количество датчиков температуры	Количество входов контроля вентиляторов	Количество выходов контроля вентиляторов
IT8705F	8/1	3	3	3
IT8712F	8/1	3	3	3
W83627HF	7/2	3	3	2
W83637HF	5/2	3	3	3
W83697HF	6/2	2	2	2
VT82C686x	5/1	2/1	2	Нет
LPC47M15x	8	2	2	2
LPC47M192	8	2	2	2

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.

Super I/O производства Intel

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

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/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

Super I/O производства Integrated Technology Express Inc (ITE)

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

• IT8700F
• IT8702F
• IT8705F/IT8705AF
• IT8706R
• IT8711F
• IT8712F
• IT8871

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. IT8705F отвечает требованиям руководства «Microsoft PC98 & PC99 System Design Guide», сам контроллер является ACPI-совместимым устройством.
Функции расширенного 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

Назначение выводов и сигналы контроллера

Назначение выводов ИМС контроллера (сводная таблица)

Pin	Signal	Pin	Signal	Pin	Signal	Pin	Signal
1	DTR2#/JP4	33	FA17/GP51	65	HDSEL#	97	VIN1
2	RTS2#/JP6	34	FRD#/GP52	66	WGATE#	98	VIN0
3	DSR2#	35	VCC	67	GNDD	99	VCC
4	VCC	36	LDRQ#	68	RDATA#	100	SLCT
5	SOUT2	37	SERIRQ	69	TRK0#	101	PE
6	SIN2	38	LAD0	70	INDEX#	102	BUSY
7	FD0/GP10	39	LAD1	71	WPT#	103	ACK#
8	FD1/GP11	40	LAD2	72	DSKCHG#	104	SLIN#
9	FD2/GP12	41	LAD3	73	FAN_TAC1/GP55	105	INIT#
10	FD3/GP13	42	PCICLK	74	FAN_TAC2/GP56	106	ERR#
11	FD4/IRQIN0/GP14	43	GNDD	75	FAN_TAC3/FA18/GP57	107	AFD#
12	FD5/IRQIN1/GP15	44	CLKIN	76	VBAT	108	STB#
13	FD6/IRQIN2/GP16	45	LRESET#	77	VCCH	109	PD0
14	FD7/IRQIN3/GP17	46	LFRAME#	78	FAN_CTL1/GP60	110	PD1
15	GNDD	47	FCS#/SCIO/GP53	79	FAN_CTL2/GP61	111	PD2
16	FA0/VID_I0/GP20	48	FWE#/GP54	80	FAN_CTL3/GP62/SCPFET#	112	PD3
17	FA1/VID_I1/GP21	49	JSACX/GP40/FAN_TAC1S	81	PME#/GP63/SCPRES#	113	PD4
18	FA2/VID_I2/GP22	50	JSACY/GP41/FAN_TAC2S	82	IRTX/MIDI_OUT/GP64	114	PD5
19	FA3/VID_I3/GP23	51	JSAB1/GP42/FAN_TAC3S	83	IRRX/MIDI_IN/GP65	115	PD6
20	FA4/VID_I4/GP24	52	JSAB2/GP43/FAN_CTL3S	84	CIRTX/GP66	116	PD7
21	FA5/VID_O0/GP25	53	JSBCX/GP44	85	CIRRX/GP67	117	GNDD
22	FA6/VID_O1/GP26	54	JSBCY/GP45	86	GNDA	118	DCD1#
23	FA7/VID_O2/GP27	55	JSBB1/GP46/FAN_CTL1S	87	TMPIN3/COPEN#	119	RI1#
24	FA8/VID_O3/GP30	56	JSBB2/GP47/FAN_CTL2S	88	TMPIN2	120	CTS1#
25	FA9/VID_O4/GP31	57	DENSEL#	89	TMPIN1	121	DTR1#/JP1
26	FA10/VID_O5/GP32	58	MTRA#	90	VREF	122	RTS1#/JP2
27	FA11/VID_I5/GP33	59	MTRB#/SCRST	91	VIN7/TMPIN3	123	DSR1#
28	FA12/GP34	60	DRVA#	92	VIN6	124	SOUT1/JP3
29	FA13/GP35	61	DRVB#/SCCLK/FA19	93	VIN5	125	SIN1
30	FA14/GP36	62	WDATA#	94	VIN4	126	DCD2#
31	FA15/GP37	63	DIR#	95	VIN3	127	RI2#
32	FA16/GP50	64	STEP#	96	VIN2	128	CTS2#

Назначение выводов ИМС контроллера (по группам)

Сигналы группы Питание
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
4, 35, 99	VCC	PWR		+5V питания (англ. Power Supply)
76	VBAT	PWR		+3.3 В батареи
77	VCCH	PWR		+5 V VCC вспомогательное питание англ. Help Supply).
15, 43, 67, 117	GNDD	GND		Земля цифровых сигналов
86	GNDA	GND		Земля аналоговых сигналов
Сигналы группы Интерфейс шины LPC
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы аппаратного мониторинга
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы управления вентиляторами
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы ИК порта
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы игрового порта
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы первого последовательного коммуникационного порта
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы второго последовательного коммуникационного порта
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы параллельного коммуникационного порта
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы КНГМД
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Сигналы интерфейса флеш-ПЗУ
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы группы Прочие сигналы
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
44	CLKIN	DI	VCC	Вход тактовой частоты, 24 или 48 МГц
Сигналы первой группы Ввод/вывод общего назначения (англ. General Purpose I/O, GPIO)
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы второй группы Ввод/вывод общего назначения
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы третьей группы Ввод/вывод общего назначения
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы четвёртой группы Ввод/вывод общего назначения
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы пятой группы Ввод/вывод общего назначения
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Сигналы шестой группы Ввод/вывод общего назначения
№ вывода	Наименование сигнала	Атрибут группы	Питание	Описание
Примечания

Рекомендуемой назначение (подключение) выводов

№ вывода	Наименование сигнала	Рекомендуемое назначение
98	VIN0	2 вольта для сигнала ЦП VCORE1.
97	VIN1	2 вольта для сигнала ЦП VCORE2.
96	VIN2	3,3 вольта для компьютера.
95	VIN3	5 вольт для компьютера.
94	VIN4	+12 вольт для компьютера.
93	VIN5	-12 вольт для компьютера.
92	VIN6	-5 вольт для компьютера.
91	VIN7	5 вольт для питания в дежурном (Suspend) режиме.

Программирование контроллера

Конфигурационные регистры

Таблица адресов девяти логических устройств контроллера

Логическое устройство	Адрес	Примечание
LDN=0 КНГМД	Базовый адрес + (2 - 5) и + 7
LDN=1 Первый последовательный коммуникационный порт	Базовый адрес + (0 -7)
LDN=2 Второй последовательный коммуникационный порт	Базовый адрес1 + (0 -7)
LDN=3 Параллельный порт	Base1 + (0 -3) Базовый адрес1 + (0 -7) Базовый адрес1 + (0 -3) и Базовый адрес2 + (0 -3) Базовый адрес1 + (0 -7) и Базовый адрес2 + (0 -3) Базовый адрес3	SPP SPP+EPP SPP+ECP SPP+EPP+ECP POST Data Port
LDN=4 Контроллер окружающей среды	Базовый адрес1 + (0 -7) Базовый адрес2 + (0 -3)	Контроллер окружающей среды Сигнал события управления энергопотреблением (англ. Power Management Event, PME#)
LDN=5 Ввод/вывод общего назначения
LDN=6 Игровой порт	Базовый адрес + (0 -1)
LDN=7 ИК порт	Базовый адрес + (0 -7)
LDN=8 MIDI порт	Базовый адрес + (0 -1)

Глобальный конфигурационный регистр

Контроллер окружающей среды

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.

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.

Super I/O производства Winbond Electronic Corp.

Super I/O контроллер Winbond W83977EF, установленный на материнской плате

Super I/O производства Standard Microsystems Corporation (SMSC)

Super I/O контроллер SMSC, установленный на материнской плате IBM

Super I/O контроллер SMSC, установленный на материнской плате ноутбука Samsung

См. также

• Low Pin Count
• Южный мост (компьютер)

Литература

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)

Ссылки

• Список микросхем Super I/O