• Стандарт VXI
• Техника
• Программы
• Применение
• Библиотека

PCMCIA-карты и операционные системы, не предназначенные для РС

Лукас ЦЕЛЛЕР (Lukas Zeller) и Аксель Бергхоф (Axel Berghoff)
"Мир компьютерной автоматизации" #4 1995г.

    Память и устройства ввода/вывода, имеющие интерфейс, стандартизованный Международной Ассоциацией по интерфейсу плат памяти для персональных компьютеров (Personal Computer Memory International Association - PCMCIA), широко распространены по доступным ценам. К сожалению, их сложно использовать в компьютерах с операционной системой, не предназначенной для PC, например, во встраиваемых компьютерах с операционной системой OS-9. Цель данной статьи - проанализировать существующие трудности и предложить способ их преодоления.

    Исторический экскурс
Принцип, лежащий в основе плат памяти, изобретён французом Роландом Морено в 1974г. Эти платы можно разбить на два класса - платы с контактами и без. Они были разработаны для выполнения различных функций, таких как передача данных, расширение памяти, идентификация клиента, телефонная связь и т.д. Расположение контактов и электрические характеристики плат с контактами и способы передачи данных в бесконтактных платах определялись в основном самими производителями. Расположение контактов и электрические характеристики плат с контактами были стандартизованы японской Ассоциацией по развитию электронной промышленности (Japan Electronics Industry Development Association (JEIDA)) только в 1990 году. В основном используются два типа стандартов - 68- контактный JEIDA-4 и 88-контактный JEIDA-5. Платы JEIDA-4 имеют 8- или 16-битную шину данных, объём памяти в диапазоне от 64 КБ до 16 МБ, а количество адресных линий допускается 64 МБ. Платы JEIDA-5 могут иметь 32- или 36-разрядную шину данных, так что, в принципе, карты памяти вполне могут заменять другие типы массовой памяти.

    В свете требований быстро развивающегося рынка портативных компьютеров важность производства карт памяти стала очевидной, и в 1990г. была основана Ассоциация PCMCIA. Основной целью Ассоциации является создание стандарта на интерфейс, совместимый с картами памяти и соответствующий их размерам, с дополнительной возможностью подключения накопителей большой емкости, например винчестерского диска. Этот стандарт получил название PCMCIA-1.0. За основу были взяты карты памяти в стандарте JEIDA-4. Кроме того, стояла задача определить многоцелевой интерфейс, который использует такое же расположение контактов и позволяет подключать к портативному компьютеру устройства ввода/вывода других типов, например контроллер модема и интерфейс сети Ethernet. Таким образом, к первому стандарту PCMCIA 1.0 были добавлены такие функции доступа, как "Чтение устройства ввода/вывода", "Запись в устройство ввода/вывода" и т.д., и он получил название PCMCIA 2.0. Возможность такого расширения возникла благодаря тому, что в стандарте JEIDA-4 некоторые из 68 контактов оставались неиспользованными и указанные выше функции можно было реализовать без расширения разъёма.

    Сегодня стандарт PCMCIA стал очень популярен, и в продаже есть множество различных устройств размером с кредитную карточку по приемлемой цене. Поэтому велико желание использовать такие устройства и с компьютерами, работающими под операционными системами, отличными от используемых в обычных PC. Необязательно, чтобы эти компьютеры были портативными, но карты памяти могут идеально использоваться для расширения программного обеспечения во встраиваемых системах. Более того, устройства ввода/вывода размером с кредитную карточку позволяют временно подключать такие системы к телефонным линиям, сетям и внешним запоминающим устройствам. Несколько производителей аппаратуры в стандарте VMEbus уже представили продукты, оборудованные интерфейсом PCMCIA. Наиболее известным примером такой продукции является плата с ЦП ВАВ-40 (фирма EItec, Германия), которая полностью соответствует технологии PCMCIA: она имеет один внутренний и два внешних РСМСIА-слота.

    Техническая основа
Очевидно, что электрические спецификации и, в особенности, расположение контактов карт памяти JEIDA были разработаны таким образом, чтобы быть совместимыми с микросхемами памяти, принятыми Объединённым техническим советом по конструкции электронных устройств (Joint Electron Design Engineering Council - JEDEC). Однако, поскольку PCMCIA была заинтересована главным образом в создании стандарта для IBM-совместимых персональных компьютеров, очевидно, что она попыталась сделать интерфейс PCMCIA 2.0 максимально совместимым с шиной ISA. В стандарте JEIDA-4 уже определен механизм идентификации карты памяти. Эта техника называется Структурой Идентификации Карты (Card Identification Structure, CIS) и представляет собой связанный список коротких фрагментов информации, который хранится под заданным номером (ID). Это записи, определяющие размер, скорость, идентификатор JEDEC, идентификатор производителя и т.д. Эта стратегия идентификации была введена в стандарт PCMCIA 2.0, однако она потребовала определения дополнительных записей, например предназначенных для целей ввода/вывода.

    Драйверы для операционных систем, не предназначенных для PC
В принципе технология поддержки интерфейса PCMCIA может использоваться под любой операционной системой. Поэтому её реализация в таких операционных системах, как OS-9 не должна отличаться от реализации любого другого интерфейса и должна заключаться в написании соответствующего драйвера. Тем не менее единственным условием является то, что подключаемое таким образом устройство полностью соответствует стандарту и производитель предоставляет спецификации интерфейса. К устройствам, в которых используются специализированные определения интерфейса, требуются различные подходы. Это карты прозрачной памяти, стандартизованные внешние запоминающие устройства, стандартизованные модемы и любые другие подобные устройства.

    Карты прозрачной памяти
Карты прозрачной памяти (статическая память с произвольной выборкой, ОЗУ, и память, предназначенная только для чтения, ПЗУ) могут использоваться без особых трудностей. Можно либо сделать адресуемую область памяти доступной для операционной системы во время загрузки, либо использовать уже существующий драйвер RAM-диска. Под OS-9 для этой цели может использоваться стандартный драйвер ram, если дескриптор содержит в поле M$Port (0х30) абсолютный начальный адрес (длинное слово) карты ОЗУ.

    Стандартизованные запоминающие устройства
Поскольку в стандарте PCMCIA 2.0 уже предусмотрены ISA-подобные свойства, была возможность использования другого стандарта PC - шины AT. Эта технология, под названием "подключение РС-АТ" (РС-АТ attachment, ATA), возникновение которой датируется началом восьмидесятых, вновь появилась в почти неизменном виде в стандарте PCMCIA. Тот факт, что вместо определения нового стандарта использована устаревшая технология, явился причиной возникновения множества проблем при взаимодействии с PCMCIA-устройствами - особенно в среде, отличной от среды PC. В качестве более современной альтернативы ATA разработан стандарт на автоиндексирующееся запоминающее устройство (Auto Indexing Mass Storage, AIMS), который существует как часть PCMCIA, но используется очень редко.

    Стандартизованные модемы
По сравнению с коммуникационными устройствами, обеспечивающими передачу больших объёмов информации, такими как сетевые или графические интерфейсы, интерфейс между ЦП и модемом относительно прост благодаря своему единственному каналу последовательной передачи данных с умеренной скоростью. Поэтому одним из самых первых применений устройств PCMCIA для ввода/вывода были модемы размером с кредитную карточку, предназначенные для использования не только в "блокнотных" персональных компьютерах, но также и в "субблокнотных" ПК, ПК размером с ладонь (palmtops) и в персональных электронных помощниках (Personal Digital Assistants, PDA). Использование PDA замечательно еще и тем, что они содержат процессоры не из семейства 80х86. Это стало возможным потому, что интерфейс модема задокументирован как часть стандарта. Недавно был реализован основной драйвер для модема PCMCIA, подключенного к "блокноту", не являющемуся PC (MC680x0, series 500 PowerBook, Apple).

    Другие устройства ввода/вывода
Другой тип PCMCIA-устройств, таких как графические контроллеры, сетевые интерфейсы, AЦП, соответствует стандарту только в способе адресации памяти, но во всём остальном это всё те же маленькие карты ISA/EISA. Поэтому для недокументированных или недостаточно документированных контроллеров требуются специальные драйверы. В мире PC такое устройство обычно сопровождается установочным диском, который позволяет использовать его на стандартном PC. Поскольку OS-9 или другая, не предназначенная для PC операционная система абсолютно не способна выполнить такие установочные процедуры или программы, с такими системами эти устройства использоваться не могут. Но даже если бы существовали драйверы или отдельные контроллеры были хорошо документированы, могли бы появиться другие ограничения: промышленные компьютерные системы по сравнению со стандартными офисными системами автоматизации отличаются требованиями в отношении срока службы, гарантий и т.п. Наконец, механические свойства и температурные характеристики большинства первых PCMCIA-устройств неприменимы в промышленной среде.

    PCMCIA 3.0
Вновь разработанный в 1995г. стандарт PCMCIA 3.0 дополняет предыдущий по двум направлениям. Во-первых, к разъёму PCMCIA добавлены остававшиеся ещё нереализованными сигналы ISA/EISA. Во-вторых, что наиболее важно, в PCMCIA был интегрирован стандарт CardBus, корни которого уходят в РСI. Помимо всего прочего, этот стандарт позволяет компьютеру выявлять специфические характеристики подключенного устройства, например, какие стандартные напряжения питания PCMCIA поддерживает карта - 5 В или 3,3 В, или она удовлетворяет стандарту CardBus (всегда 3.3 В). Этот новый стандарт так важен потому, что, во-первых, поддерживаемая шина не предназначена исключительно для PC на базе 80х86. А во-вторых, поскольку людям трудно запоминать новые аббревиатуры, то, начиная с версии 3.0, оставлено то же сокращение PCMCIA, но с другой расшифровкой - "PC Card standard" (стандарт на ПК-карты).

    Что нужно для того, чтобы PCMCIA можно было использовать в промышленных применениях?
Вплоть до сегодняшнего дня устройства PCMCIA использовались главным образом в портативных компьютерах и офисных системах автоматизации на базе 80х86. Для этого сегмента рынка важна массовость и низкая цена, но почти не имеет значения промышленное качество, расширенный температурный диапазон, долговечность и документация. Выйти на такой рынок, отличающийся от привычного, производителям PCMCIA непросто. С другой стороны, устройства PCMCIA предлагают большое разнообразие функций, которого нелегко достигнуть, используя другие компоненты. Например, можно гибко расширять процессорные платы дополнительными схемами памяти и винчестерскими дисками; при этом сильно облегчается передача данных между различными компьютерными системами и возможно временное подключение к встраиваемым системам интерфейсов ввода/вывода. Чтобы устройства PCMCIA нашли применение в промышленной автоматизации, их производители должны обеспечить: гарантию доступности продукта в течение минимум 3 года, а лучше 5 лет после первого выпуска; стабильность электрических характеристик в течение всего производственного цикла; неограниченный доступ ко всем техническим данным, по крайней мере, для разработчиков систем; расширенный гарантийный срок службы до 5 лет; в ряде случаев расширенный температурный диапазон. Почти наверняка более высокая цена на продукцию с такими улучшенными возможностями будет считаться приемлемой. На самом деле уже появился ряд промышленных применений PCMCIA и карт, которые отвечают по крайней мере части вышеуказанных требований. Возможно, производители PCMCIA уже поняли, что в тех случаях, когда механические размеры не так важны, их продукты не могут конкурировать с менее миниатюрными аналогами. Например, в офисных системах автоматизации передавать данные с помощью флоппи-диска - конечно, дешевле и не менее удобно, чем с помощью SRAM-карты PCMCIA.

    Вполне возможно, что встраиваемые системы на базе OS-9 выиграют от доступности открытого рынка PCMCIA. Несмотря на то, что уже наблюдается определенная заинтересованность производителей PCMCIA в промышленных заказчиках, для слияния этих двух миров необходима гораздо более активная деятельность. Чтобы выявить степень заинтересованности в такой деятельности, OS-9 International предлагает адрес электронной почты . Принимаются любые мнения, предложения и другая информация по этому вопросу.