具有菊花键结构的主芯片的单一PCI适配卡 及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种PCI适配卡及其制造方法。更具体的是关于一种经由将包含ATA主机控制器的多个主芯片(dominant chip)菊花键结于单一PCI适配卡上来建构的计算机系统。
背景技术
在现代的计算机系统中，以一PCI(peripheral component interconnect)卡达到迅速且容易扩充的特性已经不再是一件稀奇的事。由Intel所设计并且于1993年所发表的PCI接口长久以来已经实际加入到所有的个人计算机中，并且对许多具有各种功能的PCI适配卡提供一种近乎通用的平台。
现有PCI适配卡被设计来完成一种特殊功能并包含用来完成那项功能的主芯片(dominant chip)。例如，一PCI绘图卡包含完成大部分工作的一个主绘图芯片。适配卡本身基本上提供了绘图芯片与计算机系统其它部分的接口。另一个例子被设计用来操作由两台硬盘机所组成的磁盘阵列(a redundantarray of inexpensive disks，RAID)系统地PCI适配卡。这种适配卡会包含由用来操作具有两台磁盘驱动器的磁盘阵列系统的主机控制器(host controller)所组成的主芯片。
绘图芯片与操作磁盘阵列系统的芯片两者均内建限制每个芯片的工作量的系数。绘图芯片每秒钟仅能够产生那么多的三角形。磁盘阵列系统控制芯片(RAID chip)只能够提供服务给两台硬盘机。若系统需要超越主芯片所提供的限制的功能，比如提供服务给四台硬盘机，一般的解决办法是同时使用包含相同主芯片的一第二PCI适配卡。因此，两个PCI绘图卡可增加每秒钟所处理的三角形数目，并且两个PCI磁盘阵列系统控制芯片可将一个已知系统可应用的硬盘机数目加倍。
这种解决方法的问题在于由于计算机系统中的PCI插槽数目有限，并且可能无法获得一个空的PCI插槽。而重新设计背板或包含额外PCI插槽的计算机系统需要昂贵的费用。而且，包含额外PCI插槽的设计会被视为一种毫无竞争力的累赘，因为每个PCI插槽已经能够提供八种不同的功能。因为现有的PCI适配卡通常仅使用八种功能中的两至三种，大部分的PCI插槽性能未得到充分地利用，从而减少提供额外的PCI插槽的动机。将主芯片重新设计为具有较高功能限制，比如将磁盘阵列系统控制芯片改变为控制四台磁盘驱动器是另一种可能的解决方法，但是此种方法相当困难并且在经济上是无法实现的。
【发明内容】
本发明的一个主要目的在于提供一种上述问题的解决方法，藉由一菊花键结构来使得多个主芯片配置于单一PCI适配卡上，藉此增强PCI适配卡的性能而不需额外的PCI插槽或芯片重新设计的费用。
简单总结来说，本发明的优选实施例提供一种PCI适配卡，其包含多个主芯片，主芯片被连接在一起而形成一菊花键结构，每个主芯片包含至少一个ATA主机控制器。该PCI适配卡也包含一快闪只读存储器以保持主芯片的设定，一仲裁器，用来控制和决定主芯片与PCI本地总线间的存取权，以及多个ATA连接器，对应于ATA主机控制器。每个主芯片包含一个字节的内存，其被保留作为用来控制该主芯片提供的一额外功能的存取的掩模。
本发明的优点在于在单一PCI适配卡上使用多个主芯片以增强PCI适配卡的性能，而不需额外的PCI插槽或芯片重新设计与测试的费用。
本领域内的技术人员阅读下列优选实施例的详细说明后，本发明的这些和其它目的变得显而易见，将结合各种图标和图表来说明。
【附图说明】
图1是具有一PCI本地总线和PCI适配卡的计算机系统的方块图。
图2是根据本发明的PCI适配卡的示意图。
图3是图2的PCI适配卡的侧视图。
附图标记说明
10 计算机系统 50 PCI适配卡
60 主芯片 65 主芯片
70 主芯片 72 ATA主机控制器
74 ATA主机控制器 76 快闪只读存储器控制器
78 掩模字节 84 ATA主机控制器
86 ATA主机控制器 88 掩模字节
94 ATA主机控制器 96 ATA主机控制器
98 掩模字节 100 处理器
101 处理器-PCI总线桥接电路/内存控制器
102 内存 103 显示器
104 声卡 105 主机板
106 磁盘阵列系统控制卡 107 PCI本地总线
108 绘图卡 110 框架
115 PCI适配卡 120 PCI插槽
125 PCI插槽的接脚 140 仲裁器
150 快闪只读存储器 160 主芯片
165 主芯片 170 主芯片
180 序列连接器
【具体实施方式】
PCI(Peripheral Component Interconnect)接口在一PCI适配卡上最多可支持八种功能。在大部分PCI适配卡上的主芯片仅使用八种可获得的功能的一部分。本发明提供一种新的架构，其可以在单一PCI适配卡上菊花键结(daisy chain)多个主芯片，同时保持单一PCI插槽的兼容性，而不需要任何用于设计一种新式且具有较高等功能的主芯片的成本与劳力。
请参考图1，其显示具有一PCI本地总线和三个PCI适配卡的计算机系统10。计算机系统10具有一处理器100、一处理器-PCI总线桥接电路/内存控制器101、一内存102、一显示器103、一PCI声卡104、一PCI绘图卡108、一PCI磁盘阵列系统控制卡(PCI-RAID card)106，以及PCI总线107。每个所示组件的目的被本领域内的技术人员所了解，故不需在此详述。
虽然本发明的披露可扩展至包含除了磁盘阵列系统控制器之外的主芯片的PCI适配卡，在本文中将会使用包含磁盘阵列系统控制器的PCI适配卡并以最佳的方式来说明本发明的精神。RAID磁盘阵列系统控制器的一范例是由扬智科技股份有限公司所制造的M5281芯片。M5281的细节可从制造商处取得。选用M5281作为范例，因为在其它特点中，M5281具有两个高速序列ATA(High Speed Serial Advanced Technology Attachment，SATA)主机控制器以及用来支持快闪只读存储器(Flash ROM)的一快闪只读存储器控制器(Flash ROM Controller)。因此明显的是包含单一M5281的PCI适配卡可用来控制由两个磁盘驱动器所组成的磁盘阵列系统。在这种结构中，PCI适配卡仅使用八个PCI适配卡可获得的功能的其中之三(一个功能是控制快闪只读存储器，另一个是控制第一磁盘驱动器，第三个是控制第二磁盘驱动器)。本发明使用某些或所有这些未被使用到的可获得的功能来扩展PCI适配卡的性能，而不须支出重新设计主芯片的费用或提供一个额外的PCI插槽。
请参考图3，其是根据本发明的PCI适配卡115的示意图。PCI适配卡115藉由将PCI适配卡115插入PCI插槽120来附接至背板或计算机系统10的主机板105。PCI适配卡的一端上的框架110用来将PCI适配卡115固定在适当处。PCI适配卡115的构成元件和主机板105间的电连接靠最少45个接脚(125)来完成。
图3所示的PCI适配卡115的范例包含不只一个而是多个主芯片160、165、170，每个主芯片均能够控制两个磁盘所组成的磁盘阵列系统，六个序列连接器180，其中的两个序列连接器180对应于且连接至主芯片160、165、170的其中之一，一快闪只读存储器150，以及一仲裁器140。
为了完成三个M5281芯片的菊花键结，一个两位的硬件设定对每个芯片而言是必须的。”00”代表在PCI适配卡115上的单一M5281芯片。”01”代表菊花键的第一个M5281芯片。”10”代表菊花键的第二个M5281芯片，并且”11”代表菊花键的可选择的第三个M5281芯片。单一M5281芯片(未显示)或一第一M5281芯片160会保留完成所有如前所述的三种功能的能力。第二M5281芯片165仅需要保留两个SATA主机控制器，并且第二M5281芯片165的快闪只读存储器控制器会被禁能。PCI规格所提供且可在PCI卡上获得的第四和第五功能分别对应于第二M5281芯片165的的第一和第二SATA主机控制器。同样地，一个可选择的第三M5281芯片170仅需要保留两个SATA主机控制器，而在第三M5281芯片170的快闪只读存储器控制器也会被禁能。如果第三M5281芯片170被构成在PCI适配卡115上，PCI规格所提供的第六和第七功能分别对应于第三M5281芯片170的第一和第二SATA主机控制器。
因为PCI适配卡115上的三个主芯片160、165、170可被视为单一PCI装置，并且PCI规格对一个PCI装置可支持四个中断信号，每个M5281芯片160、165、170使用一个不同的中断向量。例如，INTA#可由第一M5281芯片160来使用，INTB#可由第二M5281芯片165来使用，且INTC#可由第三M5281芯片170来使用。
由于ATA标准的缘故，每个M5281芯片160、165、170在其为目标(target)时仅能支持一个I/O周期(I/O cycle)，所以与PCI标准的冲突并不存在。所有的SATA及PATA(一种高速并列ATA架构-也由M5281芯片所提供)可支持原始模式I/O。值得注意的是每个M5281芯片160、165、170具备至少两个SATA接口以及至少两个PATA通道(channel)。
在PCI主控周期内，每个PCI装置(包含本发明的PCI适配卡115)只具有一个REQ#/GNT#(request/grant)信号。为了适当解决被主芯片160、165、170解决的问题，系统应完成使REQ#信号绕线成为AND形式的电路。即，三个主芯片160、165、170的REQ#信号应聚在一起成为一个REQ#且被传送至PCI仲裁器。对于GNT#信号而言，PCI卡115上的仲裁器140是必须的。虽然其它方法同样也可同时使用，一个仲裁问题的简单解决方法是使用记号传递方法。如本领域内的技术人员所了解的，一个单一的记号在主芯片160、165、170之间传递。只有在特定的主芯片(160、165、170)具有记号时，一个主芯片(160、165、170)才能够存取PCI总线。具有记号的主芯片160、165、170会在释放总线时将记号传递给另一个主芯片(160、165、170)。
此外，因为快闪只读存储器150包含某些完整的M5281芯片160、165、170的芯片软件设定，为了避免偶尔要从快闪只读存储器150自快闪只读存储器功能被禁能的第二M5281芯片165或第三M5281芯片170进行读取或写入作业的需要，每个M5281芯片160、165、170的一个字节被保留作为一掩模(mask)。掩模代表当第三功能，即存取快闪只读存储器150被选用时可以被写入的事物，不论哪一个M5281芯片160、165、170具有记号(token)。掩模可在快闪只读存储器150的作业开始前由软件或韧体写入。当掩模与所选定的M5281芯片160、165、170相符时，所选择的闪存控制器仅需回复周期作业或者将该周期作业视作非成功者。
图2是进一步说明本发明的PCI适配卡50的示意图。PCI适配卡50包含具有两个SATA或PATA主机控制器72、74，一快闪只读存储器控制器76，以及代表掩模字节的一个字节内存78的第一主芯片60。第二主芯片65包含两个SATA或PATA主机控制器84、86，以及一掩模字节88。第三主芯片70也包含两个SATA或PATA主机控制器94、96，以及一掩模字节98。为了避免重新设计主芯片60、65、70，第二和第三主芯片65、70实际上每个也可包含一闪存控制器，然而由于他们被禁能，其并未被显示于图2中。
与现有技术相比较，本发明披露一种用来在单一PCI适配卡上菊花键结多个主ATA主机控制器芯片的装置和方法。将现有的ATA主机控制器芯片菊花键结于单一PCI适配卡上可增加PCI适配卡的性能，而不需额外的PCI插槽或芯片重新设计或测试的费用。
本领域内的技术人员将会迅速观察到本发明的装置和方法的多种修饰与变更可以达成并保留本发明的精神。因此，上述的披露应建构为只能由所附的权利要求书的边界和范围来限定。