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BIOS EC 电源管理之间的关系

    所所开篇：今天是本系列教程的下篇，到今天工程师权威揭密系列的教程就告一段落了。随后大家可以通过访问我们的专题页面来随时温故知新，下面一起来看下篇吧。



    我们常会听到某些高手说“改一下COMS设置”云云，我们现在就来谈谈BIOS（CMOS）。

    BIOS（Basic Input/Output System，基本输入输出系统）在整个系统中的地位是非常重要的，它实现了底层硬件和上层操作系统的桥梁。比如你现在从光盘拷贝一个文件到硬盘，您只需知道“复制、粘贴”的指令就行了，您不必知道它具体是如何从光盘读取，然后如何写入硬盘。对于操作系统来说也只需要向BIOS发出指令即可，而不必知道光盘是如何读，硬盘是如何写的。BIOS构建了操作系统和底层硬件的桥梁。

    而我们平时说的BIOS设定仅仅是谈到了其软件的设定，比如设置启动顺序、禁用/启用一些功能等等。但这里有一个问题，在硬件上，BIOS是如何实现的呢？毕竟，软件是运行在硬件平台上的吧？这里我们不能不提的就是EC。

   

这是日立H8的DEMO板和其宣传画

                               
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WINBOND的EC

                               
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    EC（Embed Controller，嵌入式控制器）是一个16位单片机，它内部本身也有一定容量的Flash来存储EC的代码。EC在系统中的地位绝不次于南北桥，在系统开启的过程中，EC控制着绝大多数重要信号的时序。在笔记本中，EC是一直开着的，无论你是在开机或者是关机状态，除非你把电池和Adapter完全卸除。
　文/ericman


    在关机状态下，EC一直保持运行，并在等待用户的开机信息。而在开机后，EC更作为键盘控制器，充电指示灯以及风扇等设备的控制，它甚至控制着系统的待机、休眠等状态。主流笔记本系统中，EC在系统架构中的地位如下图

                               
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现在的EC有两种架构，上图左边是比较传统的，即BIOS的FLASH通过X-BUS接到EC，然后EC通过LPC接到南桥，一般这种情况下EC的代码也是放在FLASH中的，也就是和BIOS共用一个FLASH。右边的则是比较新的架构，EC和FLASH共同接到LPC总线上，一般它只使用EC内部的ROM。至于LPC总线，它是INTEL当初为了取代低速落后的X-BUS而推出的总线标准。

    EC上一般都含有键盘控制器，所以也称KBC(Keyboard Controller)。

    那EC和BIOS在系统中的工作到底有什么牵连呢？在这里我们先简单的分析一下，具体的过程在本文的最后会详细介绍。

    在系统关机的时候，只有RTC部分和EC部分在运行。RTC部分维持着计算机的时钟和CMOS设置信息，而EC则在等待用户按开机键。在检测到用户按开机键后，EC会通知整个系统把电源打开（这部分在最后详细介绍）。CPU被RESET后，会去读BIOS内一个特定地址内的指令（其实是一个跳转指令，这个地址是由CPU硬件设定的）。

    这里开始分两种情况，对于上图左边的结构：CPU发出的这个地址通过FSB到北桥，然后通过HUB-LINK到南桥，通过LPC到EC，再通过X-BUS一直到达BIOS。在CPU读到所发出的地址内的指令后，执行它被RESET后的第一个指令。在这个系统中，EC起到了桥接BIOS和南桥（或者说整个系统）的作用。

    对于上图右边的结构：在这地址南桥后，会直接通过LPC到BIOS，不需要EC的桥接。

    这里需要说明的是，对于台式机而言，一般是不需要EC的。这里原因有很多：比如台式机本身的ATX电源就具有一定的智能功能，他已经能受操作系统控制来实现待机、休眠的状态；其次由于笔记本的键盘不能直接接到PS/2接口，而必须接到EC之上；还有就是笔记本有更多的小功能，比如充电指示灯、WIFI指示灯、Fn等很多特殊的功能，而且笔记本必须支持电池的冲放电等功能，而智能冲放电则需要EC的支持；另外，笔记本TFT屏幕的开关时序也必须由EC控制。这些原因导致了笔记本使用EC来做内部管理的必要性。

    总体来说，EC和BIOS都处于机器的最底层。EC是一个单独的处理器，在开机前和开机过程中对整个系统起着全局的管理。而BIOS是在等EC把内部的物理环境初始化后才开始运行的。

    看到这里，我想大家也明白EC到底是呵方神圣。如果说BIOS 是底层系统的话，那EC 似乎更加底层。

    在南桥上还有一个功能块就是电源管理单元（PM，Power Management）。

    一般来说，他和EC来共同配合完成。这里包括从开机（power button）键按下后，启动，待机，休眠，关机的全部功能。还包括对背光亮度，声音等的控制等等。

    至于现在Intel的Speed Step技术，也有部分功能是透过南桥来实现的（南桥发送SLP、STPCLK（sleep，Stop Clock）来实现睡眠、深睡眠等）。

    这部分的设计比较简单，只需要点到点的连接南桥和CPU即可PCI设备：网卡 1394的不同接法


    在台式机上，我们常听到关于集成网卡这个说法。而对于笔记本来说，网卡一般都是集成在主板上的，进入PIII时代以后，就显有无内建网卡的机器了。对于笔记本网卡来说（不考虑PCMCIA的网卡哦），一般有两种接法。

    首先我们把网卡分成两个部分。学过网络技术的读者可能都很清楚，现在的LAN都属于802.3的协议。而这个协议的物理实现却并非那么简单，需要分成两个部分。一部分是MAC控制层（Media Access Controller 媒体接入控制器），作用是根据802.3协议来做运算（采用CSMA/CD算法），另一部分是物理连接层（PHY）作用是根据MAC的算法得出的处理结果，接收和发送数据。

    首先我们谈第一种，走PCI总线的网卡。如果这样接的话跟台式机的网卡唯一的区别就是把台式机的PCI网卡直接做到主板上。这颗走PCI的网卡芯片内部整合了MAC和PHY功能。实际使用中，高档一些的笔记本会采用INTEL的网卡，低档一些的就会用REALTLK或者VIA的芯片。当然，INTEL网卡的传输效率确实也比较高。

                               
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第二种则是“真正集成”的网卡，MAC层部分被做到了南桥里面，然后需要用一个外围电路（PHY）来配合南桥里的MAC来实现网卡的功能

                               
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如图，南桥内部的网卡MAC输出一组信号线（称为MII总线），连接PHY（上图中的Intel 82562ET），然后引出RX+-和TX+-两对差分线，透过Transformer来控制EMI，然后输出到RJ45接口即刻。这里的Transformer的结构跟中篇里的USB的共模电感相似，作用也相似。上面的REALTLK8100C的那张图中，红色框内就是Transformer。经过Transformer的信号线必须以最短的距离接到RJ45接口上以减少干扰，所以它离和RJ45的距离是必须被严格控制的。

                               
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那么MAC地址是什么呢？MAC地址是区别网络设备的唯一物理标志，理论上，世界上任何一个网络设备的MAC应该都是不同的。那么网卡的MAC地址到底放在哪里呢？
　文/ericman


    对于走PCI总线的网卡，一般会在网卡上挂一个小小的的E2PROM来存储，里面烧有MAC地址以及一些厂商信息。而对于用PHY来连接的网卡，会把MAC地址信息放在挂在南桥上的E2PROM（因为网卡的MAC控制器在南桥）。



上图中黄色框内的U6就是E2PROM，用以纪录网卡的MAC地址。

    而1394和网卡的构建形式差不多，也是由MAC控制器和PHY来构成。其原理和布线准则也和网卡类似，笔者就不多费笔墨了。

PCI设备：PCMCIA, Mini PCI


    1989年由200多家公司确立了PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)标准，最初只是用来扩展内存，91年后随着I/O设备扩展需求，多种设备都被做成了PCMCIA接口，PCMCIA成为了笔记本最重要的扩展插槽。PCMCIA的成长史几乎是整个笔记本电脑产业的成长史。那PCMCIA到底是如何实现的呢？

    实际上，PCMCIA的实现方法并不复杂，把南桥的PCI总线拉到PCMCIA控制器，然后从PCMCIA控制器就能输出Cardbus，接上标准的PCMCIA接口就可以了。


PCMCIA的框图

     实际上在设计的时候，CardBus Controller的设计厂商都已经对其开发作好了一整套的外围电路，OEM厂商只需要简单的按标准电路做简单的修改即可（比如一些降低成本的动作）。一般来说，CardBus Controller有TI，RICHO，ENE等几家可以选择。

   
IBM R40的芯片控制器

    如图是IBM R40采用的TI的芯片PCI 1510 控制器和NEC的某款产品，采用理光R5C551的CardBus控制器。

    至于mini PCI则更加简单了，只需把南桥的PCI总线点到点的接到mini PCI的接口上即可。顺便说一句，mini PCI和台式机上的PCI的物理定义是一致的，不同的仅仅是插槽不一致而已。

　文/ericman


    我们见到过为了台式机上为了使用Mini PCI接口的无线网卡而出现的转接卡：

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待续    。。。。。。。。。。。

会员9619

这文章不知被转了多少次了。