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淺談eSPI匯流排
 

【作者: 黃俊斐】   2018年11月27日 星期二

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大多數電腦使用者都知道他們的電腦中的高速匯流排,如PCI-E和USB。 但是,在所有電腦中也有一個低速匯流排,用於連接各種設備,如嵌入式控制器 (EC)、底板管理控制器(BMC)、超級 I/O、系統快閃記憶體存儲(用於存儲 BIOS 代碼)和TPM(受信任的平臺模組)到系統核心邏輯芯片 (PCH)。在過去的將近20年中,這種低速匯流排被稱為LPC 或低引腳計數匯流排。最近Intel推出了一種新的匯流排來取代LPC 匯流排。 此匯流排稱為增強型串列外設介面或 eSPI 匯流排。


由於運算平臺持續向低電壓發展,現行的LPC介面雖然已為電腦市場服務超過17年之久,但是也逐漸顯露出了局限性。而Intel的目標是要減少主板上所需的引腳數量,eSPI具有比LPC更高的可用吞吐量,將工作電壓降低至1.8伏特,以實現更小的IC晶片製造工藝。


eSPI 是一種全面的匯流排,用以取代 LPC 匯流排、SPI 匯流排、SMbus、邊帶信號。以下兩個圖顯示了 LPC與 eSPI的系統連接。 從這些圖中可以看出,eSPI 匯流排取代 LPC 匯流排、SPI 匯流排、SMBus 和邊帶信號。


圖(一) LPC系統連接


圖(二)eSPI系統連接


eSPI 有多種通道/模式,允許通過匯流排進行通信。eSPI 介面由四個通道組成:


  • eSPI 週邊通道介面

  • eSPI 帶外通道介面

  • eSPI 快閃記憶體通道介面

  • eSPI 虛擬導線通道

  • 這四通道被多工到eSPI 物理介面上。如下圖:


    圖 (三)eSPI架構</span></P><br>
<P class='Content'><span para='B=13'>


    週邊通道(Peripheral Channel)是LPC 的替換功能,它使系統主機能夠讀取和寫入 EC 中的位置,包含舊式 i/o 操作以及通用記憶體讀寫操作。此外,傳統 DMA 被替換為 Bus Master功能,以便 EC 韌體可以與系統 DRAM 進行通信。


    虛擬導線通道(Virtual Wire Channel)將 IRQs 傳播到主機系統,取代串列 IRQ 機制。它還為其他邊帶信號 (如 SLP_Sx #、SMI #、SCI # 和 PLTRST #/PCI_RESET #) 提供傳輸機制。 與 LPC 匯流排相比,此通道大大降低了eSPI 匯流排的引腳數量和成本。


    帶外(OOB) 通道提供了到晶片組的串列連接,取代以往在SMBus上執行的 PCH 溫度和 RTC 讀數讀取,還有取代用於CPU溫度讀數的PECI埠,以及與PCH的管理引擎通信。


    快閃記憶體通道(Flash channel)可執行系統BIOS 快閃記憶體共用。在主連接 (MAFS) 配置中,晶片組仍然連接到快閃記憶體,並與 EC 在 eSPI 上共用,也允許EC透過eSPI快閃記憶體通道載入其韌體。在從屬連接 (SAFS) 配置中,快閃記憶體連接到 EC,該介面與晶片組在 eSPI 上共用,允許CPU透過eSPI快閃記憶體通道載入BIOS執行。


    圖 (四)MAFS和SAFS配置</span></P><br>
<P class='Content'><span para='B=19'>


    系統匯流排從LPC演進到eSPI有以下優勢:


  • 節省成本: 使用 LPC 連接到 PCH 有很大的增量成本,因為它有13個引腳,而 eSPI 僅使用5到6個引腳。用於支援電源時序的邊帶信號可以用eSPI虛擬導線實現。

  • 較低的電壓– eSPI 匯流排運行在 1.8V 對比 LPC 匯流排3.3V

  • 簡化的電路板佈局和設計。

  • 快閃記憶體訪問通道允許系統核心邏輯(PCH)在BIOS、管理引擎(ME)和EC/BMC 之間共用系統 SPI 快閃記憶體。 這樣可以減少系統中 SPI 快閃記憶體晶片的數量,從而降低系統成本。

  • 支持低功耗狀態運行:LPC只運行在系統S0 狀態,但 eSPI 可以運行在較低的電源狀態,包括在 S5 期間。 這允許許多系統改進,EC 可以在啟動時共用系統 SPI 存儲。這樣就無需在系統中增加 SPI 晶片,降低系統成本。eSPI 匯流排可用於 S5-S0 狀態下的系統核心邏輯與 EC 之間的通信。 這樣可以去除額外的邊帶通信匯流排,如 I2C 和 PECI,從而減少了電路板的額外信號。

  • Intel和 AMD 將停止使用 LPC 在後代的產品,迫使客戶遷移到 eSPI。Microchip被Intel選擇作為 eSPI 開發的驗證合作夥伴。這意味著我們的晶片已通過Intel eSPI 主機進行了全面驗證, 並得到了Intel的全面支援。Intel已在其參考驗證平臺參考設計選擇了Microchip MEC1418/MEC1428 EC。這說明了Microchip ECs 完全支援Intel eSPI。

  • Microchip提供MEC14XX系列嵌入式控制器,專為滿足開發x86架構的筆記型電腦和平板電腦平臺的設計人員的需求而定制。MEC14XX系列同時支援Intel公司新推出的增強型串列周邊介(eSPI)以及現行的低接腳數介面(LPC)。MEC1428是MEC14XX 系列的最新成員,通過支援從屬連接 (SAFS) 配置,為計算工程師增加了新的設計功能,這是使用EC支援USB Type C PD的最佳解決方案。欲獲取更多關於MEC1428 的相關信息,請訪問下列網址https://www.microchip.com/wwwproducts/en/MEC1428


    作者 黃俊斐 Microchip應用工程師


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