Neue Goodies für PCI

PCI war von Anfang an als Plug&Play-System konzipiert. Was sich die Macher um Intel anno 92 aber noch nicht vorstellen konnten, war die Notwendigkeit von Hot Plugging. Entsprechende Vorkehrungen sind damit in der aktuellen PCI-Spezifikation nicht vorgesehen. Für moderne Server wäre es indes wünschenswert, wenn ein defekter Hostadapter ausgetauscht oder eine zusätzliche Netzwerkkarte eingebaut werden könnten, ohne daß der Server heruntergefahren und ausgeschaltet werden muß.

Also hat sich die PCI-SIG (Special Interest Group) im Februar 1997 unter Führung von Compaq zusammengesetzt und die PCI Hot-Plug Specification aus dem Boden gestampft. Diese erblickte kurz vor der CeBIT, am 5. März, in der Version 0.9 das Licht der Welt. Es wundert deshalb kaum, daß lediglich Compaq ein lauffähiges PCI-System mit Hot Plugging auf der Messe zeigen konnte.

Das Prinzip von PCI Hot-Plug ist recht simpel: Alle Leitungen eines jeden PCI-Slots werden über elektronische Schalter geführt, die den Steckplatz bei Bedarf vom PCI-Bus isolieren. Zusätzlich besitzt jeder Hot-Plug-Slot noch zwei LEDs (`Attention´ und `Slot Isolate´) sowie einen Hot-Plug-Controller. Dieser übernimmt die Steuerung der LEDs und der elektronischen Schalter. Alle Änderungen beziehen sich ausschließlich auf das PCI-Motherboard, die Hardware der PCI-Steckkarten bleibt unverändert.

Auf der Software-Seite kommt ein Motherboard-spezifischer Hot-Plug-Systemtreiber hinzu, der das Betriebssystem über die gewünschten Aktivitäten informiert und so ein gezieltes Aktivieren und Desaktivieren der Kartentreiber ermöglicht.

Fliegender Wechsel

Will der Anwender eine PCI-Karte im Betrieb ein- oder ausbauen, so benachrichtigt er zunächst das Betriebssystem. Dies kann per Konsolen-Komando oder aber wie bei der Compaq-Demo mit Hilfe von an den Slots angebrachten Schaltern erfolgen. Der Hot-Plug-Service des Betriebssystems fährt daraufhin den Treiber für die entsprechende PCI-Karte herunter und informiert den Hot-Plug-Controller mit einem vordefinierten Kommando [1]. Dieser isoliert dann den entsprechenden Slot vom PCI-Bus und setzt das PCI-Reset-Signal (RST#) der betroffenen Karte. Anschließend schaltet er die Spannungsversorgung für den Slot ab und aktiviert die Slot-Isolate-LED. Sobald diese leuchtet, kann man die PCI-Karte ohne Gefahr für das System ausbauen.

Der Einbau einer neuen Karte funktioniert ähnlich. Zunächst muß ein unbenutzter Slot vom PCI-Bus getrennt und abgeschaltet werden. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Entweder wählt der Anwender einen freien Slot aus und benachrichtigt das Betriebssystem per Slot-Schalter beziehungsweise Konsolenbefehl, oder der Anwender teilt dem System mit, welche PCI-Karte er einbauen will, und dieser signalisiert ihm dann über die Attention-LED den für die neue Karte vorgesehenen Steckplatz.

In beiden Fällen trennt der Hot-Plug-Controller den entsprechenden Slot vom Bus und aktiviert die Slot-Isolate-LED. Ist die Karte eingebaut, informiert der Anwender das System darüber, indem er ein Konsolenkommando absetzt oder den Schalter am PCI-Slot betätigt. Der Controller aktiviert daraufhin die Spannungsversorgung des Slots, verbindet ihn wieder mit dem restlichen PCI-Bus und nimmt das Reset-Signal (RST#) zurück. Zu guter Letzt schaltet der Hot-Plug-Controller noch die Isolate-LED ab und informiert das Betriebssystem. Dieses kann dann den Treiber laden und die neue PCI-Karte in Betrieb nehmen. Läuft alles glatt, informiert der Hot-Plug-Service zum Schluß den Anwender, daß Karte und System betriebsbereit sind. Dies kann über das Abschalten den Attention-LED oder über eine Bildschirmausgabe erfolgen.

Die PCI-Hot-Plug-Spezifikation beschränkt die Benutzung der Attention-LEDs an den PCI-Slots übrigens nicht auf den Hot-Plug-Vorgang. Das Betriebssystem kann mit Hilfe dieser LEDs auch andere Informationen ausgeben. So ist es etwa denkbar, daß es mit Hilfe der Attention-LEDs anzeigt, in welche Netzwerkkarte ein bestimmtes Kabel einzustecken oder welches SCSI-Subsystem an welchen SCSI-Hostadapter anzuschließen ist.

Als Kür erlaubt die Hot-Plug-Spezifikation auch noch den Einbau einer Spannungsüberwachung für die einzelnen PCI-Slots. Überlastungen des Netzteils oder der Systemplatine können so vor dem Aktivieren der neu eingebauten PCI-Karte erkannt und damit vermieden werden. Allerdings obliegt das Bereitstellen von Treibern für diese Zusatzfunktionen dem Systemanbieter. Die betriebssystemspezifischen Basistreiber für PCI-Hot-Plugging sind dafür nicht ausgelegt.

Auf Sparflamme

Weniger für Server als vielmehr für Desktop-PCs und Notebooks ist die am 18. März verabschiedete PCI Bus Power Management Specification [2] gedacht. Sie füllt eine andere Lücke des ursprünglichen PCI-Standards und ermöglicht ein gezieltes und vor allem einheitliches Powermanagement für PCI-Systeme. Die Spec definiert dazu fünf Stromspar-Stufen: D0, D1, D2, D3hot und D3cold. D0 steht dabei für `Full Power´, D3 für den minimalen Stromverbrauch. Im D3cold-Zustand ist die Spannungsversorgung der entsprechenden Karte vollständig abgeschaltet, bei D3hot wird sie nach wie vor mit Spannung versorgt.

Die Zustände D1 und D2 beschreiben abgestufte Stromspar-Modi zwischen `On´ und `Off´. D1 ist ein sogenannter `leichter Sleep-Modus´. Hierbei arbeitet ein Großteil eines Devices weiter, während andere Teile bereits abgeschaltet sind. Bei einer Netzwerkkarte betrifft dies etwa die Überwachung des Datenstroms.

PCI-Karten, deren Funktionen vorübergehend nicht benötigt werden, begeben sich in den D2-Zustand. Hierbei ist die Karte so weit abgeschaltet, daß lediglich die Konfigurationsregister im Zugriff bleiben. Die einzige Funktion, die die Karte über den PCI-Bus von sich aus ausführen kann, ist ein Power-Management-Event (PME).

In Gegensatz zu Hot-Plug-PCI bewirkt das PCI-Power-Management Änderungen sowohl am Motherboard als auch an den PCI-Karten. Diese betreffen neben den Stromspar-Modi selbst vor allem den PCI-Configuration-Space, über den ein PCI-Device Auskunft über seine Fähigkeiten gibt. Das bislang ungenutzte Bit 4 im Statusregister informiert darüber, daß die betreffende Karte die neuen Stromspar-Modi beherrscht. Ein Zeiger im Register 34h weist auf eine verkettete Liste, die Auskunft über die konkreten Stromsparfähigkeiten der Karte gibt. So ist es möglich, innerhalb eines PCI-Devices mehrere PCI-Funktionen mit unterschiedlichen Power-Management-Fähigkeiten unterzubringen. (gs) (gs)