[转载]我所知道的BIOS -Jumpless 4

sdwenyliu

上一篇所提到的是:BIOS entry point. 它是第一個被 CPU 所抓取並執行指令之處.每家BIOS都有其相應的 file,要牢記.

在本文中,要提及: Jumpless ! 在此要先說明Jumpless的意義.它代表:"用 s/w方式來 config clockgen generator,使之產生正確的 頻率s 來供應系統運作". 重要性在於:假如某個 frequency錯了,則將導致 system abnormal or malfunction...

有哪些 frequencies由 clockgen 提供?
9 J; t! U2 m/ _' ^- CPU clock (在此指的是 : host clock, Ex. FSB800 CPU 需被 supply 200MHz clock)
- DRAM clock( depends on chipset design; Ex. DDR 533要被 supply 266MHz clock)
更正 : DRAM clock現在都是由NB產生 . 外部的最多是 buffer而已. 並非 clock generator. 原因是為了保持較良好的 host clock & DRAM clock的同步.

補充:我舉的例子是以前的chipset design. 現在我做過的 chipset 其 DRAM clock的確由北橋來推. 北橋中有一會 register定義: CPU-DRAM ratio.
/ d) i! q1 f4 x+ pEx. CPU clock = 100MHz. Ratio = 3:5,則可得 DRAM clock = 166MHz

- AGP clock: 標準 is 66.6MHz (= 1/2 PCI clock)
- PCI clock: 33.3MHz
- SATA clock: 100MHz(see SATA spec,似乎還要更精確...)
- Link clock: 即假如NB/SB中間有 link,亦由clockgen提供
  ]' x" o$ A" Z7 q8 ?& q- USB 1.1 clock: 12MHz
更正: USB 的 clock 是 48MHz
補充:我們 chipset的 design是: 由 clockgen提供 12MHz clock(或由 external crystal提供),被 PLL吃進去後,會產生 48MHz給 USB 1.1(你說的應該是這部分). 至於 USB 2.0,則是 supplied other freuencies !
2 F1 A2 t7 O/ e  {8 H1 b/ K& Q
1 l$ t7 \' ]* V5 Y. b& w  C1 v- SIO clock...etc
: b: ]) d5 w( P6 m' u
  O- @  g" _/ Z& a- F; `- fClock Generator的架構
7 |5 X/ A* }0 I* m=> ClockGen基本組成為 PLL(Phase Looked Loop) + Div. PLL 的輸入為 14.318MHz, 利用 迴授方式產生出 frequency F;之後 經過 Div 除頻,便得到 desired frequency,見下列圖示:

14.318MHz -> PLL -> F -> Div -> f
2 A! ^) D% y! T8 A( l" s) |
Ex. F = 400MHz, 為 PLL振出來的;若 Div = 4,則 f = 100MHz
1 F9 Y7 Y3 ^7 c* F
ClockGen的 spec中,會列出許多 registers,好比是 Function 的 "contact window",透過這些 registers可以設定此clockgen !

* @* _+ k- e# x4 H' X# S更正:其實PLL 不是單純一個的 div. 鎖相迴路的參數是兩的divider 組成 M(VCO divider)/N(REF divider)
$ F& T! R( b6 j, ^補充:觀念上來說是 PLL所振出的頻率經 div後可得到 desired frequency. 但在 clockgen中:
1. 有 2 bytes(即所謂的M,N)來決定 VCO
' X5 b- C& z3 h( S8 D, K2. 有幾個 bits來決定 div;一些主要的 frequency都有相對應的div
3. VCO / div = frequency

* `) H" T* h2 t, sHow to access ClockGen
, M" P& L: ]* O) P! s=>現今存取 clockgen的方式,都是透過 SMBUS來達成. SMBUS 有分 1.1 and 2.0,不過大同小異. SMBUS是 2-wire protocol;由 SMBUS master(即內建在南橋內部的 SMBUS controller )來下 command 給 SMBUS device(Ex. Clockgen);Command中常用的有 Block Read/Write & Byte Read/Write

: n/ N% U( J+ ^' m不同家 chipset 的 SMBUS controller implement方式不同,自然下command的方式亦不同;主要的步驟是:
9 D) m. c& C1 ~- pre-init( clear status or ...)
- put slave address(要 access 的對象)
- decide Read or Write
- put command(Protocol type, Ex. Block or Byte access)
/ q: C7 V8 A- J8 K  ~; @% d7 w- put offset(要存取 自 clockgen中的哪一個 Byte開始...)
6 e& V0 Y7 b8 x) {: i  D; {/ D" ?- put data if (Write device)
6 u4 A! X" M' Z; ?- start transaction !!!
) ?# N& y6 F1 Z/ z(... processing ...)
- get "Complete" status to check if transaction is done successfully
(...wait for system reset...)

* 當 start transaction後, SMBUS controller便會將 programmer所 prepare的資訊將之轉成 SMBUS command打給 device;完成後應該在 controller端有 status register可以檢查,看看是否 transaction ok or failed,或是有其他 error conditions.
2 ^/ X/ ~4 a- S2 Z2 y
透過這樣的方法,programmer便可以 config clockgen使之產生正確的 frequencies.
5 V- H% y& v6 @# o) B( b
) y% h3 _$ q2 c9 f[2 Programming ways for clockgen]
( R/ Y: X. B- B* I, k=> 現今的 ClockGen有提供兩種方式 for S/W config. 一為 table mode,一為linear mode. Table mode指的是: ClockGen spec 中會有一個 table,裡面說明: 要產生 ? frequency 要填 ? 值.因此,這種方式只需program 1 byte to Clockgen就行了. 若是 linear mode,則是坊間所說的無段變頻,即可以微調frequency. Ex. table mode只提供 100/133/166/200MHz,但 linear mode則可以提供類似 102.6/136.3/168.7..等的頻率. 此時,要program的 byte數就很多了.....除此之外, linear mode也可以config 所謂的 spread spectrum(%),板廠測EMI時會用到
6 E" W" w! X) X9 G* N
% Y% m  q6 d/ D7 u【Notes】
, D/ B4 L7 e- M: \1. For NB platform power-on CPU frequency 由 2 pins來決定;DT platform會由 Jumper決定.不管如何,之後做Jumpless都可以 override掉原 clock settings

( h! q  i1 \- m2 Z& f更正: 不是只有NB如此.不管DT 或server. CPU FSB 也是 pin(由於FSB頻率比NB多.所以是 3 pins )來決定的.不是jumper. 即使要做超頻設計會對這三pin做手腳, 也不會使用jumper
5 U7 m5 r5 t3 x' G/ I$ b0 K9 r
( Q. Z0 b2 |/ j+ S: f1 K
2. 有些 clockgen所提供的 SS 都是 center spread. 若需要 Down spread則可以由 center spread搭配 改變後的 frequency(類似直流準位)來達成
! c2 v; o9 }! C2 L6 v
$ r1 O$ g% Q8 o% V給我正確的頻率,其餘免談 ...^_^...

" M/ p- h# Q8 |7 p/ C8 b( U=====================================================================
, Z- q- g' C! A9 P% R. j/ O* @: c9 C: nQ&A
/ I/ p2 E# }- P4 H# D2 w=====================================================================
/ t& _/ M4 v, {9 K4 p9 o>前輩我有幾個問題要發問!
! @* J7 J1 [% R# ?0 H& X1 g>1. 你這邊說的Table方式頻率是指供應給CPU頻率嗎? Intel網站的CPU說明，他說是固定的不可調的? 所以這不是HW固定住(Latch)設定值了嗎?
$ J- C7 u& y* B>
>2. 可以解釋一下Down Spread/Center Spread /...所代表的意思嗎? 還有用途?
/ Q) h$ f1 Q; [' g" r6 p>
7 W/ U* ]: V+ |5 {2 m>3. 我目前也在嘗試Program ClcokGen(新手上路)，很多專有名詞還沒搞懂，另外目前ClockGen不是可以
>輸出不同頻率嗎? 為什麼Table方式只需要Program 1 byte就好 ???還是說各家廠商設定方式不同，有些廠
% t$ Z  U* r* y) d; t>商只要利用1 Byte 就已經選擇好所有的頻率了(33MHZ/48MHz/DOT96MHZ/LCD27MHZ...)?

& `! @" d" B% I% I: l: X  @[For #1]
=> 我所謂的 "Table"方式指的是: 為了方便設定,clockgen designer會專門提供一個byte register(8-bit);此 byte的某些 bit fields(Ex. bit[4:0])可以讓programmer填一組值,例如 01001b. 此值 write 至 clockgen成功後, CPU/DRAM/AGP/PCI/...etc 都會是固定的頻率. Ex. 100/133/66/33/...etc. 所以才說只填 1 byte only !
: t) k; B+ H- {: Q
1 Z7 Q1 y# \5 k1 _: o% t此值一旦填至 clockgen, clockgen便依據該 byte(可參考 spec前幾頁,會有一張表說明: bit[4:0] <-> frequency combinations)來產生出 frequencies.
& i9 b7 S/ k; T! p* L/ ?( B
5 Q% \: U+ r3 G  _不管用哪一種方式(table or linear mode),都會 supply CPU frequency !!!不過,此時的 CPU frequency is CPU的外頻 ( CPU 總頻率(core) = (外頻)*(倍頻 <-multiplier) )

$ L' @/ l$ ^& r6 dEx. 外頻 200MHz(Merom CPU, FSB 800),倍頻 = 12 -> core freq = 2.4GHz
0 x6 p" h" e; y) x( Z, t7 X
* A: j  t8 }! H! y5 y還有,BIOS可以調整 外頻 & 倍頻 ! 沒問題 ! 不過,若遇到鎖頻的CPU(Ex. 量產版的CPU),倍頻可能無法調整.但外頻還是可以靠 config clockgen來達到 !!!

For #2
8 X- t- H4 k7 m! Q4 B=> 假設要達到 100MHz 且 SS = 0.5% center spread.則:
(...想像以前學的直流與交流的訊號...)
9 X$ g4 o6 i# M1 S8 l4 f
' ~' e, W; C$ B9 K7 s100MHz 相當於 直流的部分,其值不隨時間而變; 0.5% center spread好比弦波訊號(振幅是 100M * 0.005 * (1/2);所以,兩者的合成便是: 以 100MHz為中心,其值隨時間而變,振幅 is 100M * 0.005 * (1/2) 的訊號 !!!

我 '猜' 要這樣測試的原因是:所產生的 clock一定不會是 perfect的 100MHz,有可能因為元件或是外部干擾而被 "改變".為了模擬這樣的情況,我們會將 clock的 spread spectrum enable,產生 "隨時間而改變"的頻率,來測試系統的穩定度...等

Down spread 0.5% 指的是:距離 水平 100MHz, 最低的值是 100M-100M*0.005,最高值則是 100M本身( 等同於: 水平值 99.5 + center spread 0.5%, right ? )
0 i* m% e5 z6 ]) `% q8 V) Y
For #3
=> 前面提過,只設 1 byte 就可以產生所有頻率是因為: clockgen公司已經把設定各頻率的功能"濃縮"在一個 byte裡面 ; programmer只要 config this byte 就可以了...
, ]2 c4 ]) B! B4 L' @5 ?: Z- v8 V
* 關於 EMI 測試部分,有錯請指正. ( ...我有用到 "猜" 字眼...^_^ )

[[EMI 測試的知識]]
! }9 `1 y; h$ {# w- Q由於 對clock信號來說. 鋒(peak)值是能量最強的地方. 所以peak的能量就會不斷累積, 發射出來. 因此在頻譜上就會出現能量很強的頻率. EMI 工程師的工作就是要想辦法屏閉這些電磁波的干擾.　
: b* U2 c! N( C: ^3 F
為什麼需要 spread spectrum? 由於PLL 十分精準. 也就是說 100MHz的clock, 其 peak & peak之間的距離一致(波長固定). 所以能量十分驚人. 使用展頻可以使 peak 的距離改變(由於頻率不斷的在一個範圍內改變, 這個可以用示波器累積clock信號來看) 所以累積的能量會比較低. 這樣EMI 可以比較好處理.
. _$ [7 s0 [' V9 b
- Y: [- \# y5 p9 ^至於為什麼會有要求BIOS一開始就把展頻開著, 以確保板子的穩定? 很簡單.不開展頻clock很穩定.自然比較不會有問題. 展頻一開. 由於頻率是浮動的. 很多設計欠佳的板子就會不穩定. 及早發現才能及早修改.