主板开机过程介绍

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,主板开机过程介绍,对于,一台,电脑来说,，,从我们,按下,Power Button,到,机器点亮,再到,开始加载,操作,系统,，,虽然,表面上,看来,只是,经历,了一段,几秒钟,的,过程,但其实在这段时间里电脑的硬件、软件、固件却已执行了很多步骤,完成了一系列的动作,.,那么到底是一些什么动作呢,?,他们是怎么衔接起来的呢,?,一台电脑的启动顺序,依次从底层到上层,我们可将其分为三个过程,:,硬件启动过程、软件启动过程、操作系统引导过程,.,从我们评测实验中心的角度来看,我们比较关心的应该是硬件的启动过程,这也是我们需要关注的部分,.,主板开机过程介绍,方正科技集团股份有限公司,方正科技集团股份有限公司,电脑从按下电源开关按钮到加载操作系统的整个启动过程是按照一定的先后顺序来进行的,如图所示,产生各种时钟,各芯片及总线复位,CPU,复位,POST,系统自检,系统设置,扇区引导,加载分区表,文件配置,加载,O/S,硬件启动,软件启动,操作系统引导,图一,电源启动,DOS/Windows/Linux,方正科技集团股份有限公司,软件启动过程,在,硬件,部分启动,成功,的条件下,，,CPU,会执行,一,系列,的,动作，开始从,BIOS,读取一些指令,，,进入软件启动过程，其实这个过程的开始部分应该叫做,Firmware,启动过程，当主板將,BIOS,里面的內容加载到內存后，再形成软件启动过程,。,软件启动过程,由,BIOS,的,POST,(power on self test,，中文名叫做上电自检或称开机自检,),过程,、,CMOS,设置过程,、,系统自检过程这几个步骤組成,，流程如下,图二所示,：,CMOS,設置,系,统,自,检,硬,件,启,动,成,功,芯片端口初始化,设置中断相量,检测系统配置,检测系统资源,软,件,启,动,完,成,图二,方正科技集团股份有限公司,软件启动过程的第一步,也是最,关键一步就是,POST,过程,。,1,、芯片,端口,初始化,CPU,從,BIOS,读取指令，开始,初始化各個,主要功能芯片,和各個端口,，包括,PCI PCI-E SATA IDE,等等，这个过程是所有智能控制电路都必須经历的,.,2,、设置中断,向,量,CPU,将,BIOS,內容加载到內存時，,BIOS,会自动,在內存的,起始,地址,空间,建立一個中,断,向量表，,将,每個中,断服务子,程式的入口地址都,存储在,中,断,向量表中,.,简单地說，就是,BIOS,通过设置中断,向量,來与,中,断服务子,程式建立,起,硬件,与软件,之,间,的,联系，这个过程对于学过单片机或微机原理的人员很容易理解,.,3,、检测系统,配置,POST,程式此時的动作是检测,中,断号和,DMA,通道,号,的分配,地址等一系列配置,.,方正科技集团股份有限公司,4,、检测系统资源,POST,过程将检测許多硬件信息，包括,CPU,、,MEM,、,ROM,、,CMOS_RAM,、,NB,、,Serail I/O,、,P,arallel,I,/,O,、,PCI-E,Card,、,K,/,B,、,FDD,、,HDD,、,CD-ROM,等,功能设备或組件,。在,POST,过程,中,，如果,出現,了致命故障，则机器,將,当机,，,并且不能给出,任何提示,信息；而如果遇到的是,非,严重,故障,会,給出提示，等待,处理,。,需要說明的是，並不是所有部件,(,包括一些很关键的器件，如,NB/SB,等）的异常都可以在,POST,过程中检测到。,当,BIOS,完成了,POST,过程后，如果用戶按下,Del,（,F2/F1,）键，则电脑会进入,一個,CMOS,设置,界面。,CMOS,设置,程式是,BIOS ROM,中的一,部分,，它,固化,一些,系统,的,参数,，如,CPU,、內存、,外设,的,参数,、,启动,順序、,安全设定,等。,由于,BIOS,芯片都是属于,ROM,器件，我们不能随时修改它里面的內容，为了,便于修改，,系统会将这些参数存储,于另外的,CMOS,_,RAM,(,集成在,SB/ICH),中，所以,称为,CMOS,设置,(,当然，也有不少人称之为,BIOS,设置,),。如用戶不需要修改,系统参数,，,则,BIOS,会按照默认,的,参数跳过,CMOS,设置过程,直接,跳到系统,自,检过程,。,方正科技集团股份有限公司,CMOS,设置完毕后，按保存退出，电脑会进入系统自检过程,。,此时，,BIOS,将依据,CMOS,里面设置,的,启动顺序,，,搜寻各启动驱动,器，,如果搜寻到可以引导的驱动器，则从启动驱动,器中,读入引导记录,，,然后将系统控制权,交,给引导记录,，,至此，软件启动过程,完成。,其实，整个软件启动过程,也,就,是,系统,初始化的,过程,，,这些过程,都是,通过,CPU,执行,BIOS,里面固化的,程式來控制的。在此,过程,中,，,每,当系统,BIOS,检测,一,个,部件或,执行,一,个动作时，如果遇,到,了,致命,错误,，,机器都会当机，此时，我们可以,利用,Debug Card,观测,到,此时对应的代码，再对应代码表去查找相应的部件看是否有异常，从而可以提高,Trouble Shooting,的效率,。,方正科技集团股份有限公司,硬件,启动过程,接下來我们再继续讨论本文的重点內容硬件启动过程。我们可以将一块主板硬件启动电路的关键启动部件用图三表示出來,GMCH,ICH,POWER,VRM,CPU,VID Regulator,Button,POWER,PCI_RST,CPU_RST,POWER_OK,PWR_GD,VCCP,PS_ON,4,2,8,3,9,6,5,7,1,10,VID,VID Voltage,图三,方正科技集团股份有限公司,当我们按下电脑的开机按钮时，电脑能检测到有开机动作，则会开始下面一系列动作,。,1,、首先，需要,220V/110,供给系统电源（,Power Supply),，则会产生出一组,5VSB,电压并加载到,主板,上,(,电源插头的,Pin9),，如图五所示。,2,、,按下,P,WR,Button,，,主板产生,PS-ON,信号，输到电源插头的,Pin16,。,3,、系统电源完全工作后，将输出所有电压，如,12V -12V 5V 3.3V,。,4,、电源稳定后,，,还会发,出,PWR_OK,信,号给主板。,5,、主板上的部分电源电路开始工作后，其中的,CPU VID(Voltage Identify),电源电路产生电压并输出給,CPU,，使,CPU VID,电路工作。同时，时钟合成器电路通电开始工作，产生出各种频率不同的时钟信号。,6,、,CPU,输出与,Vcore,对应的,VID,信息给,VRM(Voltage Regulator Module),電路。,7,、,VRM,电路开始工作，输出与,VID,信息相对应的,VCCP,电压并提供给,CPU,作为它的,Vcore,工作电压。,方正科技集团股份有限公司,8,、当,CPU,的,VCCP,电压稳定后，它会告知,VRM,电路，,VRM,电路再产生出,PWR_SB,信号并送给,ICH,，告知,ICH,现在,CPU,可以正常工作了。,9,、,ICH,接,收到,PWR_GD,信号,和,时钟信号后，发出,PCIRST#,和,PLTRST#,，使,GMCH,和其它各种跨接于,PCI,总线上的设备复位。,10,、,GMCH,接收,到,PCIRST #,后，发出,CPURST#,给,CPU,，最终完成各种设备的复位过程。,对于主板的各個控制模块來说，都需要一個,RST,信号，因此,ICH,的,RST,信号将针对很多功能控制电路，所有需要复位的具体部件可参考图四所示,图四,ICH,BIOS,Super,I/O,Audio,LAN,GMCH,CPU,PCI-E X16,PCISLOT,IDE,PCI-E X1,PCIRST#,PCIRST#,PCIRST#,PCIRST#,PCIRST#,PCIRST#,IDERST#,CPURST#,ACRRST#,PCIRST#,RTCRST#,RSMRST#,硬件启动过程实际电路详解,上面我们简要地介绍了主板硬件电路的通用启动过程，下面我们將对实际电路进行分析，以求更切合实际地分析各具体电路，结合上面介绍的总体大概工作过程来掌握具体的硬件启动过程。,下面我们以,Foxconn945GC,主板为例,详细介绍主板开机信号,.,1,、系统电源输入,5VSB,加载至,主板,，如图所示,2,、,按下,P,WR,Button,，,將,FP1,的,Pin6,和,Pin8,短接，使信号拉低，输出,PBTNJ_SIO,信号,.,该信号进到,I/O,芯片的,75,脚,I/O,芯片输出,PWRON,信号给电源,.,3,、接着系统电源完全工作，输出所有电压给主板,4,、系统电源稳定后,，,发出,PWRGD_ATX,信号,5,、系统电源输出所有电压后,，由,U9A,、,U9B,、,Q35,、,Q36,等元件,组成,的,电路产生,出,FSB_VTT,电压，为,CPU,提供,1.2V,的,FSB_VTT,电压,。,6,、,CPU,得到,1.2V,的,FSB_VTT,电压后,，其內部的,VID,控制,逻辑电路开始,工作，,输出,VID,逻辑,信息,输入,FSB_VTT,电压,CPU,输出,VID,电压,7,、,VRM,电路从,CPU,获取,VID,信息后，产生出一个相对应的电压,VCCP,，提供給,CPU,作为,Vcore,电压。如图所示,由图可知，这里的,CPU Vcore,电源电路采用了三相,PWM,开关电源电路，可以提供最大,75A,的输出电流给,CPU,，此部分电路一般都采用了专用的,PWM Controller,芯片來产生,PWM,信号，再通过驱动器驱动,MOS,的导通和截至來获得一定脉宽比的大功率,PWM,波形，最后再通过,LC,滤波获得标准直流电压,.,8,、,VRM,电路输出的,VCCP,电压使下图所示电路产生低电平有效的,CLK_VTT_PWRGDJ,信号，输出给时钟电路,ICS954128AFLF,的,Pin16,，时钟电路开始工作，产生出各种时钟信号。如,14M,、,33M,、,48M,、,100M,及,CPU,和,GMCH,时钟，如图所示,CLK_VTT_PWRGDJ,信号进入时钟芯片,9,、,ICH7,接收到各個电路的,Power_GD,信号和时钟頻率信号后将产生出,PCIRST#,、,PLTRST#,信号，再直接或通过转换电路送给各接口和功能电路。如图所示,9,、,GMCH,收到,ICH,传送过來的,PLTRST#,信号后，发出,HCPURST*,信号，使,CPU,复位，接着再发出,一個固定,的,地址,信号,FFFFFFF0H,。通过上述一系列过程后，主板终于完成硬件启动过程。,发出,HCPURSTJ,信号,歌词天地 噗垿宺,