Последовательность запуска материнской платы ноутбука

Диагностика неисправности материнской платы ноутбука – самый важный этап при ее ремонте. Но для диагностики платы нужно знать последовательность ее включения.

Последовательность включения ноутбука

При включении ноутбука дежурное напряжение через кнопку подается на мультиконтроллер , который запускает все контроллеры ШИМ, вырабатывающие все напряжения (их много). При нормальном исходе мультиконтроллер вырабатывает сигнал PowerGood. По этому сигналу снимается сигнал resetс процессора и он начинает выполнять программный код, записанный в BIOS с адресом ffff 0000.

Затем BIOS запускает POST (PowerOnSelfTest), который выполняет обнаружение и самотестирование системы. Во время самотестирования обнаруживается и инициализируется видеочип, включается подсветка, определяется тип процессора. Из данных BIOS определяется его тактовая частота, множитель, настройки. Затем определяется тип памяти, ее объем, проводится ее тестирование. После этого происходит обнаружение, инициализация и проверка подключенных накопителей – привода, жесткого диска, картридера, флоппи дисковода и др., а после проверка и тестирование дополнительных устройств.

После завершения POST управление передается загрузчику операционной системы на жестком диске, который и загружает ее ядро.

Приводим схему последовательности включения ноутбука

Алгоритм диагностики материнской платы ноутбука

• проверка напряжений питания согласно datasheet;
• проверка PowerGood и сигнала запуска;
• контроль опроса BIOS;
• диагностика загрузки по посткарте, показывающий на каком этапе прекращается загрузка.

Рассматриваем 2 варианта.

Не горит индикатор питания ноутбука

1. Питание не появляется, а также светодиод питания не горит.

Ищем неисправность в схеме управления питанием. Проверяем Мультиконтроллер – микросхему, управляющую схемами ШИМ, формирования напряжений. Также в нем встроены контроллеры периферии. Например, контроллер клавиатуры, мыши, температуры, вентилятора, аккумулятора, тачпада и др. Иногда в мультиконтроллер входит контроллер USB. Часто это микросхема ITE.

На мультиконтроллер подается напряжение питания непосредственно с адаптера (обычно 19В). А дальше напряжение передается на другие устройства. Таким образом контроллер управляет процессом включения в ноутбуке.

За распределение питания может отвечать и схема коммутации питания, например, может быть чип MAXIM. Она отвечает за переключение питания с внешнего адаптера на питание от батареи, контролирует зарядку и др.

В некоторых случаях слетает прошивка микроконтроллера. В этом случае ноутбук не запускается, хотя все напряжения присутствуют и нужные сигналы подаются.

Горит индикатор питания, но ноутбук не включается

2. Питание есть, светодиод питания горит, но ноутбук не включается, экран темный. Индикатор жесткого диска сначала включается и гаснет, затем не горит.

Алгоритм поиска неисправности на материнской плате следующий.

Разбираем ноутбук, прогреваем микросхемы чипсета по-очереди. После каждого прогрева пробуем на включение. Если ноутбук включается, то виноват конкретный чип.

Еще полезно узнать, как произошла поломка. Например, очень важна предыстория поломки. Если до поломки перестали работать USB порты, то скорее всего вышел из строя Южный мост. Но при артефактах на встроенном видео виноват Северный мост.

Способы диагностики материнской платы

Про способы диагностики материнской платы ноутбука можно почитать здесь. Там описаны способы определения неисправного чипа, поиск короткого замыкания на плате.

• визуальный осмотр
• изучение истории поломки
• использование диагностической карты
• прогрев чипа
• ограничение тока питания при поиске КЗ, поиск нагретых элементов

В зависимости от типа подключенного источника питания Charger подсоединяет либо батарею, либо блок питания (БП) к общей шине питания VIN (Voltage Input ). Если сигнал ACIN (Alternating Current Input ) имеет высокий логический уровень,то это означает что подключен БП.

Затем идет формируются дежурные напряжения 5VPCU и 3VPCU (Voltage Pulsed Current) с помощью микросхемы ISL6237IRZ-T,формирующей их из из напряжения VIN.

На ножку 6 микросхемы приходит напряжение VIN, на 4 ногу сигнал включения линейного регулятора EN_LDO 5В, на 7 ноге появляется 5V_AL (5 Volt Always), который формирует 3V5V_EN(Enable) и сигналы включения 5VPCU и 3VPCU. Так же умножителем напряжения формируется +15V(+15V_ALWP).

Далее напряжением 3VPCU производится запитка EC контроллера.

При подключении БП напряжение на кнопке включения составит 3 В, т.к. NBSWON подключен к дежурному напряжению 3VPCU. При нажатии на кнопку включения, напряжение падает до нуля,так как при нажатии кнопки NBSWON замыкается на землю,т.о. на 125й ножке EC контроллера получается 0, что даёт контроллеру команду на запуск.

В результате появляется S5_ON (94 ножка EC контроллера) 3.3В.

Следующий шаг — сигнал ICH_RSMRST ( I/O Controller Hub A Resume And Reset Signal Output) EC контроллера с 33 ноги о готовности системы к запуску. Сигнал идёт от EC контроллера до I/O Controller Hub (как SIO_PWRBTN) или южного моста.

В ответ на сигнал SIO_PWRBTN формируется PM_SLP_S4 3.3V на EC контроллер, который формирует напряжения 5VSUS,3VSUS,1.5VSUS(напряжение на оперативной памяти, формируется микросхемой UP6163AQAG).

Затем идет сигнал SIO_SLP_S3 3.3V 18 нога EC контроллера,который выдаётся I/O Controller Hub в ответ на сигнал SIO_PWRBTN вместе с сигналом PM_SLP_S4. На данный сигнал EC контроллер выдает MAINON.

EC контроллер на 96 ноге формирует MAINON, который включает напряжения 0.75VSMDDR_VTERM (напряжение терминации ), +5V, +3V, +1.8V, +1.5V, +1.05V_VTT.
Следующий шаг — сигнал GFX_RUN_ON, формируется он из MAINON и нужен запуска для микросхемы DC-DC преобразователя MAX8792ETD+T , который формирует напряжение питание видеоядра+VCC_GFX_CORE. Она заработает, если на нее придет напряжение VIN и сигнал включения GFX_RUN_ON.

VRON — сигнал на включение питания процессора, синтезирует его ISL62882 после подачи питания VIN (17нога), VDD и VCCP, подключенные к 5VSUS. Так же выдается VR_PWRGD_CLKEN, который выдает CK_PWRGD_R на запуск генератора частоты основных логических узлов.
GFX_RUN_ON нужен при использовании дискретной видеокарты.

Затем идет сигнал на запуск питания северного моста и формирование самого напряжения, но если северного моста нет то и сигнал не нужен.

HWPG — Hardware Power Good формируется как общий PowerGood из всех PowerGood формирователей напряжений по схеме И, как сообщение, что все системы питания в норме. 3 В появится и на 124 ноге EC контроллера. Если хоть одно напряжение не в порядке, сигнала нет, он равен 0.

ECPWROK (преобразуется в SYS_AGENT_PWROK ) появится в ответ на HWPG, и три сигнала SYS_PWROK, ICH_PWRGD, PM_MPWROK поступят на I/O схемы питания работают.

Главные чипы платы до этого находились в состоянии RESET, для продолжения запуска платы это состояние снимается сигналом RCIN или SIO_RCIN с хаба.

A_RST снимает RESET с северного моста, PCI_RST_R снимает RESET с PCI-E шины. Затем он станет сигналом PCI_RST и попадёт в видеочип.

CPU_LDT_STOP и CPU_LDT_RST снимают RESET с процессора. Либо снятие происходит сигналом PLTRST ( Platform Reset) с хаба (называется PCI_PLTRST).

Процессор выдаёт сигнал SM_DRAMRST снимая RESET с оперативной памяти.

Затем работает BIOS. Такая вот сложная система запуска, которую нужно знать при устранении проблем с ноутбуком.

Включаем БП, если все напряжения в норме, то спустя 0,1. 0,5 сек БП выдаёт на материнскую плату сигнал PowerGood (PG). На материнской плате собрана специальная схема, вырабатывающая сигнал RESET. Эта же схема может быть завязана с хардваремонитором, контролирующим напряжения питания, которые поступают на маму от БП иили вырабатываются преобразователями материнки для питания различных узлов (проца, памяти, чипсета и т.д.). В обязанности хардваремонитора также входит контроль температуры основных элементов платы и контроль оборотов вентиляторов. Только после получения PG от БП, а также сигнала от хардваремонитора "все в порядке" схема формирования RESETa снимает этот самый RESET с чипсета, мультика и различной мелкой логики, распаяной на плате, а также с самого процессора. Сигнал RESET держит сброшеными значения всех битов управляющих регистров и обнуляет регистры процессора, кроме регистра CS (Code Segment) содержащего начальный адрес сегмента кода, в нем устанавливается значение FFFFh. После снятия RESETa процессор начинает работу в реальном режиме и в течение примерно 7 циклов синхронизации приступает к выполнению инструкции, считываемой из ROM BIOS по тому самому адресу FFFF:0000. (Современный процессор (начиная с i386DX) выполняет первую инструкцию по адресу FFFFFFF0h, находящемуся в топе 4 Гб пространства.) К этому моменту клокер уже должен выдавать стабильные задающие тактовые частоты на PCI, процессор, USB, чипсет и оперативную память. Размер области ROM BIOS от адреса FFFF:0000 до конца равен 16 байт, и в ней по указанному адресу записана команда перехода на реально исполняемый код BIOS. В этот момент процессор не может выполнять никакую другую последовательность команд, поскольку нигде в любой из областей памяти, кроме BIOS, её просто не существует. Итак, начинается выполнение конкретного кода ROM BIOS. Последовательно выполняя команды этого кода, процессор реализует функцию начального самотестирования POST (Power-On Self Test). На данном этапе кроме процессора тестируются память и системные средства ввода/вывода. Обнаружив ошибку, система подаст звуковой сигнал, так как видеоадаптер пока еще не инициализирован. Также производится конфигурирование программно-управляемых аппаратных средств материнской платы. Часть конфигурирования выполняется однозначно, другая часть может определяться положением джамперов (перемычек или переключателей) системной платы, но ряд параметров возможно (а иногда и необходимо) устанавливать пользователю. Для этих целей служит утилита Setup, встроенная в код BIOS, обычно эта утилита вызывается нажатием DEL во время выполнения POST. Параметры конфигурирования, установленные с помощью этой утилиты, запоминаются в энергонезависимой памяти, питаемой от трехвольтовой батарейки, размещённой на материнской плате. Часть из них всегда хранится в традиционной CMOS Memory, объединённой с часами и календарём RTC (Real Time Clock). Другая часть (в зависимости от фирмы-производителя) может помещаться и в энергонезависимую (например, флэш) память (NVRAM). Кроме этой части статически определяемых параметров, имеется область энергонезависимой памяти ESCD для поддержки динамического конфигурирования системы Plug and Play, которая может автоматически обновляться при каждой перезагрузке компьютера. ESCD — неупакованная область, хранится во Flash ROM, его обновление на финальном этапе выполнения POST сопровождается выводом сообщения "Update DMI pool. " Останов в этом случае (до вывода сообщения или во время вывода сообщения) связан с нарушеними логических структур BIOS. Перепрограммирование — необходимое, но увы иногда недостаточное решение в такой ситуации.

При выполнении каждой подпрограммы POST записывает её сигнатуру (код) в диагностический регистр. Этот регистр физически должен располагаться на специальной плате диагностики (сигнатурном анализаторе, или так называемой POST-карте), устанавливаемой в слот системной шины при анализе неисправности. Такие POST-карты бывают в двух исполнениях: для шин ISA и PCI. На данной плате обязательно устанавливается двухразрядный семисегментный индикатор, высвечивающий содержимое регистра диагностики. Возможно также наличие двоичного индикатора адреса. В пространстве ввода/вывода регистр занимает один адрес, зависящий от архитектуры РС (версии BIOS). Например, для ISA, EISA — 80h; ISA Compaq — 84h; ISA-PS/2 — 90h; для некоторых моделей EISA — 300h; MCA-PS/2 — 680h. Имея в наличии POST-карту по индицируемым кодам, можно определить, на каком этапе остановился POST. Зная специфическую таблицу сигнатур для каждой версии BIOS, легко определить неисправность системной платы. Наиболее полное собрание основных POST-кодов для разных версий BIOS на русском языке лежит на icbook.com.ua/post/ (вообще сайт довольно интересный), также заслуживает внимания импортный сайт www.bioscentral.com.

Следует отметить, что далеко не все коды видны на индикаторе в процессе нормальной загрузки компьютера: некоторые высвечиваются лишь в том случае, если POST останавливается. Происходит это потому, что многие подпрограммы POST исполняются настолько быстро, что человеческий глаз не в состоянии уследить за индицируемым состоянием регистра диагностики, а некоторые коды появляются только при обнаружении неисправности. Итак, смотрим код, но не надо спешить менять девайс, если он известен! Тщательно проверяем всё, вплоть до прозвонки дорожек! Если не известно, что это за девайс, подизасмить БИОСяку, найти, где он инитится. Если не "моги", позадалбывать местных дизасмеров. Если индикатор показывает FF или 00, то наша плата вообще не смогла "стартануть", и нам надо проверять все питания элементов платы, задающий генератор, процессор и посмотреть наличие сигналов на шине данных и адреса.

Итак, программный старт компьютера вкратце выглядит примерно так:

— Программируются регистры Host Bridge, очищается Internal Cache, запрещается Internal и External Cache, а также операции с кэш-памятью, запрещается Shadow RAM, вследствие чего происходит направление непосредственно к ROM циклов обращения к адресам расположения System BIOS. Эта процедура должна соответствовать конкретному чипсету. Далее программируются РIIХ ресурсы: контроллер DMA, контроллер прерываний, таймер, блок RTC. При этом контроллер DMA переводится в пассивный режим.

— В компьютерах на SIMM или SDRAM с помощью последовательных циклов запись/чтение определяется тип памяти, суммарный объём и размещение по строкам. В компьютерах на SDRAM, DDR или DDR2 для определения параметров установленой памяти читается SPD (по протоколу SMBus, практически тот же самый i2c). И в соответствии с полученной информацией настраивается DRAM-контроллер. На этом же этапе процессор должен быть переключён в Protected Mode (защищённый режим).

— Проверяются первые 256 кб памяти, которые в дальнейшем будут использованы как транзитный буфер, а также осуществляется распаковка и копирование System BIOS в DRAM.

— По специальному алгоритму определяется наличие, тип и параметры External Cache.

— Определяется тип процессора, результат помещается в CMOS. Если по каким-либо причинам определение типа процессора закончилось неудачно, для платформы на интеловском процессоре такая ошибка становится фатальной и система, а соответственно и выполнение POST, останавливается. При неудачном определении типа процессора на платформе АМД в CMOS помещается "неизвестный процессор".

— Осуществляется проверка и инициализация контроллера клавиатуры, однако на данный момент приём кодов нажатых клавиш ещё не возможен.

— Проверяется функционирование CMOS и напряжение питания её батареи. Если фиксируется ошибка питания, выполнение POST не останавливается, однако BIOS "запоминает" этот факт. Ошибка при контрольной записи/чтении CMOS считается фатальной и POST останавливается.

— Программируются конфигурационные регистры Host Bridge и PIIX значениями, взятыми из BIOS.

— Генерируется таблица векторов прерываний, а также производится первичная настройка подсистемы управления питанием.

— Проверяется контрольная сумма блока ячеек CMOS, а также, если BIOS поддерживает PnP, выполняется сканирование устройств ISA PnP и инициализация их параметров. Для PCI-устройств устанавливаются основные (стандартные) поля в блоке конфигурационных регистров.

— Инициализируется блок переменных BIOS.

— Определяется наличие видеоадаптера путём проверки наличия сигнатуры 55АА по адресу начала Video BIOS (C0000:0000h). Если Video BIOS обнаружен и его контрольная сумма правильная, включается процедура инициализации видеоадаптера. С этого момента появляется изображение на экране монитора, высвечивается заставка видеоадаптера, инициализируется клавиатура. Далее по ходу POST тестируется контроллер DMA и контроллер прерываний.

— Определяется объём Base Memory и External Memory, и с этого момента начинается отображаемый на экране тест оперативной памяти.

— Инициализируется PS/2 mouse.

— Производится инициализация подсистемы гибких дисков.

— Выполняется программный сброс контроллера жёстких дисков. Если в Setup указан режим AUTO, производится детектирование устройств IDE, в противном случае параметры устройств берутся из CMOS. В соответствии с конфигурацией системы размаскируются прерывания IRQ14 и IRQ15.

— Инициализируется сопроцессор FPU.

— Настраивается клавиатура USB. На данном этапе становится возможен вход в CMOS Setup по нажатию клавиши DEL.

— Осуществляется запрос на ввод пароля, если это предусмотрено установками CMOS Setup.

— Производится поиск и инициализация ПЗУ дополнительных BIOS, а также картируется каждая из линий запросов прерывания PCI.

— Если в Setup включён данный режим, устанавливается антивирусная защита BOOT Sector.

— Осуществляется автоматический переход на зимнее или летнее время, для клавиатуры настраиваются состояние NumLock и режим автоповтора.

— Корректируются блоки ESCD (только для PNP BIOS) и производится очистка ОЗУ.

— Успешная инициализация аппаратных средств компьютера сопровождается одиночным звуковым сигналом, после чего управление передается загрузчику BOOT-сектора.

А как быть если 00 или FF, т.е. не выполнена ни одна команда системного BIOS? ("жизнь" на биосной флешке отсутствует):

1. Нужно быть абсолютно уверенным, что все напряжения в норме и обеспечено надлежащее тактирование.
2. Нужно быть абсолютно уверенным, что процессор исправен и данный экземпляр платы с данным процессором, грубо говоря "заводится".
3. На платформах с AMD нужно обеспечить связь CPU с NB, т.к. до начала выполнения первой из команд системного BIOS по известному адресу выполняется недокументированный "Hand-Shake" между CPU и NB. Только после этого платформа переходит к нормальному старту в смысле x86. (Hand-Shake — название условное по аналогии с чем-то давно знакомым).
4. На платформах с чипсетами VIA(начиная с KT266)/SiS(начиная с 635/735) до старта в смысле x86 выполняется "НЕЧТО", обеспеченное SB и BIOS. Поэтому BIOS должен быть достоверным (!). Кстати, на nForce тоже есть нечто подобное, хотя и не такое критичное, как VIA/SiS.
5. Предположим, что передача управления по адресу FFFF FFF0h все-таки состоялась. До инициализации первого POST кода BIOS выполняет сотни команд, в т.ч. зачастую (Award, AMI, но не Phoenix) обращается к SIO/MIO и CMOS. Если там проблема — сообщение POST не дождаться. Если есть уверенность в том, что SIO/MIO неисправен (дикий нагрев — тут мы на все 100% солидарны) — менять и не думать. Думать будем, если это не помогло 🙂 Тут следует заметить, что если принято решение о замене SIO, то иногда следует снять два буфера RS-232, были случаи, когда пробитый преобразователь RS232-TTL выжигал переустановленный SIO. Работы тут мало, а спокойствие дороже. Но если буфер выполнен "нестандартно", например, как у ITE или у старых Winbond, то прежде чем снимать, полезно обратиться к документации.
6. Если это не помогло: кроме SIO/MIO на старт влияет система мониторинга (если она в SIO/MIO, то этот пункт можно и не читать), особливо ея датчики. На старых платах это что-то типа LM75. Датчики снять. Так же не будет лишним проверить на соответствие Hardware Monitor Interface (Например, Epox 3PTA, нет RESETа, на SIO не было сигнала FAN1in, выяснилось до замены SIO). В некоторых случаях настроение системной платы зависит и от звуковых чипов, сетевых чипов, прочих разных подключенных к PCI/LPC/ISA. Особенно, если они что-то там просаживают, коротят и т.п. Особенно упорные ремонтники в таких случаях на плате оставляют только чипсет, и смотрят жив ли он 🙂
7. Как посмотреть, жив ли чипсет. Можно осциллографом, если есть время, осциллограф и навыки по работе с ним. Можно просто заменить чипсет, если плата того стоит и в изобилии комплектующие. Наши партнеры доложили, что они при снятом SIO ставят тестовый BIOS, и если он выполняется, то плату есть надежда поднять без BGA-операций. Но это вопрос спорный, ибо для различных SIO есть свои варианты:

1. SIO с Flash ROM Interface (W83697HF);
2. SIO с раздельными шинами DATA/ADDRESS(FDC37M602);
3. LPC Inerface.

Если в течение

10 сек. процессор не выполнит инициализацию SIO, чип аппаратного мониторинга в системный динамик выведет последовательность звуковых сигналов типа "сирена". Если чип системного мониторинга в отдельном корпусе (на BX, например), то сирена будет без процессора, без BIOS и без чипа SIO. Естественно, это только в том случае, если обеспечено питание и тактирование этого самого HW-мониторинга.