С появлением интерфейсов USB и Fire Wire, появилась и новая характеристика интерфейса - топология соединения. Для интерфейсов RS-232C и Centronics практически однозначно применялась двухточечная топология РС - ВУ, или РС-РС. Правда, имелись исключения: строился моноканал на СОМ-портах для локальных сетей, но он был вытеснен более эффективной и подешевевшей технологией Ethernet. Стандарты IEEE 12843 для LPT-порта предусматривают соединения абонентов в цепочку (Daisy Chain) или через мультиплексоры, но и такие способы подключения пока широкого распространения не получили. USB и Fire Wire реализуют древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быть как оконечными, так и разветвителями.

Другое важное свойство интерфейса - гальваническая развязка. “Схемные земли” устройств, связываемых по COM- или LPT-портам, оказываются связанными со схемной “землей” РС и, если между ними, до подключения интерфейса, была разность потенциалов (что практически всегда есть), то по общему проводу интерфейса потечет уравнивающий ток. Это очень плохо, т.к. падение постоянного напряжения на этом проводе приводит к смещению уровней сигналов, а падение переменного напряжения - к сложению полезного сигнала с переменной составляющей помехи, что, безусловно, сказывается на помехозащищенности каналов. С другой стороны, в случае обрыва, или неконтакта, а чаще всего - при подключении и отключении кабелей интерфейсов без выключения питания устройств, разность потенциалов прикладывается к сигнальным цепям приемников и передатчиков. Протекание через них уравнивающих токов, в момент соединения, неизбежно приводит к выходу их из строя. Из рассматриваемых интерфейсов гальваническую развязку обеспечивает только MIDI (одностороннюю, с напряжением до 100 вольт) и шина Fire Wire (полную, с напряжением изоляции до 500 вольт).

1.5.3.1) Коммуникационные порты СОМ и LPT

LPT-порт.

Порт параллельного интерфейса был введен в РС для подключения принтера (отсюда и его название Line PrinTer - построчный принтер) и, хотя через него подключается и большинство лазерных принтеров, которые по принципу работы не построчные, а постраничные, название порта “LPT” закрепилось основательно.

LPT- порт, для организации вывода по интерфейсу Centronics, поддерживается функциями BIOS. В процессе начального тестирования, POST-программа проверяет наличие параллельных портов по адресам 3BCh, 378h и 278h. и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки оперативной памяти РС 0:0404h, 0:040Ah, 0:040Ch, 0:040Eh, области BIOS DATA AREA. Эти ячейки хранят адреса портов с логическими именами LPT1 - LPT4, соответственно, причем нулевое значение адреса является признаком отсутствия порта с этим номером.

Контроллер порта содержит три регистра, размещенных в пространстве адресов ввода-вывода микропроцессора. Регистры порта адресуются относительно базового адреса, стандартные значения которого - 3BCh, 378h или 278h. Это регистры:

1) DR (Data Register) - 8-битовый регистр данных, содержимое которого выводится на линии Data [0/7] разъема порта. Адрес регистра DR равняется базовому. Тот же регистр DR, с использованием специальной процедуры, позволяет и принимать данные с линий Data [0/7]. Так, если в регистр DR сначала записать все единицы, а на контакты [2/9] разъема LPT-порта подать от терминального устройства через тот же интерфейс какой-либо другой код, то регистр DR запомнит этот код без всякого строба. Теперь микропроцессор может прочитать данные этого регистра DR и тем самым выполнить операцию ввода байта от терминального устройства;

2) SR (Status Register) - 5-битовый регистр ввода в порт состояния принтера, принимает сигналы Select, PaperEnd, Ack и Busy, соответственно. Адрес регистра на единицу больше базового;

3) CR (Control Register) - 4-битовый регистр управления, вырабатывает сигналы Strobe#, AutoLF#, Init#, и SlctIn#, соответственно. Подобно регистру данных позволяет и прием данных с разъема интерфейса. Адрес регистра на 2 больше базового.

Поиск портов по базовому адресу предполагаемого порта производится следующей процедурой:

- в регистр DR контроллера порта выводится тестовый байт AAh или 55h;

- затем выполняется ввод с того же адреса;

- если считанный байт совпал с записанным, считается, что LPT-порт найден и его адрес помещается в область данных BIOS.

Обнаруженные порты инициализируются записью и съемом в их регистры управления сигнала Init#, а затем - записью значения С0h, соответствующего исходному состоянию сигналов интерфейса.

BIOS поддерживает до трех, или четырех LPT-портов прерыванием INT17, обеспечивающим связь по интерфейсу Centronics. Этим сервисом драйвер порта осуществляет по готовности, не используя аппаратных прерываний, инициализацию, опрос состояния интерфейса, принтера и - вывод символа.

Программное прерывание BIOS INT17h обеспечивает следующие функции:

1) 00h - вывод символа из регистра AL микропроцессора по протоколу Centronics. При этом выводимые данные помещаются в выходной регистр порта и, дождавшись готовности принтера (снятие сигнала BUSY), формируется строб данных Strobe#;

2) 01h - инициализация интерфейса и принтера (установка начальных уровней управляющих сигналов);

3) 02h - опрос состояния принтера, чтение его регистра состояния.

При вызове INT17, номер функции задается в регистре АН микропроцессора, номер порта - в регистре DX. При возврате после любой функции, регистр АН содержит код состояния: биты регистра RS [7:3] (причем биты 6 и 3 инвертированы) и в бите 0 - флаг тайм-аута, который устанавливается при неудачной попытке вывода, если сигнал BUSY не снимается в течение времени, определяемого для данного порта.

Аппаратный интерфейс LPT-портов.

Стандартный LPT-порт является однонаправленным, его сигналы выводятся из компьютера на 25-контактный разъем DB-25S (розетка), который устанавливается непосредственно на плате контроллера. Если же контроллер порта интегрирован непосредственно в системную плату компьютера, то разъем LPT-порта может располагаться или на системной плате, или на вставке задней стенки системного блока. В последнем случае, разъем порта на системной плате соединяется с разъемом на задней стенке плоским шлейфом.

Каждый LPT-порт использует свою линию аппаратного запроса прерывания IRQ7 или IRQ5, 8-битовую внешнюю шину данных, 5-битовую шину сигналов состояния и 4-битовую шину управляющих сигналов.

Понятие интерфейса Centronics относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему, устанавливаемому на принтерах. Отечественный аналог интерфейса Centronics интерфейс ИРПР-М.

Назначение сигналов интерфейса Centronics и их распределение по разъему принтера приведено в таблице 1.11.

Таблица 1.11. Сигналы интерфейса Centronics.

Процедура вывода байта состоит из следующих шагов:

1) вывод байта в регистр данных,

2) опрос регистра состояния и, если терминал не готов, ожидание готовности устройства (принтера),

3) установка сигнала строба данных.

Для вывода одного байта требуется, по меньшей мере, 4-5 машинных операций ввода-вывода с регистрами порта, так что скорость обмена невысока, при значительной нагрузке микропроцессора. Стандартный порт удается разогнать до скоростей, порядка всего 100-150 Кбайт/сек, при полной загрузке процессора, что явно недостаточно для печати на лазерный принтер.

Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов, появившиеся в компьютерах семейства PS/2, но, не будучи стандартизованными, такие порты требовали от их производителей использования собственных специальных драйверов. В 1994 году был принят стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, определяющий режимы работы SPP (стандартный), EPP - двунаправленный и ECP (Extended) - двунаправленный, с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE, использования FIFO-буферов в контроллере порта и DMA системной платы. В современных машинах, с LPT-портом на системной плате, режим порта - SPP, EPP, ECP, или их комбинация, задается программно в BIOS SetUp.

Контрольные вопросы.

1. Какие базовые адреса может иметь LPT-порт?

2. Какова разрядность регистра данных LPT-порта?

3. Какие номера прерываний может использовать LPT-порт?

4. Как использовать LPT-порт для ввода данных?

5. Как использовать LPT-порт для ввода данных?

СОМ-порт.

Последовательный интерфейс для передачи данных в каждую сторону использует по одной отдельной линии данных, по которой данные передаются в последовательном коде. Последовательная передача данных может осуществляться в асинхронном или синхронном режимах.

При асинхронной передаче, каждому байту предшествует один или два стартовых бита, сигнализирующих приемнику о начале очередной посылки, за ним следуют биты данных и, возможно, бит паритета (контроля четности). Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий определенную выдержку между соседними посылками. Старт-бит следующего байта может посылаться в любой момент времени после окончания стоп-бита, т.е. между передачами возможны паузы произвольной длительности. Старт-бит имеет всегда строго определенное значение логической 1 и обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Подразумевается, что и приемник и передатчик работают на одной скорости обмена, измеряемой в количестве передаваемых бит в секунду. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема старт-бита, и генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты. В идеале, эти стробы располагаются в середине битовых интервалов, что обеспечивает возможность приема битов и при некотором рассогласовании скоростей приемника и передатчика. Нетрудно просчитать, что при передаче 8 бит данных, контрольного и одного стоп-бита предельное рассогласование скоростей не может превышать 5%, но с учетом фазовых искажений (затянутых фронтов сигналов) допустимое отклонение скоростей значительно меньше, так что с ростом частоты обмена повышаются и требования к согласованности скоростей и частот работы приемников и передатчиков.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41