4. Интерфейсы эвм и пу
4.1. Параллельные интерфейсы
4.1.1. Параллельный интерфейс ieee 1284
Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них для передачи информации используются отдельные сигнальные линии состояния и управления, а биты данных передаются одновременно. Первые параллельные интерфейсы использовали логические уровни ТТЛ, что ограничивало длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ логики. Гальваническая развязка отсутствовала. Такие интерфейсы использовались для подключения принтеров. Передача данных была как однонаправленной (Centronics), так и двунаправленной (Bitronics). Иногда параллельный интерфейс использовали для связи между двумя компьютерами. Для подключения принтера по интерфейсу Centronics в PC был введен порт параллельного интерфейса – так возникло название LPT-порт (Line PrinTer – построчный принтер. Понятие Centronics относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему на принтерах. Временные диаграммы обмена с принтером приведены на рис. 4.1.
Рис.4.1. Передача данных по протоколу Centronics
Большие возможности для параллельного обмена дает стандарт IEEE 1284. Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы. Рассмотрим основные режимы обмена данными, определенные стандартом - SPP, ЕРР и ЕСР:
режим совместимости (SPP Mode) полностью соответствует стандартному порту SPP. Этот режим описан выше;
режим ЕРР - двунаправленный обмен данными. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту;
режим ЕСР – двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE и использования FIFO-буферов и DMA.
Традиционный порт SPP является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics. Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров в адресном пространстве ввода-вывода PC.
Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта. Стандартными значениями базового адреса являются 3BCh, 378h, 278 h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания. Как правило, это IRQ7 или IRQ5.
Для вывода одного байта требуется 4-5 операций ввода/вывода с регистрами порта. Отсюда вытекает главный недостаток вывода через стандартный порт – невысокая скорость обмена при значительной загрузке процессора. Максимальная скорость обмена не превышает 100-150 Кбайт/с. при полной загрузке процессора, что недостаточно для печати, например, на лазерном принтере.
Режим ЕРР обеспечивает четыре типа циклов обмена:
запись данных;
чтение данных;
запись адреса;
чтение адреса.
Адресные циклы используются для передачи адресной, канальной и управляющей информации. Циклы обмена данными отличаются от адресных циклов применяемыми синхронизирующими сигналами.
Внешние сигналы в режиме EPP-порта для каждого цикла обмена формируются аппаратно по одной операции записи или чтения в регистр порта. На рис.4.2 приведена диаграмма цикла записи данных, иллюстрирующая внешний цикл обмена, вложенный в цикл записи системной шины процессора (иногда эти циклы называют связанными). Адресный цикл записи отличается от цикла данных только стробом внешнего интерфейса.
Главной отличительной чертой ЕРР является выполнение внешней передачи во время одного процессорного цикла ввода/вывода. Это позволяет достигать скоростей обмена порядка 0,5...2 Мбайт/С.
Протокол блокированного квитирования позволяет автоматически настраиваться на скорость обмена, доступную хосту, и ПУ. ПУ может регулировать длительность всех фаз обмена с помощью всего лишь одного сигнала. Протокол автоматически подстраивается под длину кабеля. Вносимые задержки приведут только к удлинению цикла.
Поскольку кабели, соответствующие IEEE 1284, имеют одинаковые волновые свойства для разных линий, нарушений передачи, связанных с "состязаниями" сигналов, не происходит.
Механизм тайм-аутов PC принудительно завершает любой цикл обмена, длящийся более 15 мкс. В ряде реализаций ЕРР за тайм-аутом интерфейса следит сам адаптер. Если ПУ не отвечает в течение определенного времени (5 мкс), цикл прекращается.
Протокол ЕСР – порт с расширенными возможностями был разработан для связи с ПУ, таких как принтеры или сканеры. Как и ЕРР, данный протокол обеспечивает высокопроизводительный двунаправленный обмен данными хоста и ПУ. Протокол ЕСР в обоих направлениях обеспечивает два типа циклов: циклы записи и чтения данных; и командные циклы записи и чтения.
Рис.4.2. Цикл записи данных ЕРР
В режиме ЕСР поддерживается компрессия данных. Компрессия в реальном времени по методу RLE позволяет достичь коэффициента сжатия 64:1 при передаче растровых изображений, которые имеют длинные строки повторяющихся байт. Компрессию можно использовать, только если ее поддерживает и хост, и ПУ.
Адаптер ЕСР генерирует внешние протокольные сигналы квитирования аппаратно, но его работа существенно отличается от режима ЕРР.
Современные PC и адаптеры декодируют большее количество адресных разрядов, поэтому обращения по адресам 0378h и 0778h будет адресованы двум различным регистрам. Дополнительные регистры ЕСР имеют смещение 400-402h. Это позволило:
Во-первых, из-за того, что эти адреса никогда не использовались традиционными адаптерами и их драйверами, их применение в ЕСР не приводит к сужению доступного адресного пространства ввода/вывода.
Во-вторых, этим обеспечивается совместимость со старыми адаптерами на уровне режимов 000-001 и возможность определения присутствия EСР-адаптера через попытку обращения к его расширенным регистрам.
Интегральный контроллер IEEE 1284 для периферийных устройств (рис.4. 3) включает собственно микросхему контроллера, блок контроллера шины, связывающий центральный процессор с контроллером IEEE 1284, контроллер прерывания, процессор, узел, обеспечивающий режим прямого доступа в память и память контроллера параллельного интерфейса.
Контроллер параллельного интерфейса через приемники, передатчики и приемо-передатчики обеспечивает реализацию порта.
Распространенным применением LPT-порта является подключение принтера и плоттера. Практически все принтеры могут работать с портом в режиме SPP, но применение расширенных режимов дает свои преимущества:
Режим ЕСР – самый эффективный, имеет системную поддержку во всех версиях Windows. На некоторых принтерах реализован не полностью.
Рис.4. 3. Блок-схема интегрального контроллера IEEE 1284 для ПУ
Простейший вариант кабеля подключения принтера - 18-проводный кабель с неперевитыми проводами. Он используется для работы в режиме SPP. При длине более 2 м желательно, чтобы хотя бы линии Strobe# и Busy были реализованы в виде витой пары.
Идеальным вариантом являются кабели, в которых все сигнальные линии перевиты с общими проводами и заключены в общий экран - то, что требует IEEE 1284. Такие кабели гарантированно работают на скоростях до 2 Мбайт/с, их длина может достигать 10 м.