Принципы организации обмена данными в микропроцессорных системах.

 

В системах на основе микроконтроллеров не меньшее, чем обработка информации, значение имеет обмен и передача данных.

Можно выделить три уровня процедур обмена данными в микроконтроллере и системах на его основе:

- внутрипроцессорный обмен данными. Обеспечивает взаимодействие АЛУ, устройства управления с регистрами, КЭШ -памятью;

- обмен данными на уровне магистрали (общей шины). Обеспечивает взаимодействие ядра микроконтроллера со схемами, подключёнными к системной магистрали. Это ОЗУ, ПЗУ, порты ввода-вывода, таймеры, АЦП, ЦАП и др.

- обмен с внешними устройствами и объектами контроля и управления через порты и интерфейсные схемы. Обеспечивает работу систем управления на основе МК. Для обмена этого уровня МК оснащается интерфейсными схемами, обеспечивающими связь МК с устройствами, удалёнными от него, часто на большие расстояния, с том числе чнрех полевые шины промышленные интерфейсы и локальные вычисли

Не смотря на различие данных, которыми обмениваются устройства и узлы, можно сформулировать общие принципы реализации обмена:

1. Использование сигналов готовность к обмену. Обычно это битв одном из т.н. регистров состояния, которые входят в состав портов.

2.. Использование процедуры стробирования данных. Строб -это импульс либо перепад напряжения на специальной линии, который генерируется в момент, когда данные на шине данных истинны. В момент прихода строба данные считываются приёмным устройством.

3. Концепция master- slave.  Она подразумевает, что одно из устройств (мастер) должно управлять процессом обмена, а второе(слуга) - выполнять процедуры, нужные для приёма либо передачи данных, т.е. являться подчинённым (слугой).

4. Принцип квитирования. Требует от устройств обмениваться сигналами, которые подтверждают, что данные приняты (те. отправляют т.н. квитанцию)

5. Принцип организации т.н. тайм-аута. Тайм аут - это время, истечение которого означает, что обмен не состоялся и процедуру нужно повторить. Отсчёт времени там-аута ведёт активное устройство (мастер).

6. Использование информационных объектов, которые при отсутствии стробирования говорят о начале и окончании передачи данных. это могут быть сигналы (называются старт -и стоп-битами) либо специальные последовательности битов, которые называются флагами (в сетях передачи данных).

7. Принцип синхронизации (или тактирования) процессов передачи данных по линиям связи. Предполагает, что обмен данными производится периодически через определённый промежуток времени, называемым периодом синхронизации. Период определяет, таким образом, скорость передачи данных. Такой обмен данными называется синхронным и предполагает наличие специальной линии, по которой передаются синхроимпульсы. Для обеспечения передачи данных устройства, управляющие обменом должны включать в свой состав генераторы тактовых импульсов.

8. Принцип возможности организации т.н. асинхронного обмена данными, при котором момент передачи и приёма данных определяется готовность передающего и принимающего устройства к обмену. Очевидно, что при таком обмене могут эффективно взаимодействовать устройства с разным быстродействием, в отличии от синхронного обмена, при котором скорость обмена (период следования синхроимпульсов) будет определяться самым медленным устройством, что резко снижает скорость обмена между устройствами с разным быстродействием.

9. Принцип сочетания синхронного и асинхронного методов обмена. При таком подходе обмен данными производится в моменты действия синхроимпульса, но период взаимодействия может изменяться и включать несколько тактов. Такой метод используется при взаимодействии больше чем двух устройств, при котором могут возникнуть присущие традиционному асинхронному обмену некорректного состояния, при котором два устройства начинают передачу данных одновременно. Такой вид обмена называют плезиохронным (т. е. «как бы синхронным») и он используется для координации обмена в мультипроцессорных система.