Одноадресные параллельные каналы связи.

Структурная схема одноадресного канала приведена на рис. 7.

 

 

Работа канала осуществляется следующим образом. Вначале ведущее устройство по линии ГИ сообщает ведомому о готовности к обмену информацией. В ответ, ведомое устройство по линии ГП также информирует ведущее о готовности к обмену. После чего ведомое устройство устанавливает на линии ЗП сигнал запроса на прием информации,. После получения сигнала ЗП ведущее устройство устанавливает на линиях D0...Dn цифровой код и с некоторой задержкой формирует сигнал Стр. Ведомое устройство по получении сигнала Стр снимает сигнал ЗП, предотвращая таким образом передачу ведущим следующей дискреты, и считывает код с линий D0…Dn и вновь формирует сигнал ЗП. Далее цикл повторяется до окончания обмена. Назначение сигналов их активный уровень и направление приведены в таблице 1, а циклограмма сигналов на рис. 8.

Основной технической характеристикой таких каналов является разрядность, определяемой как число единиц информации (бит), одновременно передаваемой по каналу. Соответственно разрядность определяет собой и число основных информационных линий связи. Помимо информационных линий связи в параллельных каналах используются и дополнительные, командные сигнальные линии. Число их зависит от сервисных возможностей канала. Типовым представителем одноадресного параллельного канала можно считать порт LPT, используемый в компьютерах для подключения печатающих устройств.

 

 

Таблица 1.

Обозначение	Назначение сигнала	Направление сигнала передатчик приемник	Активный уровень
D0..... D7	Биты информации
ГИ	Готовность источника
ГП	Готовность приемника
ЗП	Запрос приемника
Стр	Строб источника

 

Конец обмена

D0...Di

 

ГИ

 

ГП

Стр.

 

ЗП

 

 

Рис.8. Циклограмма сигналов в одноадресном

параллельном канале связи.

 

В таблице 2 приведены обозначения сигналов, их наименование, направление действия, а также нумерация контактов выходного разъема LPT-порта компьютера.

 

Порт является однонаправленным, следовательно, для двухстороннего обмена необходимо два таких канала. Надо также упомянуть, что приведенные в таблице сигналы не являются аппаратной принадлежностью канала, и их назначение определяется только программной поддержкой - драйвером, поэтому назначение линий можно легко изменить, разработав новый драйвер, естественно, не меняя направления передачи сигналов.

Примечание. В современных конструкциях принтеров применяются другие каналы связи, в частности, последовательные.

 

 

Таблица 2.

Обозначение	Номер контакта	Направление ЭВМ принтер	Назначение сигнала
STR D0...D7 ASK BUSY Paper out Selekt Auto FDXT Error Init Slctin GND	2...9 18...25		Строб – сигнал (см. Стр.) 8 информационных сигналов (D0…D7) Подтверждение приема кода Принтер занят (см. ЗП) В принтере нет бумаги Режим работы: 1-комплекс, 0 - автономный Способ смены строки и возврат каретки * Ошибка печати Инициализация принтера (см. ГИ) Принтер выбран (см. ГП) Общие провода для всех сигналов

* при Auto FDXT =0 в принтере происходит смене строки и возврат каретки по одному коду, при Auto FDXT = 1 в принтер должны посылаться коды смены строки и возврата каретки отдельно.

3.1.2. Многоадресный параллельный канал связи (шина).

Принцип работы многоадресных каналов отличается от одноадресных тем, что в алгоритме их работы добавлена функция определения адреса того устройства, с которым устанавливается связь для последующего обмена информацией. Подключаемые к шине устройства делятся на два типа: ведущие устройства и ведомые, причем одновременно на шине может быть только одно ведущее устройство, которое осуществляет управление

шиной. Передача управления шиной другому устройству производится после выполнения определенных операций. Несколько слов о терминологии. На практике и в технической литературе такие каналы называют “Общая шина” для сокращения просто «шина», иногда встречается название “Магистраль”

Сигналы многоадресного канала (и, соответственно, сигнальные линии) объединены в три группы, называемые соответственно шиной адреса, шиной данных и шиной управления. По названиям шин легко догадаться об их назначении. Шина адреса объединяет все сигнальные линии, задающие код адреса вызываемого абонента, шина данных - соответственно линии данных, а шина управления - все командные сигнальные линии. Число сигнальных линий в шинах различно и определяются техническими и функциональными характеристиками тех устройств, которые используют данный канал, хотя имеются некоторые общие закономерности в выборе числа линий - разрядности каждой шины. Так разрядность адресной шины определяется из условия:

n

N = 2

где: n - разрядность шины,

N - максимальное число абонентов, подключенных к адресной шине.

Разрядность шины данных также может быть различной, однако и здесь наблюдается некоторая закономерность - для устройств и систем нижних иерархических уровней СУ ГПС обычно применяются 16- разрядные шины данных, редко 8 - разрядные. В устройствах СУ более высоких уровней наблюдается тенденция к использованию 32- и даже 64- разрядных шин.

Разрядность шины управления изменяется в очень широких пределах: от нескольких единиц до нескольких десятков, однако и здесь наблюдается тенденция к унификации, поэтому при разработке новых устройств и систем рекомендуется использовать уже имеющиеся наборы сигналов на шине управления. Так, например, в таблице 3 приведен состав сигналов на основной шине типа ISA, используемой в современных персональных компьютерах и в новейших устройствах числового программного управления. К шине адреса относятся сигналы SA0...SA19, к шине данных – SD0...SD15, остальные сигналы, кроме сигналов питания, составляют шину управления.

В последних вариантах устройств ЧПУ используется шина PSI, которая несколько отличается от шины ISA. На рис.9а и 9б приведены циклограммы сигналов при выполнении некоторых операций с использованием шины ISA.

Как видно из таблицы 3 число сигнальных линий в многоадресных параллельных каналах значительно больше, чем в одноадресных, что создает определенные трудности при создании производственных систем управления. Анализ задач, решаемых при управлении оборудованием, показывает, что приведенный в таблице 3 состав сигналов является довольно избыточным, особенно для систем непосредственного управления оборудованием (УЧПУ). Поэтому разработчиками этих устройств были предприняты попытки уменьшения числа линий в канале. В таблице 4 приведен состав сигналов в многоадресном канале устройства ЧПУ типа МС2101.В технической документации на это устройство многоадресный канал называется “Магистралью”.

 

 

Таблица 3.

.Назначение сигнала	Обозначение	№ кон	№ кон	Обозначение	Назначение сигнала
Общий питания Сброс Питание +5в Запрос прер..№9 Питание - 5в Запрос ПДП №2 Питание - 12в Ошибка исполнит. Питание + 12в Общий питания Строб зап. в память Строб чтен. памяти Строб зап. вн. устр. Строб чтен.вн. устр Подтв. ПДП №3 Запрос ПДП№3 Подтв. ПДП№1 Запрос ПДП №1 Регенерация Тактовая частота Запрос прер. №7 Запрос прер. №6 Запрос прер. №5 Запрос прер. №4 Запрос прер. №3 Подтв. ПДП №2 Окончан.счета Строб адреса Питание + 5в Такт 14,31818мг Общий питания	GND RST Vcc IRQ9 -5v DRQ2 - 12 v OWS + 12 v GND SMEMW SMEMR IOW IOR DACK3 DRQ3 DACK1 DRQ1 REFRE SYSCLK IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 IRQ3 DACK2 TC BALE + 5v OSC GND	B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18 B19 B20 B21 B22 B23 B24 B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31	A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 A22 A23 A24 A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31	IOC HK SD7 SD6 SD5 SD4 SD3 SD2 SD1 SD0 IOC HR AEN SA19 SA18 SA17 SA16 SA15 SA14 SA13 SA12 SA11 SA10 SA9 SA8 SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 SA0	Фатальная ошибка Шина данных разряд 7 Готовность исполнителя Адрес при ПДП Шина адреса разряд 19

 

Таблица 3 (продолжение)

Память имеет 16 раз Вн.устр. имеет 16раз Запрос прер. №10 Запрос прер. №11 Запрос прер. №12 Запрос прер. №15 Запрос прер. №14 Пред. ПДП №0 Запрос ПДП №0 Пред. ПДП №5 Запрос ПДП №5 Пред ПДП №6 Запрос ПДП №6 Пред ПДП №7 Запрос ПДП №7 Питание + 5в Управлен. при ПДП Общий питания	MEM16 IOC 16 IRQ10 IRQ11 IRQ12 IRQ15 IRQ14 DACK0 DRQ0 DACK5 DRQ5 DACK6 DRQ6 DACK7 DRQ7 Vcc Master GND	D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18	C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18	SBHE LA23 LA22 LA21 LA20 LA19 LA18 LA17 MEMR MEMW SD8 SD9 SD10 SD11 SD12 SD13 SD14 SD15	Работа с двумя байтами Нефиксир. адрес раз.23 Строб чтения памяти Строб записи в память Шина данных разряд 8 15

LA17...LA23

BALE

SA0...SA19

MEM CS 16

 

MEMR

чтение

SD0...SD15

SD0...SD15

MEMW запись

 

Рис.9.а. Циклограмма сигналов на шине ISA при работе

с памятью.

 

BALE

SA-...SA15

I/O CS 16

 

IOR

SD0...SD15 чтение

 

SD0...SD15

запись

IOW

 

Рис.9.б. Циклограмма сигналов на шине ISA при работе

с периферийными устройствами.

 

Таблица 4

Состав сигналов в параллельном канале «Магистраль»

Наименование сигнала	Обозначение	Контакт
Адрес/данные разряд 0 Адрес/данные разряд 1 Адрес/данные разряд 2 Адрес/данные разряд 3 Адрес/данные разряд 4 Адрес/данные разряд 5 Адрес/данные разряд 6 Адрес/данные разряд 7 Адрес/данные разряд 8 Адрес/данные разряд 9 Адрес/данные разряд 10 Адрес/данные разряд 11 Адрес/данные разряд 12 Адрес/данные разряд 13 Адрес/данные разряд 14 Адрес/данные разряд 15 Синхронизация обмена Чтение Запись Байтовая операция Авария сетевого питания Авария источника питания Сброс Запрос на захват магистрали Разрешение захвата магистрали Подтверждение захвата магистрали Тактовая частота Общий провод	AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 AD8 AD9 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 MSA MSR MSW WBT PHB PSB CLR RQB ERQO ERQ CLC GND	C4 A6 C6 C8 A8 A10 A12 C12 A14 C14 A16 C16 A18 A20 C20 A22 C22 C24 A24 A2 A26 C28 A28 C30 C32 A32 A4 C10 C18

 

В приведенной таблице уменьшено число необходимых сигнальных линий не только за счет отказа от избыточности (уменьшено число прерываний, удалены команды, связанные с работой схем прямого доступа ПДП и т.д.), но произведено совмещение сигнальных линий шин адреса и данных за счет разделения их функций во времени. На рис. 10, 11. и 12 показаны циклограммы сигналов, действующих на сигнальных линиях магистрали МС2101.

Циклограммы приведены для трех операций: запись информации в память или во внешнее устройство, чтение информации из памяти или внешнего устройства, обслуживание запросов на прерывание от внешних устройств.

 

AD0...AD15 Aдрес Данные

MSA

MSW

ASW

 

 

Рис. 10. Циклограмма сигналов на магистрали при записи

 

AD0...AD15 Адрес Данные

 

MSA

MSR

ASW

 

Рис.11. Циклограмма сигналов на магистрали при чтении.

 

 

Алгоритм работы канала при выполнении операции записи состоит из следующих переходов:

- установка на магистрали ведущим устройством (линии AD0...AD15) кода адреса того устройства, с которым будет производиться обмен информацией,

- установка на магистрали ведущим устройством (линия MSA) сигнала синхронизации адреса,

- дешифрация (опознание) вызываемым устройством кода адреса и запоминание этого факта по переднему фронту сигнала MSA,

- снятие с магистрали кода адреса,

- установка на магистрали ведущим устройством (линии AD0...AD15) кода передаваемой информации,

- установка на магистрали ведущим устройством сигнала записи MSW,

- запись установленной на магистрали ведомым устройством информации в память или во внутренние регистры по переднему фронту сигнала MSW,

- ответ ведомого устройства об окончании операции записи путем установки на магистрали сигнала ASW,

- снятие с магистрали ведущим устройством сигнала MSW,

- снятие с магистрали ведущим устройством сигнала MSW,

- снятие с магистрали ведомым устройством сигнала ASW,

- снятие с магистрали ведущим устройством сигнала MSA.

Данный цикл повторяется при записи каждой дискреты передаваемой информации. При чтении информации из памяти или внешнего регистра циклограмма сигналов аналогична за исключением нескольких переходов. Так после выдачи в магистраль сигнала MSA, ведущее устройство не устанавливает на магистрали код информации, а выдает на магистраль сигнал чтения MSR, в ответ на который ведомое устройство устанавливает на линиях AD код информации и сообщает об этом ведущему устройству сигналом ASW. Получив этот сигнал, ведущее устройство считывает с магистрали код информации и заканчивает цикл так же, как и при записи.

 

INT

INTO

 

MSR

AD Вектор прерыв.

ASW

 

 

Рис. 12. Циклограмма сигналов на магистрали при

обслуживании прерывания.

 

Операция обслуживания прерывания предназначена для того, чтобы осуществить обмен информацией по инициативе внешнего устройства. Для этого внешнее устройство должно не только сообщить ведущему устройству о необходимости обмена, но и передать ведущему устройству свой идентификационный код для опознания. Эти операции выполняются в цикле обслуживания прерывания от внешнего устройства. В магистрали УЧПУ МС2101 используется принцип векторного прерывания, заключающийся в том, что каждому внешнему устройству присваивается идентификационный код, называемый вектором прерывания. В момент необходимости обмена информацией внешнее устройство устанавливает на сигнальной линии запрос на прерывание - INT. Получив этот сигнал, ведущее устройство прерывает свою работу, и устанавливает на магистрали сигнал предоставления прерывания INTO, одновременно с ним ведущее устройство выдает также сигнал чтения MSR. Приняв эти два сигнала, внешнее устройство, запросившее прерывание, выполняет две операции: во первых запрещает распространение сигнала INTO на последующие устройства, во-вторых устанавливает на шине данных код вектора прерывания и сообщает об этом ведущему устройству установкой сигнала ASW. Таким образом, внешнее устройство переходит в ранг ведомого и обслуживается ведущим в соответствии с вышеприведенными циклограммами. Подобная организация цикла обслуживания прерываний реализует принцип «геометрического» приоритета всех внешних устройств, т.е. чем ближе к ведущему устройству подключено внешнее устройство, тем выше его приоритет. Получив сигнал ASW, ведущее устройство заканчивает цикл опознания и переходит непосредственно к обмену в соответствии с вышеописанными операциями чтения или записи, последовательность которых определена программой связи этих устройств – подпрограммой обслуживания данного устройства.

В отличие от приведенных алгоритмов работы канала типа магистраль, обмен информацией в шине ISA происходит без разделения циклов опознания и собственно обмена, т.е. одновременно, что значительно увеличивает скорость обмена, но увеличивает число сигнальных линий в канале при равных разрядностях шин. Таким образом, при выборе типа канала необходимо находить оптимальное решение в зависимости от требуемой скорости обмена, объемов передаваемой информации и требований по надежности работы.