- •Оглавление
- •Организация системы ввода-вывода вычислительной системы ...... 10
- •Способы обмена информацией между устройствами
- •Аппаратные интерфейсы вычислительных систем ..................................... 68
- •Интерфейс rs-485 ........................................................................................... 175
- •Введение
- •Организация системы ввода-вывода вычислительной системы
- •Основы архитектурной организации вычислительной системы
- •1.1.2 Достоинства и недостатки Принстонской архитектуры
- •1.1.1 Принципы Фон-Неймановской архитектуры
- •1.1.3 Достоинства и недостатки Гарвардской архитектуры
- •Организация вычислительной системы. Элементы вычислительного ядра и системы ввода-вывода
- •1.2.1 Процессор и память
- •1.2.2 Контроллер ввода-вывода
- •1.2.3 Процессор ввода-вывода
- •1.2.4 Интерфейс и протокол
- •1.2.5 Порт ввода-вывода
- •1.2.5.1 Адресное пространство портов ввода-вывода: единое с оперативной памятью и раздельное
- •1.2.5.2 Организация конфигурируемых параллельных портов вводавывода
- •Принципы организации систем ввода-вывода
- •1.3.1 Организация свв универсальных эвм
- •1.3.2.1 Порты ввода-вывода
- •1.3.2.2 Дискретные порты ввода-вывода
- •1.3.2.3 Однонаправленные порты
- •1.3.2.4 Двунаправленные порты и порты с альтернативной функцией
- •1.3.2.7 Устройства сопряжения с объектом (усо) управляющих эвм
- •Способы обмена информацией между устройствами вычислительной системы
- •Программно управляемые:
- •В режиме прямого доступа (без участия центральных процессоров).
- •Синхронный обмен данными
- •Асинхронный обмен данными с программной проверкой готовности
- •Асинхронный обмен данными с аппаратной проверкой готовности
- •2.3.1 Система прерываний
- •2.3.4 Аппаратный полинг
- •2.3.5 Характеристики систем прерываний
- •2.3.6 Контроллер прерываний 8259a
- •Организация обмена в режиме прямого доступа
- •2.4.1 Общие принципы организации пдп
- •Аппаратные интерфейсы вычислительных систем
- •Характеристики аппаратных интерфейсов
- •Функции аппаратных интерфейсов
- •Классификация аппаратных интерфейсов
- •Системные интерфейсы.
- •Стандартные периферийные интерфейсы.
- •Малые периферийные интерфейсы.
- •Понятие интерфейсных систем
- •Реализация аппаратных интерфейсов: проблемы и технические решения
- •3.5.1 Электромагнитные помехи
- •3.5.2 Характеристики линии связи
- •3.5.3.1 Коаксиальный кабель
- •3.5.3.2 Витая пара
- •3.5.3.3 Плоский кабель
- •3.5.3.4 Полосковые линии связи
- •3.5.5 Симметричная и несимметричная схема передачи сигналов
- •3.5.5.1 Дифференциальный сигнал
- •3.5.5.3 Симметричная передача сигнала
- •3.5.6.1 Потенциальный код без возвращения к нулю
- •3.5.6.2 Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией
- •3.5.6.3 Потенциальный код с инверсией при единице
- •3.5.6.4 Биполярный импульсный код
- •3.5.6.5 Манчестерский код
- •3.5.6.6 Потенциальный код 2b1q
- •3.5.7 Приемопередатчик последовательного интерфейса
- •3.5.8 Особенности параллельных интерфейсов
- •3.5.9 Мультиплексирование, конвейеризация, блочная передача
- •3.5.10.2 Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода sdx-09
- •3.5.10.3 Реализация гальванической изоляции дискретного входа модуля ввода-вывода sdx-09
- •3.5.10.4 Реализация гальванической изоляции rs-232 в контроллере sdk-1.1
- •3.5.10.5 Технология iCoupler фирмы Analog Devices
- •3.5.11 Горячее подключение и автоконфигурирование
- •3.5.11.1 Горячее подключение
- •3.6 Внутрисистемный интерфейс amba
- •3.6.3 Периферийный интерфейс amba apb
- •Idle – устройство не готово, шина находится в исходном состоянии.
- •3.7 Системные интерфейсы
- •3.7.1 Интерфейс pci
- •3.7.2 Интерфейс pci Express
- •3.8 Стандартные периферийные интерфейсы
- •3.8.1 Интерфейс scsi
- •3.8.1.8 Команды scsi
- •3.8.3 Сравнение sas и параллельного scsi
- •3.8.4 Сравнение sas и sata
- •3.9 Малые периферийные интерфейсы
- •3.9.1 Интерфейс rs-232
- •3.9.1.1 Сигнальные линии последовательного интерфейса
- •3.9.1.2 Управление потоком
- •3.9.1.3 Разъемы и кабели
- •3.9.1.4 Формат последовательной передачи данных
- •3.9.1.5 Работа с последовательным каналом
- •3.9.2.1 Типы подключения к шине spi
- •3.9.2.2 Режимы работы шины spi
- •3.9.2.3 Достоинства шины spi
- •3.9.2.4 Недостатки шины spi 1. Больше линий, чем в i2c.
- •3.9.3 Интерфейс Centronics
- •3.9.4.1 Физический интерфейс Serial ata
- •3.10 Контроллерные сети
- •3.10.1 Интерфейс rs-485
- •3.10.1.1 Согласование и конфигурация линии связи
- •3.10.1.2 Защитное смещение
- •(Верхняя диаграмма), передача данных (средняя диаграмма), приѐм данных от устройства (нижняя диаграмма).
- •3.10.3 Интерфейс i2c
- •3.10.3.1 Концепция шины i2c
- •3.10.3.2 Реализация монтажного и и монтажного или
- •3.10.3.3 Принцип работы шины i2c
- •3.10.3.5 Подтверждение
- •3.10.3.6 Синхронизация
- •3.10.3.7 Форматы обмена данными по шине i2c (7-битный адрес)
- •3.10.3.8 Арбитраж
- •3.10.3.9 Достоинства шины i2c
- •3.10.4.1 Модель передачи данных
- •3.10.4.2 Протокол
- •3.11 Сети передачи данных систем обработки данных. Беспроводные сенсорные сети
- •3.11.1 Сети передачи данных
- •3.11.2 Беспроводные сенсорные сети
- •Приложение а. Система ввода-вывода учебного лабораторного стенда sdk-1.1
- •А.2 Состав стенда
- •А.3 Вычислительное ядро и система ввода-вывода
- •А.3.5.1 Матричная клавиатура
- •А.3.5.2 Жидкокристаллический индикатор
- •А .3.5.3 Светодиодные индикаторы
- •А.3.5.4 Звукоизлучатель
- •А.3.5.5 Дискретные входы-выходы
- •Приложение б. Комплекс лабораторных работ для учебного лабораторного стенда sdk-1.1 б.1 Лабораторная работа № 1 «Дискретные порты ввода-вывода»
- •Б.2 Лабораторная работа № 2 «Таймеры. Система прерываний»
- •Б.2.3.2 Пояснения для вариантов заданий с использованием звукового излучателя
- •(Слева) на принципиальной электрической схеме контроллера sdk-1.1
- •Б.3 Лабораторная работа № 3 «Последовательный интерфейс rs-232. Uart»
- •Б.4 Лабораторная работа № 4 «Клавиатура»
- •Б.5 Лабораторная работа № 5 «Жидкокристаллический индикатор»
- •Б.6 Лабораторная работа № 6 «Последовательный интерфейс i2c»
- •Приложение в. Проектирование и разработка программы
- •Приложение г. Требования к оформлению программ на языке Си г.1 Соглашения по идентификаторам
- •Г.2 Соглашения по самодокументируемости программ
- •Г.3 Соглашения по читаемости программ
- •Литература
1.2.5.1 Адресное пространство портов ввода-вывода: единое с оперативной памятью и раздельное
Устройства ввода-вывода могут быть отображены в адресном пространстве оперативной памяти (memory-mapped I/O). Это называется вводом-выводом, управляемым памятью. Если устройства реагируют на обращения, как обычные компоненты памяти, они могут быть использованы для ввода-вывода, управляемого памятью. Единое адресное пространство портов ввода-вывода и оперативной памяти используется в большинстве современных микроконтроллеров с RISC-ядром: NXP LPC2000, LPC1700,
Freescale Coldfire V2, Fujitsu и т. д.
Используется одна и та же адресная шина для обращения к основной памяти и устройствам ввода-вывода. Ввод-вывод, управляемый памятью, обеспечивает дополнительную гибкость программирования. Для доступа к порту ввода-вывода, расположенному в адресном пространстве памяти, могут использоваться любые работающие с памятью команды. Например, команда MOV позволяет пересылать данные между портом и любым регистром. Команды AND, OR и TEST могут использоваться для манипулирования отдельными битами в регистрах управления и состояния периферийных устройств. Ввод-вывод, управляемый памятью, может использовать для адресации портов ввода-вывода полный набор команд и режимов адресации памяти.
Достоинства
Не нужно во время схемотехнического проектирования кристалла процессора включать отдельные модули для организации и управления работой с портами ввода-вывода. Таким образом, микросхема процессора проще, производительнее, дешевле, может потреблять меньше электроэнергии и меньше по размерам.
При сегодняшних технологиях производства микроконтроллеров вопрос экономии памяти не стоит уже так остро, как несколько лет назад. Поэтому разделение по этой причине адресных пространств основной памяти и портов ввода-вывода не имеет такой значимости.
Недостатки
В случае микропроцессоров с единым адресным пространством операции ввода-вывода могут замедлять операции обращения к основной памяти.
В процессорах семейства Intel x86 используется раздельное адресное пространство оперативной памяти и портов ввода-вывода. В таком случае есть специальный класс инструкций в системе команд для взаимодействия с устройствами ввода-вывода. Например, в процессорах семейства Intel x86 это команды IN и OUT, при помощи которых можно читать и писать от 1 до 4 байтов из/в УВВ. Существует два вида команд ввода-вывода:
Команды, выполняющие пересылку отдельного элемента (байта, слова или двойного слова) в регистр или из регистра (для x86 IN, OUT). Они адресуют порты ввода-вывода либо напрямую, по адресу одного из портов, задаваемому непосредственно в команде, либо косвенно, при помощи адреса в регистре. Эти команды синхронизируют выполнение программы с работой внешнего аппаратного обеспечения. Буферы записи процессора очищаются, а выполнение программы откладывается до тех пор, пока не будет получен сигнал готовности (ready) последнего цикла шины.
Команды, пересылающие строки элементов (строки байт, слов или двойных слов), расположенных в памяти. Эти команды называются «строковыми командами ввода-вывода» или «блочными командами ввода-вывода» (для x86 INS, OUTS).
Кроме того, для отдельного адресного пространства может быть отдельная шина адреса.
Достоинства
Экономичное решение для процессоров со скромными емкостями памяти и адресными пространствами. Меньшая разрядность адреса дает меньшую разрядность команды. Раздельное адресное пространство – решение проблемы замедления обращения к основной памяти из-за активного ввода-вывода.
Недостатки
Ограничение в командах: чаще всего только загрузить из порта вводавывода в регистр процессора и обратно. Любая арифметическая, логическая операция над данными порта превращается как минимум в три инструкции. Недостатком дополнительного адресного пространства является уменьшение регулярности процессов обращения к памяти, что в свою очередь усложняет оптимизацию архитектуры микроконтроллера с точки зрения увеличения производительности.