- •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
3.9.1.5 Работа с последовательным каналом
Простым примером асинхронного обмена с программной проверкой готовности может служить работа с контроллером последовательного канала (UART) «по опросу»: перед тем, как прочитать данные из порта данных контроллера, необходимо проверить, являются ли эти данные результатом приема посылки и не забирались ли они программой ранее. Проще говоря, необходимо проверить данные на достоверность. Перед тем же, как записывать данные для передачи в буфер контроллера, необходимо убедиться, что в буфере есть место, т.е. что запись новых данных в буфер не приведет к уничтожению ранее помещенных и еще не переданных данных.
При организации асинхронного обмена по прерыванию при приеме байта с линии происходит прерывание и передача управления соответствующей программе-обработчику, который читает принятый байт из порта данных контроллера UART и, к примеру, помещает его в специальный буфер-очередь принятых байт, доступный прерванной программе. По завершении процедуры обработки прерывания управление передается в прерванную программу, которая при желании (в любом удобном месте алгоритма) может забрать принятый байт. С другой стороны, при завершении отправки контроллером очередного байта также происходит прерывание, сигнализирующее о том, что байт послан и в буфер UART можно поместить новые данные. Обработчик прерывания при наличии данных в исходящей очереди записывает очередной байт в порт данных контроллера и запускает посылку. Основная же программа может, не заботясь о готовности или неготовности контроллера, принять очередной байт, может спокойно помещать данные в исходящий буфер, а всю работу с устройством выполнит обработчик прерываний, когда оно (устройство) будет готово.
3.9.2 Интерфейс SPI SPI (Serial Peripheral Interface) – последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, разработанный компанией Motorola для обеспечения простого и недорогого сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырѐхпроводным (four-wire) интерфейсом.
Интерфейс SPI, наряду с I2C, относится к самым широко используемым интерфейсам для соединения микросхем. Изначально он был придуман компанией Motorola, а в настоящее время используется в продукции многих производителей [71]. Шина SPI организована по принципу «ведущийподчиненный». В качестве ведущего шины обычно выступает микроконтроллер, но им также может быть программируемая логика, DSPконтроллер или специализированная интегральная схема. В роли подчиненных устройств выступают различного рода микросхемы, в том числе запоминающие устройства (EEPROM, Flash-память, SRAM), часы реального времени (RTC), АЦП/ЦАП, температурные датчики, сенсорные экраны, цифровые потенциометры, коммуникационные контроллеры (Ethernet, USB, CAN, IEEE 802.15.4, IEEE 802.11), ЖКИ, мультимедийные карты (SD, MMC) и др.
Кроме того, интерфейс SPI является основой для построения ряда специализированных интерфейсов, в том числе, интерфейса JTAG и интерфейсов карт Flash-памяти (мультимедийные карты SD и MMC).
Главным составным блоком интерфейса SPI является обычный сдвиговый регистр, сигналы синхронизации и ввода-вывода битового потока, которые и образуют интерфейсные сигналы. Таким образом, протокол SPI правильнее назвать не протоколом передачи данных, а протоколом обмена данными между двумя сдвиговыми регистрами, каждый из которых одновременно выполняет и функцию приемника, и функцию передатчика. Непременным условием передачи данных по шине SPI является генерация сигнала синхронизации шины. Этот сигнал имеет право генерировать только ведущий шины и от этого сигнала полностью зависит работа подчиненного шины. Принимающая периферия (ведомая) синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» (chip select) на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная процессором, не принимает участие в передаче по SPI.
Частота работы интерфейса SPI составляет 1-70МГц.