Название: Методические указания к куpсовому пpоектированию по дисциплине "Схемотехника".Разpаботка буфеpного устpойства в микpопpоцессоpной системе(И.А.Никищенков)

Жанр: Информационные системы и технологии

Просмотров: 1086


2.интерфейсы микроэвм

Интерфейс представляет собой средство связи между подключен-ными к нему устройствами и реализуется в виде набора  проводовили печатных проводников,  по которым с помощью приемопередающих элементов передаются различного рода сигналы.  В состав микроЭВМ обычно выходят память и устройства ввода-вывода, например, такие как алфавитно-цифровой дисплей,  накопитель на гибких магнитных мини-дисках и алфавитно-цифровое печатающее устройство. Для пок- лючения всех компонентов микроЭВМ к интерфейсу используются спе- циальные схемы, называемые контроллерами.Процессор "знает" о существовании тех или иных  объектов  за его границами только в том случае , если эти объекты имеют адре- са.  Адрес - это код,  однозначно определяющий тот или иной эле- мент внутри или вне микро-ЭВМ : ячейку памяти, регистр, триггер, вход логического элемента и т.п.Адресное пространство представляет собой упорядоченное мно-жество кодов 0,1,2,...,(2^n-1) ,  где n - число адресных линий.Это множество для наглядности представляют в виде отрезка  чис- ловой оси либо в виде таблицы. Нумерация точек или ячеек адрес- ного пространства при его графическом представлении производит- ся сверху вниз или снизу вверх в десятичной,  двоично-восмерич-ной или двоично-шестнадцатеричной форме.  Адресное пространство определяет число возможных  отличимых друг от друга кодовых ком- бинаций (адресов), которые может выдать на адресную шину актив- ное устройство.  Это однако не означает , что каждой такой ком- бинации соответствует  программно-доступный  элемент. Адресноепространство определяет лишь потенциальные возможности системы- максимальное число  программно-доступных  элементов,  которые могут присутствовать в ней. Поэтому адресное пространство можно сравнить с пустым или частично заполненным помещением библиоте- ки,  в котором можно разместить ,  например, не более 64К книг. Старший двоичный разряд адреса делит адресное  пространство  надве равные части, два старших разряда делят его на четыре рав- ные части, три старших разряда - на восемь равных частей и т.д. Шестнадцать  разрядов  адреса  делят  адресное пространство ем- костью 64К на 64К частей по  одной  ячейке.  Понятие адресного пространства позволяет  наглядно  представить размещение в нем адресов различных  программно-доступных  объектов.  В адресном пространстве размещены адреса, принадлежащие ОЗУ и ПЗУ.В микроЭВМ используются различные типы интерфейсов, рассмот-рим некоторые наиболее распространенные.2.1.Интерфейс Общая шинаПо классификационным  признакам интерфейс ОШ является машин- ным системным асинхронным параллельным  полудуплексным и  магист- ральным.  Единицей обмена данными для интерфейса является слово, которое может состоять из одного или  двух байт.  Время  одногоцикла обмена данными не менее 1,2 мкс. Длина магистрали с учетом

длины отводов от линий до передатчиков или  приемников  сигналов20  м.  Общее число линий связи в магистрали - 60.  К магистрали можно подключить 18 компонентов.Магистраль содержит 18 или 22 адресные линии - адресную шину А, 16 информационных  линий - шину данных D и до 22 линий управ- ления - управляющую шину Control.В каждом акте обмена по магистрали участвуют только два уст- ройства : активное (инициатор обмена, ведущее устройство) и пас- сивное (ответчик, ведомое устройство). На сигнал активного уст- ройства, инициирующий обмен данными, в активное устройство дол- жен  поступить ответный сигнал от адресуемого пассивного устройс- тва.  Поэтому процесс обмена между устройствами  не  зависит  от быстродействия отдельных устройств и проходит асинхронно.Линии адреса (A00L-A18L). Во время процедуры передачи данныхпо  интерфейсу  активное устройство производит выбор исполнителя (например,  памяти или регистры ВУ) с помощью 18 адресных линий, при  этом A18L является старшим разрядом адреса.  Линия A00L ис- пользуется для определения байта - младшего (четного) или  стар- шего  (нечетного)  - памяти или порта ввода-вывода, к которому производится обращение.  При обращениях к  старшему  (нечетному) байту  линия  A00L имеет активный (низкий) уровень сигнала,  при обращении к младшему байту или ко всему слову из  двух байт  - пассивный (высокий) уровень сигнала.Линии данных (D00L-D16L). 16 двунаправленных  линий  данных используются  для передачи или приема информации,  при этом D16L является старшим разрядом данных.Линии С0 и С1 кодируют  направление обмена.

Линия MSYNL - синхронизация  активного  устройства,  сигнал сопровождающий адрес.Линия SSYNL - подтверждения передачи выдается пассивным уст-ройством в ответ на обращение активного устройства.Линия INITL - начальный сброс.Если процессор обратится в любую не занятую ячейку адресного пространства, то он,  конечно,  не получит ответного сигнала от ведомого устройства  (в "общей шине" - сигнала SSYN) и "завис- нет". Для того чтобы состояние зависания не длилось слишком дол- го, в процессоре обычно  предусматривается схема формирования искусственного  ответа,  которая по истечении,  например, 10 мкс принудительно  завершает цикл обмена по магистрали и заставляет процессор перейти к специальной программе реакции на зависание.В ходе выполнения  этой программы оператору может быть выдано сообщение в виде печатного текста либо выполнены  любые другие действия, определяемые программой.При этом в системной  магистрали определены девять типовых процедур обмена данными :1. чтение 16-разрядных данных активным устройством из любого пассивного устройства по некоторому адресу (ВВОД);2. запись 16-разрядных данных активным устройством  в любое пассивное устройство по некоторому адресу (ВЫВОД);3. запись 8-разрядных  данных активным устройством  в любое пассивное устройство по некоторому адресу (ВЫВОД Б);4. чтение 16-разрядных данных активным устройством из любого пассивного устройства по некоторому адресу, их модификация  и за- пись 16-разрядных данных по тому же адресу в пассивное  устройс- тво (ВВОД-ПАУЗА-ВЫВОД);5. чтение 16-разрядных данных активным устройством из любого пассивного устройства по некоторому адресу, их модификация  и за- пись 8-разрядных данных по тому же адресу в пассивное устройство (ВВОД-ПАУЗА-ВЫВОД Б);6. предоставление прямого доступа к памяти некоторому  уст-ройству  (ПДП);7. ввод адреса вектора прерывания (ВВОД АВП);8. включение и выключение питания на устройстве (ПУСК);9. установка устройств, подключенных к системной магистра-ли в исходное состояние (СБРОС).Передача адреса  от активного устройства к пассивному проис-

ходит одинаково как в цикле ВВОД, так и ВЫВОД и начинается с вы- дачи кода адреса, например активное устройство выдает на все ли- нии А00L-А15L напряжения низкого уровня. В данном примере выда- ется код 111...1 ,  поскольку в магистрали "общая шина" напряже-ние низкого уровня (порядка  0,5В) соответствует  логической  1 (лог.  1).  С учетом разброса параметров передающих усилителей и других мешающих факторов сигналы на адресной шине примут  истин- ные  значения только через 75 нс (для магистрали ТТЛ типа длиной20 м, согласованной на концах). Через 150 нс активное устройство формирует  напряжение низкого уровня на линии MSYN синхронизации от ведущего. В этот момент времени существует гарантия того, что переходные процессы на линиях адресной шины закончились как ми- нимум на 75 нс раньше. Эти 75 нс могут использоваться для дешиф- рации адреса всеми пассивными устройствами.  Отрицательный фронт сигнала MSYN может являться стробом  опроса  этих дешифраторов. При получении ответного сигнала от единственного пассивного уст- ройства, которое восприняло выданный адрес как  свой, активное устройство снимает сигнал MSYN ,  а освобождает адресную шину. В пассивном состоянии на всех линиях адресной шины устанавливается напряжение высокого уровня (приблизительно 3,5 В).В цикле ВВОД одновременно с адресом выдается  С0=1 и  С1=0, соответствующие  операции чтение и по отрицательному фронту сиг- нала MSYN, поступающему от АУ, ПУ выставляет на линии  D00-D15 данные,  соответствующие принятому адресу, и сопровождает их от- рицательным фронтом сигнала SSIN.  АУ считывает данные с систем- ной  магистрали и снимает все сигналы.  По положительному фронту сигнала MSYN пассивное устройство снимает сигнал SSIN.В цикле  ВЫВОД  АУ выдает  на сигнальные линии D00-D15 код данных и сопровождающие сигналы С0=0 и  С1=1, соответствующие операции запись.  По отрицательному фронту сигнала MSYN ПУ счи- тывает код данных ,  о чем сообщает АУ сигналом  SSIN  (отрица- тельный фронт).  АУ в ответ снимает сигнал MSYN (положительный фронт) и,  через 75 нс,  остальные сигналы.  ПУ  соответственно снимает сигнал SSIN (положительный фронт),  что свидетельствуето завершении процедуры ВЫВОД.Таким образом при обмене данными в режиме ожидания готовнос- ти процессор сначала проводит цикл ВВОД для чтения слова состоя- ния буфера (если буфер "не готов" цикл ВВОД повторяется),  а за-тем проводит  цикл  ВВОД или ВЫВОД для обмена данными (в зависи-мости от направления обмена, указанном в задании).При обмене по прерываниям устройство управления вырабатывает сигнал запроса прерывания BR7 и ожидает сигнал разрешения преры- вания BG7 от МП, получив этот сигнал устройство управления выда- ет сигнал SACK и снимает сигнал BR7, ожидает снятия сигнала BG7 и проводит цикл ВВОД АВП - ввод адреса вектора прерывания, кото- рым является адрес программы обработки прерывания, в данном слу- чае любая 8-битовая константа.  В цикле ВВОД АВП АУ является бу- фер,  адрес не выдается,  на линии D00-D15 выдается константа  и