Thiết bị ngoại vi và ghép nối . chương 2

Chia sẻ: Nguyen Thi Ngoc Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

0
72
lượt xem
34
download

Thiết bị ngoại vi và ghép nối . chương 2

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi thiết kế, xây dựng ghép nối máy tính, cần chú ý đặc biệt tới tín hiệu theo các yêu cầu: • Analog/Digital - discrete? • Digi: trạng tháI của sự vật, hiện t-ợng… format, ser/par, mức logic… • Ana: ỏp/dũng diện, dải do, dộ phõn ly, thời gian tỏc dộng, dộ chớnh xỏc, dộ lặp lại…

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Thiết bị ngoại vi và ghép nối . chương 2

  1. ch. 2 giao thøc ghÐp nèi (Interfacing Protocols) Bao gåm: - Giao thøc ghÐp nèi - §Æc ®iÓm lËp tr×nh I/O P&I-Ch2: Protocols 1 2.1. Interface Protocols: • K/n: Lµ c¸c qui ®Þnh: – Signals, cable, port, connector… – Data format – Rate – Error detection & correction – Command & Response set – Scenario (kÞch b¶n) ISO 7 layer Model (Ref. Computer networks) Cã thÓ ph©n chia thµnh 2 nhãm chÝnh: • Transport-Oriented Protocols (1..4) (!!!) – PhysicAL (wire, cable, connector, port), DataLink (CRC, CS, Token), NetWork (Comm. 2 networks ), Transport (Err-protected raw infor), • Application-Oriented Protocols (5..7) : – Session (Opening, End), Presentation (Common Language) vµ Application (Read/Write, Start/Stop, FileTransfer) P&I-Ch2: Protocols 2 1
  2. 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: Khi thiÕt kÕ, x©y dùng ghÐp nèi m¸y tÝnh, cÇn chó ý ®Æc biÖt tíi tÝn hiÖu theo c¸c yªu cÇu: • Analog/Digital - discrete? • Digi: tr¹ng th¸I cña sù vËt, hiÖn t−îng… format, ser/par, møc logic… • Ana: áp/dòng điện, dải đo, độ phân ly, thời gian tác động, độ chính xác, độ lặp lại…gia tri do • ThiÕt bÞ th«ng minh: Tïy cÊp ®é: gi−a desktop vµ ES hay EM víi device. • H¬n 1 thiÕt bÞ? => bus/m¹ng hay kh«ng ? => dïng bit (tr−êng) ®Þa chØ - tïy tõng mÆt c¾t P&I-Ch2: Protocols 3 • NÕu dïng bus => Standard bus hay kh«ng (ISA, I2C, USB... Hay c¸c bus trªn chuÈn RS485)? • IDE vµ LPT - mode 0 cables lµ bus? t¹i sao? • Kho¶ng c¸ch: Xa /gÇn => Serial vs Parallel, cã liªn quan tèc ®é • Xa: Daisy chain cho t/h hoÆc nguån cÊp... • C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ tr¹ng th¸i: – Control signals – Status signals – Handshaking signals - bắt tay P&I-Ch2: Protocols 4 2
  3. • Daisy chain: – Nối các thiết bị có khoảng cách từ vài đến vài chục m, output của port (module) thứ n nối với input của n+1. Đặc biệt ở các Field Buses, có thể lên tới kms – Dùng cho tín hiệu (// & nt), nguồn cung cấp, handshake... – Ví dụ bảng điện tử, 74HC595, A6276, TL7059… P&I-Ch2: Protocols 5 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: • VÝ dô 1: PC-LPT handshaking: PC SLCT SLTC_in Line Printer LPT port H×nh 2.1.a. LPT handshake Signal P&I-Ch2: Protocols 6 3
  4. 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: • VÝ dô 2: PC Comm-Modem handshaking - ch.5. Tuy nhiªn cã thÓ b¾t tay b»ng ký tù, kh«ng dïng t/h RTS CTS PC 1 Modem or Comm PC 2 Port Comm DTR DSR Port H×nh 2.1.b. CommPort Handshake Signals •Ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi tÝn hiÖu: biªn, tÇn, pha, dßng, quang (c¸p quang, Ir) P&I-Ch2: Protocols 7 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: • T/c vật lý của tín hiệu: là hàm của thời gian, mức áp/dòng • Direction: In/Out, chú ý về chiều của dòng điện • Voltage/Current/Optical/wave • Chú ý Input Voltage: -0.5V => +0.5V so với nguồn cấp. Nếu dải áp lớn hơn phải dùng diode bảo vệ. Ví dụ bằng hình ảnh • Mức điện áp: Mức áp? (TTL ? (transistor transistor logic- [0..0.8V/ 2..5V]) , 12V/ 24V/48V...) • Single End (đơn cực) vs Differential (vi sai) signals: • Single End signal: • Tín hiệu là điện thế so với 1 thế chuẩn, thường là Gnd, ( 0 Volt) • Ví dụ: Các tín hiệu trên bus (data, addr, control), Centronics port, RS232 ports.. • Có n tín hiệu => cần có ít nhất n+1 dây dẫn • Nhạy cảm với nhiễu, tốc độ thấp hơn so với cùng chuẩn P&I-Ch2: Protocols 8 4
  5. • Differential Signal: Tín hiệu vi sai – N tín hiệu => 2 n dây dẫn. Ở phía thu: • (Va-Vb) > 100mV => logic 1, tùy thuộc chuẩn được áp dụng • (Va-Vb) chịu được nhiễu rất tốt vì phía thu: • Uin=k(Va-Vb) => những thành phần giống nhau được loại bỏ. – Khoảng cách lớn, tốc độ cao. – IC: SN75176 của TI là ví dụ – Địa chỉ ứng dụng: USB cable, Profi Bus… P&I-Ch2: Protocols 9 • Ví dụ đối chứng: – RS232: đơn cực, 9600bps chỉ dẫn xa được 100 feet (33m) • Mouse, … ghép nối các thiết bị trong PTN, test… • Profibus, USB, Ethernet dùng biến áp xung… • Có thể dùng dây không bọc kim P&I-Ch2: Protocols 10 5
  6. • Khả năng phối hợp tải - dòng điện ra: (Fan Out, Loading): + Number of Standard/LS TTL loads, chú ý chiều dòng điện + Sink: dòng vào – LowLevel, (cỡ mA), + Source: dòng ra – HighLevel, mA/uA.(H. 2.1.c) • Nối chung/ghép nối bus đơn giản: 3 state (Hi Z), open collector (Open Drain), Mux – dồn kênh, Switch - khóa. • Hot swap – hot plugible: Y/c Vcc và t/h ( www.atmel.com ) • Cách ly (isolation): Relay, Opto Coupler, IrLED... • Bus Slot, Connector, chuẩn, số chân (pin) P&I-Ch2: Protocols 11 P&I-Ch2: Protocols 12 6
  7. H. 2.1d. Open Collector. Nếu là FET, so called Open Drain P&I-Ch2: Protocols 13 S¬ ®å c¸ch ly quang häc ®/v tÝn hiÖu In/Out: Hình 2.2. Opto Coupler P&I-Ch2: Protocols 14 7
  8. Cable & Connectors: • Connectors: – D shell: DB9, DB25,... – DIN, • Cable: • Flat, • Coaxial, • Shield: cho tín hiệu hoặc nguồn cấp (!) • Twisted Pair: Cat. 5, Cat. 6… • Normal: vi sai • Optical Fiber... H×nh 2.3.a. Connectors P&I-Ch2: Protocols 15 H×nh 2.3.b. Optical Connector & S¬ ®å: P&I-Ch2: Protocols 16 8
  9. H×nh 2.3.c. Sîi c¸p quang: P&I-Ch2: Protocols 17 2.1. Interface Protocols: 2.1.2. Format sè liÖu: • Th«ng tin ®−îc ®Þnh d¹ng theo: binary/hex (ASCII) - VÝ dô: 1 sè ®o nhiÖt ®é 12bit, d¶I gi¸ trÞ 0 ®Õn 999oC. Khi l−u trong CSDL, truyÒn tin: + binary: 12 bit ( 1,5 byte), tiÕt kiÖm bé nhí, thêi gian truyÒn + ASCII: 3 characters, dÔ qu¶n trÞ: kiÓm so¸t sai sè, hiÖn thÞ • L−îng tin lín => khi trao ®æi (với DAS, PLC, Digi-Oscilloscope, GPS, TelSat...) ‘®ãng gãi’ sè liÖu (packaging) Mçi gãi tin (packet) gåm 3 phÇn: • Header: [cã thÓ cã: tªn b¶n tin, tªn gãi, sè thø tù, ký tù b¾t tay, ký tù ®ång bé, sè ký tù/ byte trong gãi tin...], kh«ng mang tin. • Content: néi dung tin - mang th«ng tin. • Tailer: M∙ b¾t tay kÕt thóc, [m∙ kiÓm tra lçi] - kh«ng mang tin. VÝ dô: HDC, FDC: Full Sector: gap - 5 byte ID field - 2 byte ID CRC - gap - data field: 512 byte - 2 byte CRC. FTP, Kermit, X-Modem.. Protocols: 128[256] B/pack. P&I-Ch2: Protocols 18 9
  10. H×nh 2.3.d. USB data packet format • Byte sè liÖu/character/frame: (truyÒn kh«ng ®ång bé, RS-232, RS-485, RS-422...): ký tù hay byte ®−îc ®Þnh d¹ng thµnh 1 frame: • 1 start bit = 0, • 5/6/7/8 data bit, D0 first, • [parity: Even/ Odd], • 1 / [1.5 / 2] stop bit = 1(s). P&I-Ch2: Protocols 19 2.1. Interface Protocols: 2.1.3. Tèc ®é và kho¶ng c¸ch trao ®æi th«ng tin: • Xuất phát từ: Nhu cầu trao đổi thông tin của hệ (tốc độ và khoảng cách) => chọn kiểu truyền thích hợp, có liên quan tới t/h: • Chỉ ra ”bottle-neck”, khắc phục được => xuất hiện hiện bottle neck, ở mức độ thấp hơn, • Phụ thuộc Khoảng cách - tích số (k/c và tốc độ) • Nhiễu: theo công thức Shannon: bps = BW log2 (1+P/N). Với BW: bandwidth, P/N tỷ số công suất tín hiệu/ nhiễu (not a dB ratio) • Đường truyền: (công nghiệp), đường truyền (cáp đồng, quang, wireless: radio, infrared), • Synchronous/Asynchronous?, • Modulation/Demodulation ... => tốc độ bao nhiêu kbps/kBps? Ví dụ: LPT: SPP mode: 50..100kBps - software, ECP: 2..4 MBps - DMA LAN Ethernet – IEEE 802.3: 10/100 Mbps dual speed RS232: 2400/ 4800/ 9600/ 19200... bps P&I-Ch2: Protocols 20 10
  11. 2.1. Interface Protocols: 2.1.4. KiÓm tra, söa lçi, n©ng cao ®é tin cËy: - Khi trao đổi thông tin thường hay gây ra lỗi, đặc biệt truyền xa/ chuyển đổi t/h. Nhiều phương pháp (Hardware, Software) hỗ trợ để kiểm tra: - [Block] check sum - BCC, phần mềm: tính tổng của tất cả các ký tự, các byte. Kết quả có thể: 1 byte wo carry, phép XOR, 2 byte w/wo hoặc lấy bù 2 (ví dụ BIOS ROM. Ext BIOS started @ chẵn 2K, 2 ô đầu là mã 55h và AAh, độ dài của mảng ROM BIOS đó tính theo kiểu 1count – 512 byte; checksum bù 2 sao cho tổng của tất cả các byte và mã checksum luôn bằng zero) - CRC, ECC,... vi mạch/ software - subroutine - Parity, 1 hoặc 2 chiều - Redundancy (RAID), thừa dư: trao đổi nội dung số liệu hơn 1 lần và so sánh. Case study: Barcode Phương pháp mã hóa, giải mã và kiểm tra 21 P&I-Ch2: Protocols lỗi 2.1.4. KiÓm tra, söa lçi, n©ng cao ®é tin cËy: • Bar Code: EAN 13, CODE 39 (Intermec), CODE 128 (Zebra), UPC ... • Case study: EAN 13 (European article numbering) - Encoding: AAA BBBBB CCCC D; 4 độ dày vạch, 6 vạch/digit (b&w) - A(National): VN 893, CN 690-692, JP 45-49, GE 400-440, RU 460-469 - B: com/ org - C: Product - D - Check sum, right most: (right to left): - 10 - [(D2*3 + D3*1 + D4*3 + D5*1...+ D13*1)mod10] Ví dụ: 893 12345 1234 7 • CODE 128, Zebra, check sum modulo 103 P&I-Ch2: Protocols 22 11
  12. 2.1. Interface Protocols: 2.1.5. Command & Response (Result/Reaction) set: • Khi ghép Intelligent Devices (Computerized devices - mouse, KB, Printer, modem, FDC, HDC, RTU...) có nhiều tham số, chế độ hoạt động => xây dựng bộ lệnh (command set) và thông tin trả về (response set). • Các câu lệnh phần mềm => bớt tín hiệu và cổng phần cứng. • Tập hợp các yêu cầu từ CS - command set, • Tập hợp các trả lời, trạng thái - result/response/ reaction set. • Data down/up • Syntax of command and response (structure and grammar). P&I-Ch2: Protocols 23 2.1. Interface Protocols: 2.1.5. Command & Response (Result) set: Case Studies: lệnh AT và Response Hayes MODEMs: Lệnh: ATDT 1260 ? ' Với nhiều Options Trả lời (reaction) OK [Error] . . . Connect @19200 (result) Lệnh FX Printer: Esc * m, n1, n2; Sel Graph Mode Tham khảo các bộ lệnh của các thiết bị chuyên dùng: GPS, Gyrocompass, Digital Oscilloscope, SAGEM, TelSat, Programmer (Hi-Lo System All-11P2)... P&I-Ch2: Protocols 24 12
  13. 2.1. Interface Protocols: 2.1.5. Command & Response (Result) set: 1 command/response - mã bắt đầu ký tự riêng như @ / # / $/ AT... - mã lệnh, 1..3 bytes/ char, - tham số lệnh, 1... n bytes, - mã kiểm tra lỗi check sum, CRC (dễ xử lý) - mã kết thúc, ký tự riêng. thường có cấu trúc: Có thêm các mã (ký tự) đối thoại/ reaction, [dùng] ký tự điều khiển của ASCII như: ENQ, ACK, NACK, Bell, OK, ERR, BUSY ... P&I-Ch2: Protocols 25 2.1. Interface Protocols: 2.1.6. KÞch b¶n ®èi tho¹i – Scenario: • Liệt kê các trường Master ENQ Slave hợp có thể rồi áp các phép xử lý ACK tương ứng để đảm NAK bảo việc ghép nối: không mất tin, thừa nothing tin, quẩn, treo... • Thường xây dựng: Step List hoặc Chart: • Time Out ! Hinh 2.4. Scenario Chart P&I-Ch2: Protocols 26 13
  14. H×nh 2.5. USB Interlayer Interconnection Model P&I-Ch2: Protocols 27 2.2. Ph©n miÒn vµ lÖnh I/O: 2.2.1. IO Mapping: H×nh 2.6. Ph©n miÒn c¸c cæng I/O P&I-Ch2: Protocols 28 14
  15. Memory Mapped IOs: o IOs chung víi Mem trong MemSpace => chiÕm vïng nhí, tốn vùng nhớ o CPU xö lý c¸c cæng IO b»ng c¸c lÖnh nh− ®/v mem. IO Mapped IOs: (Z80, x86...): o Kh«ng chiÕm kh«ng gian nhí, o CPU chØ thùc hiÖn 2 lÖnh: IN vµ OUT • x86 CPU’s IO map: IO mapped IOs, 16 Addr bit IO => 64Kilo IO locations. PC’s IO map: o IO Mapped IOs, P&I-Ch2: Protocols 29 2.2.2. LÖnh In/Out: (x86) : • LÖnh IN vµ OUT: chØ dïng c¸c thanh ghi Accumulator: 8 bit: AL, 16 bit: AX vµ 32 bit: EAX. • ChÕ ®é ®Þa chØ: o Direct: for IO space: 0..0FFh VÝ dô: in al,60h ; Read KB port out 23Eh, ax ; lÖnh sai, IOaddr>255 out 61h, al ; beep, set/reset key flag o Indirect: for IO space 0..0FFFFh, via dx register VÝ dô: mov dx, 378h ; PLT port Addr mov al, ‘A’ ;41h/ 65d out dx, al ; 'A' ==> Printer mov dx,3F8h ;Comm 1 port in al,dx ; P&I-Ch2: Protocols 30 15
  16. Phụ lục PC’s I/O Port Map Port (hex) Port Assignments 000-00F DMA Controller, đkh truy nhập trực tiếp 1, 4 kênh 8 bit 020-02F Master PIC 8259A, ưu tiên ngắt 1, IRQ0 – IRQ7 040-05F PIT, Programmable Interval Timer 060-06F Keyboard Port, 070-071 Real Time Clock và 64 byte CMOS-RAM 080-083 DMA Page Register, giữ địa chỉ cao P&I-Ch2: Protocols 31 0A0-0AF PIC #2, Bộ đkh ưu tiên ngắt số 2, IRQ8 – IRQ15 0C0-0CF DMAC #2, 3 kênh DRQ 16 bit 0E0-0EF reserved, để dành 110-16F AVAILABLE, để dành 170-17F Hard Drive 1 (AT) 180-1EF AVAILABLE 1F0-1FF Hard Drive 0 (AT) 200-20F Game Adapter P&I-Ch2: Protocols 32 16
  17. 210-217 Expansion Card Ports 220-26F AVAILABLE 278-27F Parallel Port 2/ LPT2 280-2A1 AVAILABLE 2A2-2A3 clock 2B0-2DF EGA/Video 2E2-2E3 Data Acquisition Adapter (AT) 2E8-2EF Serial Port COM4 2F0-2F7 Reserved 2F8-2FF Serial Port COM2 300-31F Prototype Adapter, cho người dùng phát triển 320-32F AVAILABLE P&I-Ch2: Protocols 33 340-35F AVAILABLE 360-36F Network, LAN adaptor 370-377 Floppy Disk Controller 378-37F Parallel Port 1, LPT1 380-38F SDLC Adapter 390-39F Cluster Adapter 3A0-3AF reserved 3B0-3BF Monochrome Adapter 3BC-3BF Parallel Port 3 P&I-Ch2: Protocols 34 17
  18. 3C0-3CF EGA/VGA 3D0-3DF Color Graphics Adapter 3E8-3EF Serial Port COM3 3F0-3F7 Floppy Disk Controller 3F8-3FF Serial Port COM1 • Soundblaster cards usually use I/O ports 220-22F • Data acquisition cards frequently use 300-31F. P&I-Ch2: Protocols 35 Bµi tËp ch−¬ng 2 2.1. Tham kh¶o mét sè giao thøc: MODBUS (AEG) modbus.org, ProfiBus, ASI (Siemens), RTU ASCII (ABB), I2C... tõ ®ã thiÕt kÕ ®å ¸n m«n häc: hÖ thu thËp - ®iÒu khiÓn ph©n t¸n (Mini SCADA) 2.2. USB Protocol 2.3. ThiÕt kÕ giao thøc truyÒn file gi÷a 2 m¸y tÝnh (LPT/ Comm). P&I-Ch2: Protocols 36 18
Đồng bộ tài khoản