0_МПиИСТС_Все главы. Микропроцессоры и интерфейсные средства транспортных средств
 Скачать 10.01 Mb.
|
7.2. Системная магистраль Q-BusОтечественный аналог МПИ – магистраль передачи информации. Q-BUS имеет 2-х шинную организацию, 16-разрядов адреса и 16 разрядов данных. Шина А-Д полностью мультиплексирована, магистраль синхронизированная, т.е. на этапе передачи адреса она синхронна (нет обратной связи), на этапе передачи данных (обмена данными) - асинхронна (есть сигнал обратной связи). На самой магистрали используется отрицательная логика, т.е. активным является низкий уровень сигнала. Магистраль позволяет работать во всех трех режимах: обмен данными, запись/чтение, ПДП и прерывание. В режиме ПДП и прерывания используется цепочечная структура. 7.2.1 Временная диаграмма цикла ВВОД
ДА – мультиплексированная шина Данные-Адрес. * - неинформативное состояние. В общем случае каждая временная диаграмма расписывается для активного и пассивного устройства, но мы рассмотрим только диаграммы для активного устройства. 1 – сигнал выставляется активным устройством; 2 – сигнал формируется пассивным устройством. СИА – синхронизация активного устройства (сигнал достоверности адреса). Главная функция – определить тип информации на шине ДА. По срезу СИА можно использовать адрес. Адрес необходимо запоминать (или часть адреса) в выделенных регистрах. Снятие сигнала СИА (переход от низкого уровня к высокому) – завершение цикла обмена. ВВОД – направление обмена относительно активного устройства (чтение). СИП – синхронизация пассивного устройства (сигнал ОС, подтверждения, квитирования). ВУ – внешнее устройство – вспомогательный сигнал, активируется (низким уровнем) в том случае, когда выставленный адрес попадает в диапазон адресов внешних устройств (160000-177777). БАЙТ – определяет формат передаваемых данных, но в цикле «ВВОД» смысле не имеет. В определенный момент времени по собственной инициативе активное устройство начинает цикл «ВВОД», для чего он выставляет адрес на шине ДА одновременно, если это необходимо, активируя сигнал ВУ, если адрес попадает в диапазон адресов внешних устройств. Сигнал БАЙТ в этом интервале времени пассивен (высокий уровень). Через время, достаточное для завершения переходных процессов активное устройство формирует сигнал СИА. Для пассивного устройства – это означает, что на шине ДА находится адрес, и он с этого момента достоверен. По этому сигналу пассивное устройство анализирует адрес, сравнивает с собственными адресами, и если обращение оказывается к какому либо из них, то это устройство запоминает факт обращения и, если требуется, часть разрядов адреса. Через некоторое время после активации СИА процессор снимает адрес. В этот интервал времени сигнал БАЙТ имеет высокий уровень, что означает, что далее на этапе обмена данными значение сигнала БАЙТ будет безразлично. Через некоторое время после снятия адреса МП активирует сигнал ВВОД, который для пассивного устройства означает, что шина ДА с этого момента свободна и на нее необходимо выставить данные. Также ВВОД определяет направление обмена. И через время, определяемое быстродействием самого пассивного устройства, оно выставляет данные на шину ДА, и сопровождает их сигналом СИП. По этому сигналу МП понимает, что на ДА появились данные, они достоверны и он считывает данные с шины во внутренние регистры извещая об этом пассивное устройство снятием сигнала ВВОД. По снятию сигнала ВВОД пассивное устройство понимает, что данные считаны и необходимости в них нет, оно снимает их с шины ДА, оно оповещает МП об освобождении шины снятием сигнала СИП. МП, обнаружив снятие сигнала СИП, понимает, что ДА свободна и завершает цикл обмена снятием сигнала СИА. На этом цикл ВВОД считается завершенным. Новый цикл обмена может быть начат через определенный интервал времени (не мгновенно). 7.2 2 Временная диаграмма цикла ВЫВОД
Процессор или другое активное устройство выставляет на ДА адрес и через время, достаточное для завершения переходных процессов, активирует сигнал СИА. На этапе передачи адреса МП работает так же, как и в цикле ВВОД, за одним исключением: сигнал БАЙТ имеет низкий уровень и это означает, что на этапе передачи данных этот сигнал будет информативным. Нет паузы между Адресом и Данными. После снятия адреса МП сразу же выставляет на ДА данные и через время достаточное для завершения переходных процессов активирует сигнал ВЫВОД. Для пассивного устройства это означает, что на шине ДА уже имеются данные и они достоверны. Поэтому пассивное устройство записывает данные во внутренние регистры, причем формат данных определяется сигналом БАЙТ, и информирует об этом МП активацией сигнала СИП. Тогда МП понимает, что данные уже считаны, снимает данные с шины ДА и снимает сигнал ВЫВОД. По снятию сигнала ВЫВОД пассивное устройство снимает СИП и в ответ МП снимает СИА. Цикл завершается. ** - состояние сигнала информативно 1 – сигнал выставляется активным устройством 2 – сигнал воспринимается пассивным устройством. 7.2.3 Цикл ВВОД-ПАУЗА-ВЫВОДЦикл предназначен для ускорения процесса обработки данных, которые выбираются из ячейки с определенным адресом и в нее же после модификации записываются. Используется только в мультиплексированных магистралях в системе с 2-х шинной организацией. Активное устройство по своей инициативе выставляет адрес на шине ДА и через время достаточное для переходных процессов активируется СИА. Сигнал БАЙТ пассивен.
Через фиксированное время активное устройство снимает АДРЕС и активирует сигнал ВВОД, который для пассивного устройства означает, что ША свободна и на нее требуется выставить данные. Через некоторое время на шине ДА выставляются данные, которые сопровождаются сигналом СИП. Этот сигнал содержит информацию, что данные выставлены и они достоверны. По сигналу СИП активное устройство считывает данные и снимает сигнал ВВОД, извещая пассивное устройство, что данные можно снять. В ответ на снятие ВВОД пассивное устройство снимает СИП и данные. Через время, необходимое для обработки данных, активное устройство само выставляет данные на шину ДА и сопровождает их сигналом ВЫВОД, который для пассивного устройства означает, что на шине ДА присутствуют данные и их можно и нужно записать. Пассивное устройство записывает данные во внутренние регистры и, выполнив это, активирует СИП. Только в этом интервале времени сигнал БАЙТ имеет информацию о формате передаваемых данных. По вторичной активации СИП процессор понимает что данные записаны и их можно снять. Процессор снимает ВЫВОД, в ответ пассивное устройство снимает СИП. Реакция процессора на повторное снятие СИП – это снятие СИА. 7.2.4 Временная диаграмма предоставления прямого доступа к памяти
ПД – требование прямого доступа. Сигнал запроса, формируемый устройством прямого доступа. ППД – предоставление прямого доступа процессором (сигнал разрешения) ПВ – подтверждение вывода. Формируется устройством прямого доступа. По своей инициативе одно из нескольких устройств прямого доступа одновременно активирует сигнал ТПД. Процессор, которые, как правило, обладает более низким приоритетом чем любое из устройств прямого доступа, завершает текущий цикл обмена по магистрали и освобождает шину ДА и активирует сигнал ППД. Наиболее приоритетное из активных устройств прямого доступа, получив сигнал ППД, блокирует его дальнейшее распространение, снимает сигнал ПВ и начинает первый цикл обмена по системной магистрали. По завершении обмена устройство прямого доступа снимает сигнал ПВ и, обнаружив это, МП вначале анализирует состояние линии ТПД. Если сигнал на этой линии активен, то МП не возобновляет свою работу, снова активирует сигнал ППД и только если сигнал ТПД пассивен, МП возобновляет работу на системной магистрали. 7.2.5 Временная диаграмма прерывания
Режим прерывания программы для магистрали Q-bus. ТПР – требование прерывания (сигнал запроса) ППР – предоставление прерывания (сигнал разрешения) На Q-bus используется цепочечная структура для подключения магистрали к МП, следовательно аппаратные маскируемые векторные прерывания. Одно из устройств прерывания формирует (активирует) сигнал ТПР. МП при появлении ТПР сравнивает приоритет текущего участка программы с приоритетом всех устройств прерывания. Если прерывания разрешены, то разрешены для всех устройств прерывания, если прерывания запрещены, то для всех устройств прерывания запрещены, то ТПР игнорируется (ТПР не снимается). Если прерывания разрешены, то МП полностью завершает выполнение текущей команды, автоматически сохраняет в системе адрес точки возврата и регистр состояния МП. Содержимое РОН не сохраняется. После этого МП формирует сигнал ППР , который распространяется по цепочке устройств прерывания, пока не достигает наиболее приоритетного из активных устройств прерывания. При достижении, дальнейшее распространение сигнала блокируется, устройство прерывания снимает сигнал ТПР и выставляет на младшие 8 линий шины ДА адрес вектора прерывания, сопровождая его сигналом СИП. По сигналу СИП МП снимает ППР, считывает адрес вектора прерывания и загружает его в программный счетчик, после этого снимается сигнал ВВОД, который был активирован МП одновременно с сигналом ППР. Из адреса вектора прерывания считывается начальный адрес подпрограммы обслуживания возникшего прерывания (т.е. сам вектор прерывания), который загружается в программный счетчик и из следующего адреса считывается новое состояние флагового регистра. Возврат из прерывания происходит по соответствующей команде RTI (Return from Interrupt), который ставится в конце подпрограммы обслуживания прерывания (PC и флаг из стека загружает в сохраненный адрес точки возврата и прежнее значение флагового регистра). Если в подпрограмме обслуживания модифицируется РОН, то перед подпрограммой их записывают в стек и перед RTI идут команды восстановления РОН. 7.3 Контрольные вопросы и задания
COM (R3)+ COM 0(R3).
19 Опишите временную диаграмму прерывания на магистрали Q-bus. Глава 8. Понятие и задачи интерфейса8.1 ИнтерфейсПод стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов. Основные функции интерфейса: Обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости элементов. Главной из этих функций является обеспечение информационной совместимости элементов. Информационная совместимость – согласованность взаимодействия функциональных элементов системы в соответствии с совокупностью логических условий. Логические условия задают: -Структуру и состав шин магистралей; -Набор процедур по реализации взаимодействия и последовательность выполнения этих процедур для различных режимов функционирования; -Способы кодирования и формат данных команд адресной информации; -Временные соотношения между управляющими сигналами, а также ограничения на их форму и взаимодействия. Логические условия могут быть жестко оговорены, либо носить рекомендательный характер. Логические условия определяют: - требования к элементной базе - пропускную способность интерфейса - надежность - технико-экономические показатели Электрическая совместимость – согласованность статических и динамических параметров электрических сигналов на магистрали с учетом ограничений на пространственное размещение устройств интерфейсом и техническую реализацию приемо-передающих элементов. Условия электрической совместимости накладывают определенные ограничения на время распространения сигналов, уровни, токи, емкостную и резистивную нагрузку, длину линий связи. Конструктивная совместимость – согласованность конструктивных элементов интерфейса, она предназначена для обеспечения механического контакта электрических соединений и механической замены схемных элементов, блоков и устройств. Условия конструктивной совместимости определяют размеры плат, модулей, блоков, типы каналов, распределение сигналов по контактам разъема. Для обеспечения информационной совместимости должны быть решены 5 задач:
Первые 3 функции возлагаются на шину управления информационным каналом, 2 последние - на информационный канал. 8.2 Селекция магистралейСхемы селекции делятся на 2 большие группы:
Для схем 1-ой группы необходимо наличие выделенного блока – арбитра, который расположен на модуле МП, либо на самом МП, а так же использование разомкнутых линий связи. Для схем 2-ой группы – отсутствие арбитра и исполнительных кольцевых и полузамкнутых линий связи. 8.2.1 Схемы централизованной селекцииРассмотрим четыре варианта схем централизованной селекции а) Схема временной селекции
К – контроллер ИБ – интерфейсный блок В контроллере имеется генератор тактовых импульсов, который выдает такие импульсы безо всякого сигнала запроса. В каждом ИБ имеется суммирующий счетчик одной и той же разрядности. После инициализации все счетчики, установленные в ИБ, обнуляются и контроллер по своей инициативе начинает формировать тактовые импульсы, которые одновременно подсчитываются счетчиками во всех интерфейсных блоках. Как только код в счетчике совпадает с номером ИБ, который задается с помощью джамперов или перемычек, ИБ понимает, что ему разрешается доступ к информационному каналу. Если у ИБ необходимость в использовании информационного канала существует, то он выставляет сигнал «Занято» и дальнейшее формирование тактов блокируется. По окончании работы на магистрали ИБ снимает сигнал «Занято» и контроллер продолжает выдавать тактовые импульсы. Структура приоритетов отсутствует при рассмотренном алгоритме. Но если по окончании работы на магистрали (по снятию сигнала «Занято») сбрасывать все счетчики, то возникает структура приоритетов, при которой чем меньше номер блока, тем выше его приоритет. Достоинства: - малое количество линий связи; - простота интерфейсного узла; -быстрота, которая определяется тактовой частотой счетчика и общим количеством блоков. Недостатки: - время доступа велико, даже при отсутствии конфликта в системе, так как первый запросивший доступ ИБ может получить его последним; - изменить структуру приоритетов можно только поменяв номера блоков; - возможность наращивания системы ограничена. б) Схема адресной селекции
В этой схеме используется не вся шина адреса, а только ее часть (подшина адреса), разрядность которой определяется максимально возможным количеством интерфейсных блоков в системе. При активации сигнала запроса, контроллер начинает выставлять адреса ИБ в порядке убывания их приоритетов. Как только активный ИБ обнаружит на подшине собственный адрес, он снимает сигнал запроса, активирует сигнал «Занято» и начинает работать на системной магистрали. После снятия сигнала запроса перебор адресов начинается с самого начала. Достоинства: - быстрый доступ к магистрали; - если необходимо изменить структуру приоритетов, то это легко делается программным образом; - простота; - возможность наращивания. Недостатки: - большое количество линий связи; - более сложный интерфейсный узел по сравнению с цепочечной схемой; - возможна ситуация отсутствия обслуживания менее приоритетных ИБ. в) Схема цепочечной селекции
Здесь, как и в предыдущей схеме, присутствуют линии запроса и занятости, но сигнал подтверждения распространяется последовательно через цепочку интерфейсных блоков. Схема работает следующим образом. Активируется линия запроса, контроллер анализирует запрос, если может быть обслужен, то контроллер вырабатывает сигнал подтверждения, который проходит через цепочку ИБ до первого активного устройства (самого левого из активных ИБ), там его распространение блокируется, ИБ снимает сигнал запроса и активирует сигнал занятости. В ответ на активацию сигнала «занято», контроллер снимает сигнал подтверждения во избежание его перехвата более приоритетным ИБ в последующем интервале времени. Достоинства:_-_простая_структура_приоритетов_(чем_левее,_тем_выше_приоритет);-_малое_число_связей;-_возможность_наращивания.Недостатки'>Достоинства: - малое количество линий связи; - малое время распространения сигнала подтверждения; - простота интерфейсного узла; - простая структура приоритетов (чем ближе к контроллеру, тем выше приоритет); - простота наращивания, если позволяет конструктивная реализация; - простота схемотехнической реализации. Недостатки: - сложность изменения структуры приоритетов; - неработоспособность всех ИБ, которые могут оказаться правее либо разрыва линии подтверждения, либо неисправного ИБ; - склонность системы к зависанию при разрыве линии подтверждения или появлении неисправного ИБ; с целью исключения зависания вводится системный тайм-аут. г) Схема селекции по выделенным линиям (радиальная структура) В этой схеме (рис. 8.4) каждый ИБ связан с контроллером индивидуальными линиями запроса и подтверждения. Общей является только линия «Занято».
Если несколько ИБ одновременно активировали сигнал запроса, то, в простейшем случае, приоритет определяется номером линии запроса и чем меньше номер, тем выше приоритет. Для гибкого управления структурой приоритетов используют таблицу перекодировки (нумерация сигналов запроса) и чем ниже номер запроса, тем выше приоритет. Контроллер выбирает наиболее приоритетный ИБ и выдает сигнал «Подтверждение». Затем ИБ снимает сигнал «Запрос» и выставляет сигнал «Занято». Достоинства: - с таблицей перекодировки появляется гибкая система приоритетов; - простота интерфейсного узла; - каждый ИБ имеет собственный кабель. Недостатки: - максимально большое количество линий связи; - невозможность наращивания системы, определенная конструктивными особенностями. 8.2.2 Схемы децентрализованной селекцииа) Схема цепочечной селекции
Схема цепочечной селекции (рис. 8.5) использует полузамкнутые линии связи. При активации хотя бы одного сигнала запроса он по общей линии запроса поступает на вход интерфейсного блока 1, на входе которого превращается в сигнал подтверждения. Если этот блок был активен, то он блокирует распространение сигнала подтверждения, снимает запрос и начинает работать на системной магистрали. Если он был пассивен, то сигнал проходит дальше на выход. Во избежание перехвата, как только активный ИБ получит сигнал подтверждения, он переводит выход из активного состояния в нулевое состояние и линия запроса подключается к шине «земли», таким образом шина запроса заблокирована, при завершении выполнения запроса ИБ переводит выход в третье состояние. Достоинства: - простая структура приоритетов (чем левее, тем выше приоритет); - малое число связей; - возможность наращивания. Недостатки: - сложность изменения структуры приоритетов (изменение только аппаратное путем перестановки ИБ); - возможен перехват подтверждений. б) Кольцевая децентрализованная схема селекции
В систему (рис. 8.6) вводится маркерный сигнал, который представляет собой последовательность импульсов и распространяется от первого ИБ к N-ному по кольцу. Как только маркерный сигнал поступает на вход ИБ, этот блок получает право доступа к системной магистрали и блокирует распространение сигнала, если ему нужна магистраль. По окончании работы на магистрали блок заново генерирует маркерный сигнал. В этой схеме нет структуры приоритетов. Достоинства: - очень малое количество линий связи. Недостатки: - низкая помехоустойчивость (если за счет помехи маркерный сигнал был подавлен, то система становится неработоспособной). Необходимо контролировать присутствие маркерного сигнала на всех линиях связи и, с учетом максимально возможного времени работы ИБ на магистрали (через системный тайм-аут), вновь генерировать маркерный сигнал. в) Структурная схема децентрализованного кодового управления (ДКУ)
Алгоритм работы схемы ДКУ (рис. 8.7) описан ниже. Каждый ИБ пытается выставить собственный адрес на шину адреса и одновременно контролировать тот код, который в результате формируется на шине адреса. Если хоть один блок сформировал логический «0», на линии будет «0». Сравнение адреса начинается с самого старшего разряда, если ИБ обнаружит, что сигнал на линии (бит двоичного кода адреса) меньше, чем выставленный им самим, то это означает, что на линию претендует более приоритетное устройство. По завершении сравнения всех, если потребуется, разрядов адреса наиболее приоритетное устройство активирует сигнал «Занято» и начинает работать на системной магистрали (для активного наиболее приоритетного устройства этот сигнал будет выходящим, а для ожидающих и не работающих на системной магистрали устройств сигнал будет входящим). Эта схема в настоящее время получила наибольшее распространение. 8.3 Синхронизация обмена по магистралиПод синхронизацией обмена понимают согласованность процессов на магистрали во времени. Синхронизация обмена делится на синхронизацию передачи битов слова, байтов (слов) и массивов слов. Синхронизация передачи битов слова Рассмотрим синхронизацию передачи битов слова (рис. 8.8).
Здесь СИ - стробирующий импульс, он определяет момент времени, начиная с которого сигналы на линиях шины достоверны. Остальные сигналы – это сигналы на линиях шины данных (ШД). За счет разных условий нагружения линий и возможностей приемо-передатчиков смена состояний линий ШД происходит не одновременно и записать данные в память или внутренние регистры можно лишь по завершении переходных процессов, о чем информирует появление СИ. С учетом времени распространения самого сигнала стробирования его надо формировать с задержкой, равной разности максимального времени распространения сигналов по ШД и минимального времени распространения сигнала по линии стробирования. Тогда сигнал СИ поступит к пассивному устройству сразу после завершения переходных процессов на всех линиях ШД.
Эта диаграмма (рис. 8.9) характерна для синхронных систем, где отсутствует сигнал обратной связи (сигнал подтверждения, сигнал квитирования).
Эти процессы синхронизации (рис. 8.10) классифицируются по следующим признакам: 1) количество линий и сигналов обратной связи (1 или 2); 2) тип сигнала (либо импульсный, либо потенциальный).
Рассмотрим процесс синхронизации на рис. 8.10 а). На предыдущем цикле обмена работа завершается, после чего приемник активизирует сигнал ГП (готовность к приему). В ответ источник выставляет данные на ШД и сопровождает их стробирующим импульсом. По появлению СИ приемник снимает ГП и начинает принимать выставленные данные. Обнаружив снятие ГП, активное устройство понимает, что данные начали загружаться в приемник, и через некоторое время снимает стробирующий импульс. После снятия СИ и по завершении приема данных вновь активируется сигнал ГП.
Рассмотрим специфику синхронизации передачи слов с использованием двух сигналов обратной связи (рис.8.11).
По завершении приема данных (ДП) активируется сигнал ГП, вследствие выставляются данные, которые сопровождаются СИ. В ответ снимается сигнал ГП и начинается прием данных, о чем извещает сигнал ДП (т.е. ДП активен). В ответ на активацию ДП – снимается СИ. При условии, что он снят и после завершения приема данных снимается сигнал ДП и активируется ГП. Синхронизация передачи массива. Это процесс наиболее высокого уровня. Делится на синхронный и асинхронный вариант. Синхронный – когда выделяется фиксированный интервал времени и не используется обратная связь, применяется редко и используется для массивов определенной длины (1 – 256 слов) Асинхронный - используются массивы переменной длины, где имеет место сигнал окончания сеанса связи при асинхронном принципе, это встречается чаще. 8.4 Координация взаимодействия устройств на магистралиДанный процесс более высокого уровня, чем селекция, и необходимость в координации взаимодействия возникает, когда канал связи свободен, но взаимодействие устройств невозможно, например, по причине занятости того устройства, к которому происходит обращение. Основными операциями координации взаимодействия являются: настройка на взаимодействие, контроль взаимодействия, передача функции управления. Настройка на взаимодействие осуществляется с помощью специальных кодов команд и состояний, передаваемых, например, по информационной шине. Возможен вариант, когда в системе, использующей системную магистраль HP-IB или КОП, вначале по специальной шине выдается команда перевода в режим настройки и проверяется сигнал готовности. После перевода задается параметр настройки (частота, форма сигнала, амплитуда, фаза), тип параметра, величина параметра. После этого специальной командой задается момент начала работы в новом режиме. Контроль взаимодействия: проверка отклика блоков системы (есть ли сигналы подтверждения от активных блоков, если нет – тайм-аут), контроль достоверности передаваемых данных, с помощью кодов Хэмминга (четность/нечетность; коды с обнаружением кратных ошибок и исправлением одиночных ошибок; коды, позволяющие корректировать кратные ошибки). Передача функции управления – обычно используется в распределенных системах или в системах с резервированием. 8.5 Контрольные вопросы и задания
|
