МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени академика С. П. КОРОЛЕВА» (СГАУ)

Конспект лекций «Интерфейсы автоматизированных систем сбора и обработки информации»

Методические указания к курсу лекций

Самара 2005

УДК 681.3

Конспект лекций «Интерфейсы автоматизированных систем сбора и обработки информации» / Сост. В. Г. Иоффе. Самарский гос. аэрокосмический ун–т. Самара, 2005, 42с.

Методические указания содержат описание основных интерфейсов, применяемых в автоматизированных системах и их основные характеристики: ISA, PCI, PCMCIA, PXI,VXI, RS-232, USB

Методические указания предназначены для студентов специальности 230102 – “Автоматизированные системы обработки информации и управления”.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева

Рецензент: к.т.н., доцент Зеленко Л.С.

ISA

При реализации возможности обмена необходимо анализировать сигналы REFRESH, TOCHRDY (готовность), Ows (0,25 мкс), MCS 16, IOC 16. Эти сигналы (кроме REFRESH) формируются модулем после дешифрации адреса и оказывают влияние на цикл обмена по магистрали. Наличие сигнала OWS указывает на отсутствие в цикле такта ожидания.

Сигналы MCS16 и IDC16 задают цикл обмена шестнадцати разрядным словами (т.е. не надо анализировать сигналы BHE, АО, которые задают место операнда на линии данных).

К числу недостатков использования RDY относятся: ограниченное время ожидания (не более 2-15мкс), отсутствие возможности контроля сигнала RDY программно для того, чтобы быть уверенными в работоспособности устройства и согласованности работы с программой.

Обычно при работе с модулями, присоединёнными к магистрали, используется ввод/вывод по флангу готовности, а на вход RDY устанавливается «1». Адреса пользователей: 300-31F.

К приёмникам режима ПДП относят аппаратную реализацию захвата, одновременное выполнение команд. К недостаткам режима ПДП относятся «простой» микропроцессор во время приёма/передачи информации. Целесообразно, если нужен быстрый доступ к ОП для быстро действенных устройств.

Как оценить быстродействие в режиме ПДП? Оно определяется: быстродействие УВВ, ОЗУ, команды in, out в режиме ПДП. Оценивая быстродействие КПДП необходимо учитывать цикл работы магистрали.

PCI

PCI предназначена для высокоскоростного обмена блочной информации в много процессорном режиме.

Магистраль синхронная, процессорно независимая.

Частота системного генератора 33, 66, 132 МГц.

Шины адреса и данных совмещенные. Идентификатор адреса отсутствует, адресная информация передаётся по первому синхроимпульсу, в процессе передачи данных. Разрядность шины адреса и данных 32, 64 бит. Пиковая пропускная способность:

32 МГц- 132 (261) Мб/с;

66 МГц- 264 (523) Мб/с;

132 МГц- 528 (1056) Мб/с.

Шина данных масштабируема (по байтно).

Шина адреса поддерживает раздельное адресное пространство (паять) ввода/вывода регистра конфигурации.

Для обращения к модулю используется логическая адресация. Метод передачи пакетный- на шину адреса выставляется адрес пакета, а увеличение адреса выполняется автоматически в ведущем и ведомом устройстве. Передачу заканчивает ведущее устройство, снимая сигнал Frame.

Шина команд использует смешанный способ кодирования в фазе адреса, по ней передаётся команда, кодируемая позиционно. В фазе данных идентификаторы длины передаваемого сообщения кодируются унитарно.

Особенность команд:

• раздельные команды для обращения к памяти устройства ввода/вывода и пространства конфигурации;

• наличие команд работы с памятью, с прямой и обратной записями;

• команды чтения рассчитаны на различную длину передаваемого сообщения (от 2 слов до 13 и более).

Такой механизм позволяет минимизировать время доступа к магистрали со стороны других устройств, увеличивать быстродействие по сравнению с обычными командами чтения.

Применение команды специального цикла позволяет увеличить пропускную способность магистрали за счёт использования дополнительных линий, работающих независимо от основной магистрали. Эта же команда позволяет реализовать широковещательные передачи.

Команда подтверждения позволяет работать, как с централизованным контроллером (как в VMBM PC) или децентрализованным (микропроцессор, типа, Motorola)

Шины состояний содержат линии контроля паритета по чётности. Особенностью которого является охват контроля не только шины данных, как обычно, но и шины адреса и шины команд.

Контроль об адекватности строки КЭШа и памяти определяется состояниями сигналов , . Если =0, =1, то память адекватно отражена в строках КЭШа.

Особенностью асинхронного сигнала обмена на магистрали PCI является сигнал готовности ведущего/ведомого устройства и возможность приостановки ведущего устройства сигналом STOP.

Шины управления обменом содержат 4 сигнала. Пример: временная диаграмма для PCI на рисунке 1.

В процессе арбитража определяется ведущее устройство, которое формирует цикл обмена. Начало обмена задаётся сигналом frame. По фронту первого импульса реализуется адресный цикл в процессе которого на шину адреса и данных выставляется адрес, на шину команд- команда, модуль дешифрирующий свой адрес формирует сигнал на выходе .

Если сигнал TRDY=IRDY=0 (сигнал готовности ведущего/ведомого), то реализуется цикл обмена данными, в процессе на линии адреса данных выставляются данные, а на линии команд указывается длина передаваемых данных. Завершение сигнала frame указывает на то, что осталось передать ещё одно данное.

Шины передачи управления поддерживают централизованный параллельный арбитраж с возможностью работы в режимах с фиксированным циклическим или смешанным приоритетами.

Для повышения быстродействия используется следующий приём: «скрытый» арбитраж. Арбитраж выполняется в цикле обмена данными. «Парковка» шины- если нет запросов от ведомых устройств на владение магистралью, то назначается устройство, которое владеет магистралью по умолчанию. Передача типа «back-to-back»- организация взаимных транзакций между устройствами без освобождения магистрали.

Использование механизма монопольного доступа по сигналу LOCK.

ПОДСИСТЕМА ПРЕРЫВАНИЙ.

В состав шин прерываний входит 4 линии запроса. Организация подсистем прерываний существенно отличается от ISA. Отличие состоит в том, что в процессорно-независимой PCI шины должны работать, как с централизованным контроллером прерываний (фирма Intel82), так и с другими системами прерываний, например, фирма Motorola, в которых вектор прерываний формируется в модуле запрашивающем прерывания.

Обязательным требованием к модулям PCI является поддержка разделяемых прерываний на основании дейзи - цепочек (последовательная цепь).

В IBM PCI реализуется подсистема прерываний на базе централизованного контроллера по сравнению с ISA используется активный нулевой уровень, в качестве запроса, а цикл подтверждения прерываний-«1».

Связь контроллера прерываний с магистралью PCI осуществляется с помощью матричного коммутатора и соответствующей схемой соединения, приведённой на рис.15. Если число слотов в PSI+AGP не превышает четырёх, то каждому источнику запроса ставится в соответствие свой модуль, если