Интерфейс в микропроцессорных системах Общие сведения об интерфейсе

Взаимное сопряжение устройств микропроцессорной системы обеспечивается посредством системы аппаратных и программных средств, называемых интерфейсом. Интерфейс включает совокупность линий и шин, сигналов и алгоритмов, электронных схем и вспомогательных устройств, реализующих обмен информацией между МП, памятью и устройствами ввода и вывода. Интерфейс – понятие обобщающее. Можно выделить логические основы интерфейса (правила и алгоритмы), физические основы (вид и параметры сигналов), конструктивные (линии связи, электронные схемы и др.).

В зависимости от структуры системы и особенностей взаимодействия компонентов можно условно выделить четыре уровня интерфейсов:

– внутриплатные и внутримодульные;

– межплатные или внутриблочные;

– межблочные;

– интерфейсы распределенных систем управления.

К первой группе интерфейсов относятся Q = BUS, MICROBUS, обеспечивающие связь БИС на печатных платах или в пределах небольшой группы близко расположенных модулей. Интерфейсы второй группы ориентированы на мультипроцессорный режим, к их числу можно отнести MULTIBUS. Интерфейсы третьего уровня в основном используется в сложных системах для объединения крупных устройств, крейтов, периферийных подсистем. К их числу, например, относятся КАМАК, МЭК 552, МЭК 625-1.

Интерфейсы четвертого уровня применяются для организации распределенных систем управления, локальных сетей и систем передачи данных. Внутримодульные и межблочные параллельные и последовательные интерфейсы распределенных систем управления представляют наибольший интерес для разработчиков микропроцессорных систем управления оборудованием.

Канал общего пользования MICROBUS (КОП) является наиболее простым и ориентирован на применение в микропроцессорных системах с использованием МП БИС серий КР580, КР1810. Интерфейс MULTIBUS (И41) представляет широкие возможности организации микропроцессорных систем и используется в микроЭВМ СМ-1800, а также в системах, построенных с использованием МПК БИС серий КР580 и КР1810.

Микропроцессорный интерфейс Q = BUS (МПИ) получил широкое распространение в микроЭВМ серий Электроника-60, 100/25, 79; С5. В настоящее время разработан ряд микросхем, подключаемых прямо к общей шине по ОСТ 11.305.902–80 (например, МП К1801ВМ1, К1801ВМ2 и др.).

Способы обмена данными между устройствами МП-систем

В качестве устройств ввода и вывода могут использоваться клавиатура, дисплеи, преобразователи информации, линии связи и т. п. Для подключения их к системной шине требуются определенные технические и программные средства – соответствующие устройства сопряжения, сигналы, система команд. Эти средства объединяются интерфейсом ввода – вывода.

Обмен данными с периферийными устройствами может осуществляться в программно-управляемом режиме либо способом так называемого прямого доступа к памяти (ПДП). Программно-управляемый режим обмена с

периферийным устройством организуется просто по программе, которая хранится в памяти, при программно-управляемой передаче данных микропроцессор на все время операции обмена отвлекается от выполнения основной программы, все ведет к снижению производительности МП-системы.

Способ прямого доступа к памяти осуществляется путем отключения микропроцессора от шины адреса и данных (переходя в режим захвата). Обмен между ПУ и ОЗУ осуществляется непосредственно. Прямой доступ к памяти резко повышает предельную скорость ввода-вывода информации и общую производительность МП-системы, делает ее более эффективной для работы в системах реального времени.

Программно-управляемый способ обмена данными может быть реализован на основе принципа синхронной и асинхронной передачи, инициируемой микропроцессором, и передачи данных с прерыванием программ, инициируемой периферийными устройствами.

Синхронная передача данных предполагает, что при каждом выполнении встречающихся в программе команд обмена ввод (IN) и вывод (OUT) ПУ готово к выдаче на шину данных байта, запрашиваемого микропроцессором, или готово к приему с шины данных байта, выданного на эту шину микропроцессором (рисунок 50). Сопряжение с ПУ обеспечивают буферные регистры (RG) 1 и 2. Регистр 1обеспечивает связь МП-системы с устройством вывода, регистр 2 – с устройством ввода. Дешифратор (DC), получая с шины адреса номер ПУ, обеспечивает уровень логической единицы на входе регистра 1.

Далее с приходом, из шины управления сигнала вывода (Выв) регистр устанавливается в состояние, в котором поступающий с шины данных байт принимается в регистр. Содержимое регистра в этом состоянии постоянно передается к ПУ. Если дешифратор выбирает регистр 2, то при поступлении сигнала ввода (Вв) выход регистра выводится из третьего (выключенного) состояния и его содержимое передается на шину данных. Прием информации в регистр осуществляется от устройства ввода при подаче строба приема на вход С регистра.

При асинхронной передаче, прежде чем производить обмен данными, микропроцессор выясняет готовность ПУ к такому обмену. Если периферийное устройство не готово к обмену, то микропроцессор повторяет чтение его состояния. Если оно готово к обмену, то осуществляется передача данных между микропроцессором и ПУ.

D

DC

RG

RG

D

D

C

C

1

2

Q

Q

0 1 2 3

Рисунок 50 – Обмен данными между блоками микропроцессорной системы