Асинхронный обмен данными с программной проверкой готовности
Асинхронный обмен с программной проверкой готовности предполагает возможность программно оценить степень готовности элемента СВВ, к которым происходит взаимодействие. Обычно для этих целей служит программно доступный (через порт) регистр состояния устройства. Перед тем, как передать данные устройству или забрать их из него, программа имеет возможность определить, готово ли само устройство к этой операции, прочитав значение из порта состояния.
Простым примером может служить работа с контроллером последовательного канала (UART) «по опросу»: перед тем, как прочитать данные из порта данных контроллера, необходимо проверить, являются ли эти данные результатом приема посылки и не забирались ли они программой ранее. Проще говоря, необходимо проверить данные на достоверность. Перед тем же, как записывать данные для передачи в буфер контроллера, необходимо убедиться, что в буфере есть место, т.е. что запись новых данных в буфер не приведет к уничтожению ранее помещенных и еще не переданных данных.
Очевидно, что такой способ обмена требует дополнительных усилий со стороны программы на опрос готовности. Потенциально возможна ситуация выхода устройства из строя («вечная неготовность»), поэтому необходимо соответствующим образом строить алгоритм работы с ним, чтобы программа не «зависала» в бесконечном цикле, дожидаясь готовности со стороны устройства (см. рисунок).
Рис. 19. Нерекомендуемый подход к обмену с устройством
Типичный алгоритм асинхронного обмена с программным опросом готовности (фрагмент программы) изображен на рисунке. Очевидно, такой способ позволяет избежать ситуации «зависания» программы, а также провести диагностику причины (длительной) неготовности устройства и установить факт его выхода из строя.
Несомненным достоинством асинхронного обмена с программной проверкой готовности является то, что программа способна определять степень готовности устройства самостоятельно и учитывать факты отказа (их частоту, длительность неготовности и т.п.) в своих дальнейших действиях.
Рис. 20. Рекомендуемый способ асинхронного обмена с устройствами
При этом очевидными «минусами» являются:
Наличие программных усилий по определению готовности. Инструкции по опросу отнимают процессорное время, в течение которого могли бы выполняться другие части алгоритма. Если бы процедура опроса выполнялась параллельно с основным алгоритмом (скажем, аппаратно), то это бы позволило существенно ускорить работу всей программы.
Неэффективность при обмене с большим количеством устройств и/или высокой частоте процедуры обмена. Из-за того, что опрос готовности осуществляется программой, накладные расходы на опрос при большом количестве обращений становятся очень высокими и снижают производительность всей системы.
На рисунке приведен типичный вариант программного полинга (опрос флагов прерывания ПУ). Первым проверяется флажок готовности ПУ1 с наибольшим приоритетом. Если оно не запрашивало обслуживание, опрашивается следующее ПУ и т.д.
Когда встречается первое устройство готовое к операциям ввода-вывода (ВВ), управление передается подпрограмме обслуживания этого устройства. При завершении обслуживания в полинге может быть запрограммировано одно из следующих действий:
Управление возвращается в основную программу без проверки готовности остальных ПУ. Здесь гарантируется обязательная проверка в каждом цикле полинга ПУ с высоким приоритетом, так как обслуживание их блокирует обслуживание устройств с меньшим приоритетом.
Управление возвращается к программе полинга, т.е. в точку проверки прерывания следующего ПУ (на рисунке ниже это показано цифрой).
Этот способ гарантирует проверку в каждом цикле полинга всех устройств.
Рис. 21. Программный полинг
Основное достоинство программного полинга заключается в простоте его реализации, почти не требующей дополнительных аппаратных средств.