Описание схемы устройства управления, используемой в лабораторном стенде

Лабораторный стенд состоит из персональной ЭВМ IBM PC и устройства параллельного обмена (УПО), разработанного для организации интерфейса комплекса технологического оборудования с IBM PC. Система управления оборудованием имеет канал обмена данными через шину управления технологическим оборудованием типа U-BUS. Таким образом, необходим межшинный интерфейс U-BUS↔ISA. Эту функцию моста между шинами и выполняет УПО.

Основные входные/выходные сигналы упо

По шине ISA (в скобках обозначения, принятые в стандарте и в /2, 8/):

ВA0…ВА9 (SA0…SA9) - выходы адресных разрядов ЭВМ;

BD0…BD15 (SD0…SD15) - выводы разрядов данных ЭВМ;

BRDY (I/O СН RDY) - линия управления длительностью цикла канала ввода/вывода (сигнал формируется интерфейсом);

IOCS16# (I/O СS16#) – сигнал способности УПО обмениваться 16-разрядными данными (сигнал формируется интерфейсом);

ВAЕN (AEN) - разрешение адреса в режиме ПДП (блокирующий сигнал для устройств ввода/вывода);

BALE - линия строба адреса;

IOW (IOW#) - линия разрешения записи;

IOR (IOR#) - линия разрешения считывания;

BRESET (RESET) - линия сброса и инициализации УПО и конечного оборудования после включения питания ЭВМ;

BCLK (SYSCLK) - тактовый сигнал с частотой, равной 1/3 частоты задающего генератора ЭВМ;

IRQ5, IRQ9…IRQ15 - линии запроса прерывания.

Здесь и далее символ "#" в конце названия сигнала указывает, что ак­тивным является низкий уровень данного сигнала (альтернативный способ – черта над названием сигнала). Если символ "#" отсутствует, то сигнал активен при высоком уровне.

По шине U-BUS:

MD0#…MD15# – выходы разрядов данных / псевдоадреса УПО;

MSA# – линия строба (сигнала сопровождения) адреса УПО;

MSD# – линия строба данных УПО;

MSO# – линия ответа "Устройство на шине U-BUS операцию выполнило";

MSEL# – линия ответа для формирования флага «Устройство выбрано»;

MPWR – линия контроля питания объекта (для платы 052);

MWRITE# – линия разрешения записи;

MREAD# – линия разрешения считывания;

MRЕSЕТ# – линия сброса и инициализации объекта;

INT1#…INT7# – линии запроса прерывания от объекта;

0WRITE# (для платы 036) – сигнал, задержанный относительно сигнала WRITE, для записи в регистры объекта, у которого велика задержка прохождения сигналов данных;

+ 5 V, GND – линии питания УПО.

Далее указатель # для сигналов U-BUS опущен.

Специфика протокола U-BUS состоит в следующем:

а) линии адресов/данных мультиплексированы;

б) адрес передается в отдельном цикле обмена по ISA, сопровождается сигналом MSA;

в) данные передаются на устройство в следующем цикле, сопровождаются сигналами MSD и MWRITE и квитируются распознавшим свой адрес конечным устройством путем выдачи сигнала MSO после выполнения операции;

г) принимаются данные с устройства аналогично (за два цикла), но при наличии сигнала MREAD;

д) запросы прерывания передаются радиально (INT1…INT7).

Структурный уровень представления упо

Для выполнения функции межшинного интерфейса в состав УПО включены следующие узлы и блоки (рис. 8.1): двунаправленные шинные формирователи ДНШФ, шинные формирователи адресных кодов ШФ и селектор адреса СА, дешифратор младших разрядов адреса ДА, регистр адреса РА, шинный формирователь сигналов обмена ШФСО, блок формирования адресованных команд ФАК, схема формирования сигналов готовности СФСГ, шинные формирователи магистрали обмена с объектом управления ШФОУ, логика управления ЛУ шиной U-BUS и приемопередатчик соответствующих сигналов (для MSA, MSD, MSO, MSEL, 0WRITE, MWRITE, MREAD, MRESET), логи­ка обработки прерываний ЛОП с ключом разрешения прерываний Кл. IRQ, регистр псевдоадресов объектов РПА, регистр состояний PC.

Рассмотрим по структурной схеме работу УПО в адресной части цикла обмена с магистралями ISA. При выставлении кода адреса на линиях ВA0…ВА9 старшие разряды (9…3) и сигнал AEN поступают на СА, где они сравниваются со значениями, заданными переключателями, и формируют логический уровень, поступающий на РА и на формирователь сигнала IOCS16# (схема ФСГ). По срезу сигнала BALE этот уровень запоминается в РА до следующего цикла обмена. Выходной уровень сигнала РА подается на вход разрешения дешифратора младших разрядов адреса ДА, который при наличии разрешения преобразует значение кода ВA0…ВА2 в сигнал на одном из своих выходов. Далее используются сигналы только с четных выходов, что соответствует обмену двойными байтами (словами). Если шестнадцатиричный адрес заканчивается на 0 или 8 (обозначается ХХ0), то это означает обращение к РПА, если на 2 или А, то к ШФОУ, если на

4 или на С, то к РС. При этом на заданный интервал времени становится неактивным сигнал BRDY, выдаваемый на шину ISA через второй выход ФСГ, т.е. цикл продляется. Окончание на 6 или Е вызывает подачу на шину U-BUS сигнала MRESET. В узлах, составляющих ФАК, сигналы управления блоками УПО логически перемножаются на сигналы IOW и IOR (передаются ШФСО) и управляют соответствующими блоками.

Обмен данными внутри УПО идет по локальной магистрали данных LD. Если шестнадцатиричный адрес заканчивается на 0 или 8, то по команде IOW данные (служащие псевдоадресом одного из обслуживаемых УПО устройств) записываются в РПА и одновременно выставляются на MD. С некоторой задержкой формируется команда MWRITE для выполнения записи адреса в обслуживаемом устройстве. При этом сигнал BRDY некоторое время остается неактивным, чтобы задержать переход к следующему циклу (обслуживаемые устройства предполагаются медленнодействующими). За это время устройство должно выдать сигнал квитирования MSEL, отображаемый в РС. По команде IOR происходит считывание кода псевдоадреса, записанного в РПА (контроль обращения к устройству).

Если адрес заканчивается на 2 или А, то выполняется обмен данными с объектом через ШФОУ. При записи данные сопровождаются сигналами MSD и MWRITE. За время задержки устройство должно выдать сигнал квитирования MSO. Если по окончанию интервала задержки сигнал MSO не поступил, формируется запрос на прерывание (ошибка обращения к устройству). По команде IOR происходит пересылка данных из U-BUS в ISA через ШФОУ и ДНШФ.

Если код адреса заканчивается на 4 или на С, то выполняется обращение к РС внутри УПО. Формат 8-разрядного слова состояния представлен в таблице.

Разряды	Параметры
0…2	Код источника запроса на прерывание
3	Наличие запросов на прерывание (любой источник)
4	Разрешение запроса на прерывание по ошибке обмена (или отсутствию питания на объекте для платы 052)
5	Разрешение прерывания – общее
6	Нет питания от комплекса (нет MPWR) для платы 052
7	Устройство по псевдоадресу выбрано (MSEL)

Для записи доступны только разряды 4 и 5, остальные игнорируются, для чтения доступны все разряды.

В целом процессы пересылки данных при различных сочетаниях адресов и команд можно отобразить в виде следующей диаграммы (рис. 8.2).

Сигналы прерывания от оборудования преобразуются в блоке ЛОП в трехразрядный двоичный код, идентифицирующий источник, следующим образом:

001 – запрос от объекта на линии INT1;

…

111 – запрос от объекта на линии INT7.

При наличии бита разрешения прерывания ключ IRQ пропускает сигнал SINT# на ту линию IRQ шины ISA, которая перемычкой связана с выходом ключа. В ходе обработки требования прерывания программа считывает флаг наличия прерывания и код источника в цикле IOR по адресу РС (см. выше).

Одна из функций ЛОП – выявление ошибок (нарушения регламента) в цикле об­мена. В этом случае при наличии разрешений в битах 4 и 3 РС на шину ISA выдается IRQ и формируется код 000 – ошибка обращения к обслуживаемому устройству или отсутствие питания на объекте.

ISA		LD	U-BUS
Адреса и команды ISA	BD ↔	→ RG →	↔ MD	Команды на U-bus
SEL0:		РПА
WR	→	→ X	→	MSA# MWRITE# через 50 нс
RD	←	→	X
SEL2:		РПА
WR	→	X X	→	MSD# MWRITE# через 50 нс
RD	←	X X	←	MREAD#
SEL4:		PC+BD
WR	→	→	X	X
RD	←	→	X	X
SEL6:		RESET
WR	→	X X	X	X
RD	←	X X	X	X

Рис. 8.2