4. Интерфейсы программируемых приборов Общее построение интерфейса Hewlett-Packard
Взаимосвязь приборов в системе осуществляется при помощи магистрали, состоящей из 16 линий, сгруппированных по функциональному признаку в три шины: информационную, синхронизации, управления.
К этим шинам подключаются приборы, общее число которых не должно превышать 15. В любой момент времени каждый из конкретных приборов, подключенных к магистрали, может выполнять функции источника, приемника, контроллера или не участвовать в обмене данными.
Устройство-источник выдает на шину интерфейса информацию, которая передается на один или несколько приемников и воспринимается ими. Контроллер только управляет потоком информации в магистрали, определяя, какой из приборов должен посылать информацию, а какие – ее принимать. Задачи приборов, не участвующих в обмене информацией, ограничиваются контролем сигналов, проходящих по магистрали.
Интерфейсные функции (функции источника, приемника или контроллера) могут быть произвольно распределены между приборами, входящими в систему, а также совмещены в конкретных приборах.
По магистрали передаются: цифровые данные и приборные команды, сигналы запроса связи и управления передачей данных, команды сопряжения. В состав команд сопряжения входят: многопроводные адресные команды, универсальные команды сопряжения, адресованные многопроводные команды сопряжения, вторичные многопроводные команды.
Сигнальные шины и передаваемые сигналы
Вся содержательная информация и многопроводные команды передаются по восьми линиям информационной шины DIO (ЛД).
Передача осуществляется в оба направления, асинхронно и последовательно-параллельно: символом по восемь разрядов параллельно и побайтно последовательно.
Форма представления чисел сходна с обычной записью. Для обозначения конца записи чаще всего используют символы CR (ВК) и LF (ПС).
Управление передачей каждого байта сообщения осуществляют сигналы, проходящие по линиям шины синхронизации:
1) DAV (СД) – информация достоверна, вырабатывается устройством-источником и указывает на то, что установленные на шинах данные верны, и можно принимать этот байт;
2) NRFD (ГП) – неготовность к приему информации, вырабатывается приемником;
3) NDAC (ДП) – информация не принята, также вырабатывается приемником.
Управление работой магистрали осуществляется при помощи сигналов, проходящих по пяти линиям шины управления:
1) ATN (УП) – вырабатывается контроллером, указывает, как следует интерпретировать данные, поступающие по линиям DIO, – как интерфейсную команду или как содержательное сообщение;
2) IFC (ОК, ОИ) – очистить интерфейс, вырабатывается контроллером, чтобы привести узлы приборов, связанные с интерфейсом, в исходное состояние;
3) SRQ (ЗО) – запрос на обслуживание, вырабатывается источником или приемником и указывающий на необходимость организации с ним связи для обмена информацией;
4) REN (ДУ) – разрешено дистанционное управление, вырабатывается контроллером для задания режима работы устройств (переход на дистанционное управление вместо управления от внутренних узлов устройств);
5) EOI (КП) – конец или идентификация, вырабатывается источником (чтобы отметить конец многобайтного сообщения) или контроллером.
Адресация
Выбор адреса источника и приемника осуществляет контроллер посылкой двух или более многопроводных команд по шине ЛД. Под их действием выбирается один (и только один) прибор, который затем будет передавать данные на информационную шину. Запрещается выдача информации от всех других приборов и выбирается один или несколько приборов, которые затем будут принимать данные. При адресации приборов контроллер использует семь из восьми линий шины ЛД (свободной остается линия самого старшего разряда – ЛД7).
Это позволяет использовать в качестве контроллера устройства, работающие в семиразрядном коде ASCII.
Сообщение, поступающее на прибор с интерфейсной шины, воспринимается как команда, если оно сопровождается сигналом на линии УП.
В противном случае это сообщение интерпретируется как содержательное.
Если на линиях ЛД6 и ЛД5 установлены логические сигналы 00, то команда воспринимается как универсальная (UC), если заданы сигналы 10 – то как адрес источника (ADT), если 01 – как адрес приемника (ADL) и если 11 – как вторичная команда (SE).
Посылкой в линиях ЛД0...ЛД4 кода сигнала 11111 образуются команды запрета: при признаке адреса источника ADT – запрещая прибору выдавать информацию (НЕ ПРД), при адресе приемника ADL – запрещая прибору воспринимать информацию (НЕ ПРМ), и при признаке вторичной команды (SE) – запрещая выполнять команду.
Команда «Не принимать информацию» используется, когда необходимо отключить все ранее выбранные приемники, а команда «Не выдавать информацию» – когда необходимо отключить ранее выбранный источник.
При построении системы каждому прибору присваивают один или несколько адресов, отличающихся от адресов всех других приборов. Однако приборы, которые должны одновременно воспринимать одни и те же данные, имеют одинаковый адрес.
Передача информации по магистрали
Передача информации от источника к приемнику происходит побайтно и координируется при помощи трех сигналов: СД, ГП, ДП.
Обмен этими сигналами осуществляется по циклу: запрос-ответ-подтверждение и может иметь место только после того, как выбран источник и приемник информации и связь установлена.
Цикл передачи каждого байта состоит из трех фаз:
1) источник выдает новый информационный байт и устанавливает соответствующие сигналы на линиях ЛД0...ЛД7;
2) приемник воспринимает данный байт и разрешает снять с шины ЛД сигналы;
3) устройства подготавливаются к приему следующего байта.
Процесс передачи информации иллюстрируется на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Временная диаграмма сигналов в приборном интерфейсе
Изменение логических сигналов на шинах и выполнение интерфейсных операций осуществляются в следующей последовательности:
1). Исходное состояние устройств, в котором на линии СД установлен высокий уровень сигнала (т. е. данные на шине ЛД не достоверны), а на линиях ГП и ДП – низкий (т. е. ни один из приемников не готов к приему информации и не принял ее).
2). Источник проверяет состояние приемника (его готовность к приему очередного байта информации); если исходное состояние правильно, то он выставляет на шине ЛД байт данных; если же не верно – сигнализирует о наличии ошибки и прекращает процесс обмена. Этому этапу соответствует момент времени t–2.
3). Приемники (в момент t–1) указывают на готовность принять данные, меняя уровень на линии ГП с низкого на высокий.
4). Под действием высокого потенциала на линии ГП источник снижает уровень сигнала СД (в момент t0). Это означает, что все данные выставлены и верны, т. е. пригодны к приему.
5). Каждый из приемников в ответ на изменение сигнала СД в момент t1 снимает сигнал ГП, указывая, что состояние готовности к приему сменяется на прием данных. Вслед за этим осуществляется прием выставленного на шине ЛД байта информации.
6). Приняв байт данных, приемник изменяет уровень на линии ДП с низкого на высокий (указывая, что данные приняты). В зависимости от условий и быстродействия приемника смена уровня происходит в интервале времени t2-t3.
7). В ответ на повышение уровня на линии ДП источник изменяет уровень сигнала СД с низкого на высокий. С момента t4 данные не считаются более верными, о чем и сообщается приемникам.
8). Источник проверяет, есть ли еще информация. Если она есть, то подготавливается к выдаче следующего байта данных, а если нет – цикл обмена завершается.
9). Приемник под действием высокого уровня сигнала на линии СД меняет уровень на линии ДП на низкий, подготавливаясь к следующему циклу обмена (момент t5).
Этапы 1, 2, 3, 4 относятся к первой, 5, 6 – ко второй, 7, 8, 9 – к третьей фазе цикла передачи очередного байта данных.
Поиск источников запроса
При появлении сигнала ЗО необходимо установить адрес прибора, запросившего обслуживание. Такой поиск в системе можно проводить последовательным и параллельным методами. При последовательном методе поиска поочередно опрашивается каждый из приборов, входящих в систему, пока не будет выявлено устройство, пославшее запрос. Для ускорения поиска в системе предусмотрен параллельный опрос группы приборов, проводимый контроллером. Ответное сообщение, содержащее данные о требованиях запроса в каждом из приборов или об отсутствии таковых, передается по шине ЛД. В этом режиме каждый прибор приписывается к одной из линий ЛД, т. е. за одно обращение может быть определено состояние восьми устройств. Наличие сигнала на соответствующей линии ЛД указывает, что данный прибор требует обслуживания.
Электрические условия
Сигналы на линиях магистрали соответствуют уровням микросхем ТТЛ: высокий уровень – напряжению не менее +2,4 В, а низкий – напряжению не более +0,8 В. В интерфейсе принята отрицательная логика, т. е. логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в линии, а логической единице – низкий уровень.
Такая логика позволяет для выбранной схемы выходных каскадов (с разомкнутым коллектором и резистивной нагрузкой) осуществить логическое сложение сигналов, поступающих на линию от разных источников. Сложение требуется, например, для линии запроса на обслуживание.
Однако в линиях ГП и ДП логика должна быть положительной, чтобы осуществить логическое умножение сигналов.
При работе с несколькими приемниками каждый из них может разновременно вырабатывать сигнал готовности к приему данных. На линии ГП уровень должен измениться только тогда, когда в состояние готовности переходит самое медленное из устройств-приемников, т. е. будут готовы все приемники.
Аналогично должно производиться логическое умножение сигналов, свидетельствующих о приеме данных и приходящих по линии ЛД; информационный байт может быть заменен на новый или снят, только когда сообщение было принято всеми устройствами-приемниками.
Поэтому в магистрали в этих двух линиях использованы инверсные по отношению к рассмотренным сигналы.
Сигнальная линия магистрали подключается в каждом приборе к средней точке резистивного делителя, в котором один из резисторов с сопротивлением 3 кОм соединен с шиной +5 В, а другой резистор с сопротивлением 6,2 кОм – с нулевой шиной.
Конструктивные условия
Приборы соединяют в систему при помощи гибких кабелей, на каждом конце которых распаяны двусторонние штепсельные разъемы с винтовым креплением.
Скорость передачи данных
При достаточно быстродействующих устройствах максимальная скорость передачи информационных сообщений равна: 250 кбайт/с – при длине кабеля до 20 м и ТТЛ-элементах с разомкнутым коллектором в выходных каскадах; 1 Мбайт/с – с магистральными усилителями в выходных каскадах, но при длине кабеля не превышающей 1 м на каждый из используемых в системе приборов.