6 Інтерфейс

6.1 Організація інтерфейсів

Вхідний контроль:

1. Які вузли ПК слугують забезпеченню взаємодії між мікропроцесором, пам’яттю та периферійними пристроями?

2. Що таке АЦП?

3. Що таке ЦАП?

Інтерфейсом називається система шин, допоміжної апаратури і алгоритмів, реалізованих апаратно, призначених для організації обміну між мікропроцесором, пам’яттю та пристроями введення-виведення. До функцій інтерфейсу входить дешифрування адреси пристрою пам’яті або введення-виведення, а також зовнішнього пристрою, синхронізації обміну інформацією, узгодження форматів слів, електричне узгодження сигналів різних підсистем та вузлів МПС.

Складність задач, вирішуваних інтерфейсом, часто недостатня потужність буферних схем, які входять до складу самої ВІС МП, призводять до розподілу засобів інтерфейсу між різними пристроями:

1 Пристроями керування пам’яттю та введення-виведення.

2 Безпосередньо інтерфейсним пристроєм, який є проміжним ланцюгом між МП і пам’яттю та пристроями введення-виведення (системний інтерфейс).

3 Спеціалізованими пристроями керування (контролерами) введенням-виведенням, призначеними для реалізації алгоритмів керування, специфічних для різних пристроїв (клавіатури, магнітних дисків, моніторів тощо).

4 Контролерами для спряження за допомогою шин з периферійними пристроями (датчиками, виконавчими механізмами, комутаторами, АЦП, ЦАП).

Організація обміну між МП та пам’яттю або введенням-виведенням у простих випадках можлива на основі засобів, які є у самому МП. Ті функції, які не підтримуються апаратно мікропроцесором, реалізуються програмно.

Більш складні запам’ятовувальні пристрої та пристрої введення-виведення підключаються до МП через додаткові інтерфейсні пристрої, контролери, які виконуються у вигляді спеціальних ВІС, що входять до мікропроцесорного комплекту.

Керувальні сигнали МП повинні забезпечувати функціональну та часову взаємодію між МП, пам’яттю та введенням-виведенням у процесі обміну інформацією в основних режимах:

– для організації обміну з пам’яттю, крім адресних сигналів та сигналів даних повинні видаватись сигнали запису, читання, іноді сприйматися сигнал готовності ЗП;

– для програмного обміну даними, крім адресної інформації та самих даних, необхідні код вибирання пристрою введення-виведення, сигнали керування записом та читанням, повинні сприйматися сигнали готовності введення-виведення тощо;

– для організації прямого доступу до пам’яті (ПДП) повинні бути підключені шина адреси для передавання адреси пам’яті у контролер ПДП та керувальні сигнали: код вибирання пристрою введення-виведення, запити від цього пристрою, дозвіл на обмін даними;

– у процесі роботи МП виробляє сигнали стану (зупину, чекання роботи у ПДП тощо) та синхронізуючі сигнали для інших пристроїв;

– для обміну даними у режимі переривань необхідно видавати з мікропроцесора керувальні сигнали дозволу переривань, підтвердження переривань та отримувати при готовності пристрою введення-виведення сигнали запиту на переривання.

Область використання зумовлює кількість та склад потрібних пристроїв введення-виведення і каналів зв’язку в МПС. Відповідно до цього у підсистемі введення-виведення можна виділити два рівні спряження підсистеми з процесором та пам’яттю. На першому рівні пристрої введення-виведення самі або через контролери поєднуються з процесором і пам’яттю за допомогою системного інтерфейсу МПС, який об’єднує окремі підсистеми в єдину систему. На другому рівні спряження контролери через канали зв’язку поєднуються з відповідними зовнішніми, або периферійними, пристроями (ПП) мікропроцесорної системи.

Незважаючи на широке застосування системних інтерфейсів, можна виділити два способи звернення до пристроїв введення-виведення:

– з застосуванням спеціальних команд введення-виведення;

– за аналогією зі зверненням до комірок пам’яті за адресою.

У першому випадку адреса пристрою передається по тій самій шині адреси, що й адреси комірок пам’яті, і трактується як його номер тільки при формуванні спеціальних керувальних сигналів Введення або Виведення на пристрої введення-виведення, який ініціюється відповідними командами МП. Для синхронізації роботи процесора та контролерів, тобто з зазначенням моментів часу, які визначають готовність даних у пристрої введення для передачі їх у МП або підтверджуючих їх приймання при передаванні з МП у пристрій виведення, слугує сигнал Готовність, який надходить з пристроїв введення-виведення.

Для організації програмно-керованого обміну даними з пристроями введення-виведення (ПВВ-ПВИВ) на першому рівні (МП – контролер ПВВ-ПВИВ) достатньо простого набору сигналів (рис. 6.1).

На рис. 6.1, а показано використання керувальних сигналів при виконанні команд введення та виведення. Виконання операції введення починається з того, що МП виставляє на ША адресу ПВВ і сигналом Введення вказує на тип виконуваної операції. За сигналом Введення контролер ПВВ, який адресується, зчитує байт або слово даних з ПП, виставляє на лініях шини даних значення розрядів зчитаного слова та сигналом Готовність сповіщає про це МП. Прийнявши дане через контролер по ШД процесор знімає сигнали з ША та Введення. При виконанні операції виведення МП виставляє на ША адресу пристрою виведення, на ШД значення розрядів байта або слова, що виводиться, та сигналом Готовність сповіщає процесор, що дані прийняті і можна зняти інформацію з ША та сигнал Виведення.

Рисунок 6.1 – Порядок використання керувальних

сигналів при введенні-виведенні

При реалізації обміну за аналогією зі зверненням до пам’яті (рис. 6.1, б) використовуються тільки керувальні сигнали Запис у пам’ять та Читання з пам’яті, які використовуються при обміні МП з пам’яттю. Для адрес ПВВ та ПВИВ відводиться визначена частина адресного простору, де можна адресувати необхідну кількість пристроїв.

Спрощена схема організації інтерфейсу з пристроями введення-виведення, яка описана вище, справедлива для багатьох типів МП, на яких побудовані мікропроцесорні системи.

Слід зазначити, що при обміні інформацією МП з периферійним пристроєм слід перевіряти апаратно або програмно готовність його до обміну. Якщо у МПС є кілька ПП, то будують блок формування сигналу Готовність з мультиплексуванням цього сигналу від кількох ПП.

Контрольні питання:

1. Яку функцію виконують контролери переривань та ПДП у МПС?

2. Які дані треба повідомити контролеру ПДП при його програмуванні?

3. Яку функцію виконують керувальні сигнали МП при взаємодії з іншими підсистемами МПС?

Контрольні питання підвищеної складності:

1. Керувальний пристрій знаходиться на відстані 15 м від МПС; якого типу інтерфейс Ви рекомендуєте використати для його підключення?

2. Датчик параметрів стану процесу знаходиться на відстані 30 см від МПС; якого типу інтерфейс Ви рекомендуєте використати для його підключення?