Многоадресный параллельный канал связи (шина).
Принцип работы многоадресных каналов отличается от одноадресных тем, что в алгоритме их работы добавлена функция определения адреса того устройства, с которым устанавливается связь для последующего обмена информацией. Несколько слов о терминологии. На практике и в технической литературе такие каналы называют “Общая шина” для сокращения просто шина, иногда встречается название “Магистраль”.
Сигналы многоадресного канала объединены в три группы, называемые соответственно шиной адреса, шиной данных и шиной управления. По названиям шин легко догадаться об их назначении. Шина адреса объединяет все сигнальные линии, задающие адрес вызываемого абонента, шина данных - соответственно линии данных, а шина управления - все командные сигнальные линии.
Число сигнальных линий в шинах различно и определяются техническими и функциональными характеристиками тех устройств, которые используют данный канал, хотя имеются некоторые общие закономерности в выборе числа линий - разрядности каждой шины.
Так разрядность адресной шины определяется из условия:
n
N = 2
где: n - разрядность шины,
N - максимальное число абонентов подключенных к адресной шине.
Разрядность шины данных также может быть различной, однако и здесь наблюдается некоторая закономерность - для устройств и систем нижних иерархических уровней СУ ГПС обычно применяются 16- разрядные шины данных, редко 8 - разрядные. В устройствах СУ более высоких уровней наблюдается тенденция к использованию 32- и даже 64- разрядных шин.
Разрядность шины управления изменяется в очень широких пределах: от нескольких единиц до нескольких десятков, однако и здесь наблюдается тенденция к унификации, поэтому при разработке новых устройств и систем рекомендуется использовать уже имеющиеся наборы сигналов на шине управления. Так, например, в таблице 1.4. приведен состав сигналов на основной шине типа ISA , используемой в современных персональных компьютерах.
Таблица 1.4.
Назначение сигнала |
Обозначение |
№ кон |
№ кон |
Обозначение |
Назначение сигнала |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Общий питания Сброс Питание +5в Запрос прер. .№9 Питание - 5в Запрос ПДП №2 Питание - 12в Ошибка исполнит. Питание + 12в Общий питания Строб зап. в память Строб чтен. памяти Строб зап. вн. устр. Строб чтен.вн. устр Подтв. ПДП №3 Запрос ПДП№3 Подтв. ПДП№1 Запрос ПДП №1 Регенерация Тактовая частота Запрос прер. №7 Запрос прер. №6 Запрос прер. №5 Запрос прер. №4 Запрос прер. №3 Подтв. ПДП №2 Окончан.счета Строб адреса Питание + 5в Такт 14,31818мг Общий питания |
GND RST Vcc IRQ9 -5v DRQ2 - 12 v OWS + 12 v GND SMEMW SMEMR IOW IOR DACK3 DRQ3 DACK1 DRQ1 REFRE SYSCLK IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 IRQ3 DACK2 TC BALE + 5v OSC GND |
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18 B19 B20 B21 B22 B23 B24 B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31 |
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 A22 A23 A24 A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31 |
IOC HK SD7 SD6 SD5 SD4 SD3 SD2 SD1 SD0 IOC HR AEN SA19 SA18 SA17 SA16 SA15 SA14 SA13 SA12 SA11 SA10 SA9 SA8 SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 |
Фатальная ошибка Шина данных разряд 7 6 5 4 3 2 1 0 Готовность исполнителя Адрес при ПДП Шина адреса разряд 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
|
Таблица 1.4.(продолжение)
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Память имеет 16 раз Вн.устр. имеет 16раз Запрос прер. №10 Запрос прер. №11 Запрос прер. №12 Запрос прер. №15 Запрос прер. №14 Пред. ПДП №0 Запрос ПДП №0 Пред. ПДП №5 Запрос ПДП №5 Пред ПДП №6 Запрос ПДП №6 Пред ПДП №7 Запрос ПДП №7 Питание + 5в Управлен. при ПДП Общий питания |
MEM16 IOC 16 IRQ10 IRQ11 IRQ12 IRQ15 IRQ14 DACK0 DRQ0 DACK5 DRQ5 DACK6 DRQ6 DACK7 DRQ7 Vcc Master GND |
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18 |
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 |
SBHE LA23 LA22 LA21 LA20 LA19 LA18 LA17 MEMR MEMW SD8 SD9 SD10 SD11 SD12 SD13 SD14 SD15 |
Работа с двумя байтами Нефиксир. адрес раз.23 22 21 20 19 18 17 Строб чтения памяти Строб записи в память Шина данных разряд 8 9 10 11 12 13 14 15 |
Как видно из таблицы 1.4. число сигнальных линий в многоадресных параллельных каналах значительно больше, чем в одноадресных, что создает определенные трудности при создании производственных систем управления.
Анализ задач. решаемых при управлении оборудованием показывает, что приведенный в таблице состав сигналов является довольно избыточным, особенно для систем непосредственного управления оборудованием (УЧПУ). Поэтому разработчиками этих устройств были предприняты попытки уменьшения числа линий в канале. В таблице 1.5. приведен состав сигналов в многоадресном канале устройства ЧПУ типа МС2101. Кстати, в технической документации на это устройство многоадресный канал называется “Магистралью”.
Таблица 1.5.
Состав сигналов на параллельном канале «Магистраль»
Наименование сигнала |
Обозначение |
Контакт |
Адрес/данные разряд 0 Адрес/данные разряд 1 Адрес/данные разряд 2 Адрес/данные разряд 3 Адрес/данные разряд 4 Адрес/данные разряд 5 Адрес/данные разряд 6 Адрес/данные разряд 7 Адрес/данные разряд 8 Адрес/данные разряд 9 Адрес/данные разряд 10 Адрес/данные разряд 11 Адрес/данные разряд 12 Адрес/данные разряд 13 Адрес/данные разряд 14 Адрес/данные разряд 15 Синхронизация обмена Чтение Запись Байтовая операция Авария сетевого питания Авария источника питания Сброс Запрос на захват магистрали Разрешение захвата магистрали Подтверждение захвата магистрали Тактовая частота Общий провод
|
AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 AD8 AD9 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 MSA MSR MSW WBT PHB PSB CLR RQB ERQO ERQ CLC GND |
C4 A6 C6 C8 A8 A10 A12 C12 A14 C14 A16 C16 A18 A20 C20 A22 C22 C24 A24 A2 A26 C28 A28 C30 C32 A32 A4 C10 C18 |
В приведенной таблице уменьшено число необходимых сигнальных линий не только за счет отказа от избыточности (уменьшено число прерываний, удалены команды, связанные с работой схем прямого доступа ПДП и т.д.), но произведено совмещение сигнальных линий шин адреса и данных за счет разделения их функций по времени. На рис. 1.11, 1.12. и 1.13 показаны циклограммы сигналов, действующих на сигнальных линиях магистрали МС2101.
Циклограммы приведены для трех операций: запись информации в память или во внешнее устройство, чтение информации из памяти или внешнего устройства, обслуживание запросов на прерывание от внешних устройств.
AD0...AD15 Aдрес Данные
MSA
MSW
ASW
Рис. 1.11. Циклограмма сигналов на магистрали при записи
Алгоритм работы канала при выполнении операции записи состоит из следующих переходов:
установка на магистрали (линии AD0...AD15) кода адреса того устройства, с которым будет производиться обмен информацией,
установка на магистрали (линия MSA) сигнала синхронизации адреса,
дешифрация (опознание) вызываемым устройством кода адреса и запоминание этого факта по переднему фронту сигнала MSA
снятие с магистрали кода адреса,
установка на магистрали (линии AD0...AD15) кода передаваемой информации,
установка на магистрали сигнала записи MSW,
запись установленной на магистрали информации в память или во внутренние регистры вызываемого устройства по переднему фронту сигнала MSW,
ответ вызываемого устройства об окончании операции записи путем установки на магистрали сигнала ASW,
снятие с магистрали сигнала MSW,
снятие с магистрали вызывающим устройством сигнала MSW,
снятие с магистрали вызываемым устройством сигнала ASW,
снятие с магистрали вызывающим устройством сигнала MSA
AD0...AD15 Адрес Данные
MSA
MSR
ASW
Рис.1.12. Циклограмма сигналов на магистрали при чтении.
При чтении информации из памяти или внешнего регистра циклограмма сигналов аналогична за исключением нескольких переходов. Так после выдачи в магистраль сигнала MSA, вызывающее устройство не устанавливает на магистрали код информации, а выдает на магистраль сигнал чтения MSR, в ответ на который вызываемое устройство устанавливает на линии AD код информации и сообщает об этом вызывающему устройству сигналом ASW. Получив этот сигнал, вызывающее устройство считывает с магистрали код информации и заканчивает цикл так же, как и при записи.
INT
INTO
MSR
AD Вектор прерыв.
ASW
Рис.1. 13. Циклограмма сигналов на магистрали при обслуживании прерывания.
Операция обслуживания прерывания предназначена для того, чтобы осуществить обмен информацией по инициативе внешнего устройства. Для этого внешнее устройство должно не только сообщить ведущему устройству о необходимости обмена, но и передать ведущему устройству свой идентификационный код для опознания. Эти операции и выполняются в цикле обслуживания прерывания от внешнего устройства. В магистрали УЧПУ МС2101 используется принцип векторного прерывания, заключающийся в том, что каждому внешнему устройству присваивается идентификационный код, называемый вектором прерывания.
В момент необходимости обмена информацией внешнее устройство устанавливает на сигнальной линии запрос на прерывание - INT. Получив этот сигнал, ведущее устройство прерывает свою работу, и устанавливает на магистрали сигнал предоставления прерывания INTO, одновременно с ним ведущее устройство выдает также сигнал чтения MSR. Приняв эти два сигнала, внешнее устройство устанавливает на линиях AD свой вектор прерывания, и сообщает об этом ведущему устройству установкой сигнала ASW. Получив эти сигналы, ведущее устройство заканчивает цикл опознания и переходит непосредственно к обмену в соответствии с вышеописанными операциями чтения или записи, последовательность которых определена программой связи этих устройств - драйвером.
В отличие от приведенных алгоритмов работы канала типа магистраль, обмен информацией в шине ISA происходит без разделения циклов опознания и собственно обмена, т.е. одновременно, что значительно увеличивает скорость обмена, но увеличивает число сигнальных линий в канале при равных разрядностях шин. Таким образом, при выборе типа канала необходимо находить оптимальное решение в зависимости от требуемой скорости обмена, объемов передаваемой информации и требований по надежности работы.
LA17...LA23
BALE
SA0...SA19
MEM CS 16
MEMR
чтение
SD0...SD15
SD0...SD15
MEMW
запись
Рис.1.9.а. Циклограмма сигналов на шине ISA при работе
с памятью.
BALE
SA-...SA15
I/O CS 16
IOR
SD0...SD15
чтение
SD0...SD15
запись
IOW
Рис.1.9.б. Циклограмма сигналов на шине ISA при работе
с периферийными устройствами.