Микропроцессорный комплект больших интегральных схем, страница 8

Общая схема сопряжения МП с каналами ввода-вывода и периферийными устройствами получила название стандартного интерфейса. Она включает в себя стандартизацию электрических методов подключения, общность входного-выходного алфавита, а также общность команд управления и организации каналов связи. При таком конструктивном подходе к организации интерфейса пользователь всегда имеет возможность ввести в систему дополнительные устройства и заменить отдельные агрегаты. Присоединение нового устройства не вызывает в системе никаких изменений, кроме программы и числа кабелей.

Между ЦП и периферийными устройствами должна передаваться информация двух видов: управляющие сигналы и собственно данные, которые принято называть сообщениями. Управляющие сигналы, инициирующие действия по обмену данными, называется приказами ЦП, а иногда управляющими или командными словами. Периферийные устройства генерируют слова состояния.

Разработка аппаратных средств и программирование ввода-вывода представляют собой наиболее сложный и трудоёмкий этап проектирования МП систем управления технологическими процессами. Особенно это относится к системам, работающим в реальном времени. Основные проблемы возникают, во первых, из-за большого разнообразия типов периферийных устройств (механические, электромеханические, электронные) и огромного диапазона их скоростей, а во вторых, из-за разнообразия типов и уровней сигналов управления и слова состояния периферийных устройств, а также из-за сложности структуры устройств.

Организация взаимодействия с периферийными устройствами часто требует преобразования сигналов из параллельного формата в последовательный. Для этой цели могут использоваться соответствующим образом запрограммированные универсальные МП или входящие в состав МП комплектов, специальные БИС, предназначенные исключительно для организации ввода-вывода.

Организация параллельного интерфейса.

Параллельный ввод и вывод в значительной степени подобен взаимодействию с запоминающими устройствами. Однако периферийные устройства не имеют непосредственного контакта с системными шинами (адреса и данных). Вместо этого они подключаются к специальным регистрам, служащим для временного хранения бинарной информации. Эти регистры, подключаемые к системным шинам, в зависимости от направления передачи информации называются портами ввода или портами вывода.

Порты ввода и вывода выполняют следующие функции:

- выбор требуемого модуля системы, т.е. селекцию нужного устройства;

- подключение выбранного модуля к шине данных по соответствующему сигналу или отключение от неё (роль буфера);

- сохранение уровней бинарных сигналов в период их чтения или записи независимо от продолжительности этих операций, т.е. роль фиксаторов уровней сигналов (защёлки).

Функции фиксатора и буфера обычно выполняются одной микросхемой средней сложности интеграции, называемой многорежимным буферным регистром (МБР), а для селекции чаще используют отдельные схемы. Эти схемы образуют контроллёры ввода-вывода, которые подключаются к системным шинам и действуют аналогично контроллерам запоминающих устройств (см. рис.).

Код выбора внешнего устройства содержится в командах ввода-вывода и по адресной шине передаётся на все контроллёры периферийных устройств. Каждый из них имеет свой собственный «замок», называемый селектором устройства. Код выборки представляет собой своеобразный ключ к конкретному устройству. С контроллёра ввода-вывода сигнал передаётся на вход «Выбор модуля» (ВМ), или «Выбор микросхемы», соответствующего порта ввода или вывода. При наличии такого сигнала к центральному процессору (ЦП) в процессе работы системы может подключаться только одно периферийное устройство. Иными словами, в каждый момент времени в системе имеется только один модуль, участвующий в обмене данными. Активизация модуля осуществляется сигналом ВМ. Обмен данными возможен только между активизированным модулем и ЦП, входы и выходы всех остальных периферийных устройств, при этом остаются в третьем, высокоомном состоянии, т.е. практически отключены от системных шин.