Изохронная транспортировка шины 1394 обеспечивает гарантированную пропускную способность и ограниченную задержку при высокоскоростной передаче по множеству каналов. Диспетчер изохронных ресурсов содержит регистр BANDWIDTH_AVAILABLE, который определяет доступность оставшейся части полосы пропускания для узлов с изохронной передачей. По сбросу вновь появившийся узел с изохронной передачей запрашивает выделение полосы. Для цифрового видео, например, требуется полоса 30 Мбит/с (25 Мбит/с на видеоданные и 3-4 Мбит/с на аудио, синхронизацию и заголовки пакетов). Полоса измеряется в специальных единицах распределения, число которых в 125-миллисекундном цикле составляет 6144. Единица занимает около 20 нс, что соответствует времени, требуемому для передачи одного квадлета (Quadlet) на частоте 1600 Мбит/с. Квадлет (32-битное слово) является единицей передачи данных по шине. 25 мс цикла резервируется под асинхронный трафик, поэтому начальное значение регистра после сброса составляет 4915 единиц. В S100 устройства цифрового видео запрашивают около 1800 единиц, в S200 - около 900. Если соответствующая полоса недоступна, запрашивающее ее устройство будет периодически повторять запрос.
Диспетчер изохронных ресурсов каждому изохронному узлу назначает номер канала (0-63) из числа доступных (регистр CHANNELS_AVAILABLE). Он является идентификатором изохронного пакета. Когда изохронный обмен становится ненужным узлу, он должен освободить свою полосу и номер канала. Обмен управляющей информацией производится по асинхронному каналу.
Шина IEEE 1394 имеет множество псевдонимов:
IEEE 1394-1995 Standard for a High Performance Serial Bus - полное название документа, описывающего стандарт, действующий в настоящее время.
FireWire - торговая марка реализации IEEE-1394 фирмой Apple Computer, Inc.
Р1394 - название предварительной версии IEEE-1394 (до принятия в декабре 1995 г.).
DigitalLink - торговая марка Sony Corporation, используемая применительно к реализации IEEE-1394 в цифровых камерах.
MultiMedia Connection - имя, используемое в логотипе 1394 High Performance Serial Bus Trade Association (1394TA).
Поскольку фирма Apple разрабатывала концепцию FireWire еще с 1986 года, имя FireWire является самым распространенным синонимом IEEE 1394.
Кроме основного стандарта IEEE 1394-1995, имеется несколько его модификаций:
1394а рассматривается как чистовой документ, заполняющий некоторые пробелы исходного стандарта и имеющий небольшие изменения (например, ускоренную операцию сброса на шине). Продуктам 1394а обеспечена обратная совместимость с устройствами, выпущенными до принятия основного стандарта. Версия вводилась для повышения скорости до 800 Мбит/с и выше, высокоскоростные версии входят и в 1394b.
1394.1 определяет 4-проводный соединитель и устанавливает стандарт на шинные мосты.
1394.2 предполагается как стандарт на соединение кластера станций со скоростью обмена 1 Гбит/с и выше, несовместимый с 1394. Этот стандарт проистекает из IEEE 1596 SCI (Scalable Coherent Interface - масштабируемый когерентный интерфейс) для суперкомпьютеров и иногда называется Serial Express или SCILite. Сигнальный интерфейс 1394.2 похож на FCAL и допускает кольцевую топологию, запрещаемую стандартом 1394.
Последовательные интерфейсы FireWire и USB, имея общие черты, являются существенно различными технологиями. Обе шины обеспечивают простое подключение большого числа ПУ (127 для USB и 63 для FireWire), допуская коммутации и включение/выключение устройств при работающей системе. Топология обеих шин достаточно близка. Хабы USB входят в состав ЦУ; для пользователя их присутствие незаметно. Обе шины имеют линии питания устройств, но допустимая мощность для FireWire значительно выше. Обе шины поддерживают систему РпР (автоматическое конфигурирование при включении/выключении) и снимают проблему дефицита адресов, каналов DMA и прерываний. Различаются пропускная способность и управление шиной.
USB ориентирована на ПУ, подключаемые к PC. Ее изохронные передачи позволяют передавать только цифровые аудиосигналы. Все передачи управляются централизованно, и PC является необходимым управляющим узлом, находящимся в корне древовидной структуры шины. Соединение нескольких PC этой шиной не предусматривается.
FireWire ориентирована на интенсивный обмен между любыми подключенными к ней устройствами. Изохронный трафик позволяет передавать "живое" видео. Шина не требует централизованного управления со стороны PC. Возможно использование шины для объединения нескольких PC и ПУ в локальную сеть.
Новые устройства цифрового видео и аудио имеют встроенные адаптеры 1394. Подключение к шине FireWire традиционных аналоговых и цифровых устройств (плейеров, камер, мониторов) возможно через адаптеры-преобразователи интерфейсов и сигналов. Стандартные однотипные кабели и разъемы FireWire заменяют множество разнородных соединений устройств бытовой электроники с PC. Разнотипные цифровые сигналы мультиплексируются в одну шину. В отличие от сетей Ethernet, высокоскоростные передачи потоков данных по FireWire в реальном времени не требуют дополнительных протоколов. Кроме того, имеются средства арбитража, гарантирующие доступ к шине за заданное время. Применение мостов в сетях FireWire позволяет изолировать трафик групп узлов друг от друга.
Последовательная шина ACCESS.Bus (Accessory Bus), разработанная фирмой DEC, является шиной взаимодействия компьютера с его аксессуарами - например, монитором (канал VESA DDC), интеллектуальными источниками питания (Smart Battery) и т. п. Шина позволяет по двум сигнальным и двум питающим (12 В, 500 мА) проводам подключить до 14 устройств ввода/вывода, длина шины может достигать 8 м. Аппаратной основой является интерфейс PC, характеризуемый простотой реализации, но, даже по сравнению с USB, низкой производительностью. Над аппаратным протоколом PC для шины ACCESS.Bus имеется базовый программный протокол, с которым взаимодействуют протоколы конкретных подключенных устройств. Протоколы обеспечивают подключение/отключение устройств без перезагрузки ОС. Назначение сигналов разъема ACCESS.Bus, предложенное VESA, приведено в табл. 4.
Таблица 4
Контакт |
Назначение |
1 |
GND |
2 |
Ключ |
3 |
SDA |
4 |
+5 В (питание устройств) |
5 |
SCL |
Представленное учебное пособие рассматривает лишь небольшую часть устройства электронно-вычислительных машин. Оно служит для помощи изучающим курс «ЭВМ и периферийные устройства» в ознакомлении с вопросами ввода-вывода данных в компьютерных системах. Изложенный материал освещает основные последовательные интерфейсы периферийных устройств, используемые в современной компьютерной и микропроцессорной технике, и может служить в качестве вспомогательной информации для более глубокого понимания взаимодействия как отдельных устройств, компьютеров, так и систем, построенных на их основе.
Яшкардин В.Л. Рекомендованный стандарт 232. Интерфейс между терминалом данных и передающим оборудованием линии связи, применяющий последовательный обмен двоичными данными. www.softelectro.ru, 2009
Яшкардин В.Л. RS-485 - стандарт передачи данных по последовательному симметричному каналу. SoftElectro, 2009.
Новицкий А. Синхронный последовательный интерфейс SPI в микроконтроллерах «от А до Я» и его реализация. Материалы сайта www.kit-e.ru
Егоров А.В. Ядро SPI. SOPC builder, volume 4. Альтера, 2011
Торрес А. Шина I2C. По материалам фирмы Philips, Харьков, 1997
I2C-bus specification and user manual, User manual. Rev. 5-9, NXP, October 2012
Введение в CAN 2.0 интерфейс. ООО «Микрочип», Москва, 2001.
ISO 11898
Universal Serial Bus. Specification. Revision 1.1 September 23, 1998 Compaq, Intel, Microsoft, NEC
Яшкардин В.Л. USB. Спецификация универсальной последовательной шины. SoftElectro (2011).
ВЕДЕНИЕ |
3 |
|||
1. |
Интерфейсы периферийных устройств |
4 |
||
|
1.1. |
Классификация и терминология |
4 |
|
|
1.2. |
Интерфейсы периферийных устройств в микропроцессорных системах |
5 |
|
|
1.3. |
Интерфейс ЛВС |
7 |
|
2. |
Последовательные интерфейсы |
9 |
||
|
2.1. |
Синхронный и асинхронный режимы работы |
15 |
|
|
2.2. |
Виды кодирования информации в последовательных интерфейсах |
18 |
|
|
2.3. |
Организация физического уровня и основные параметры последовательных интерфейсов |
19 |
|
|
2.4. |
Последовательный интерфейс RS-232C |
22 |
|
|
|
2.4.1. |
Формат кадра RS-232C |
23 |
|
|
2.4.2. |
Сигналы интерфейса RS-232C |
24 |
|
|
2.4.3. |
Физический уровень интерфейса RS-232C |
25 |
|
|
2.4.4. |
Виды реализации последовательных интерфейсов |
26 |
|
2.5. |
Последовательный периферийный интерфейс SPI |
27 |
|
|
|
2.5.1. |
Режимы работы SPI |
29 |
|
|
2.5.2. |
Протоколы связи SPI |
31 |
|
|
2.5.3. |
Системные ошибки SPI |
31 |
|
2.6. |
Синхронный последовательный интерфейс I2C |
32 |
|
|
|
2.6.1. |
Протокол связи I2C |
34 |
|
|
2.6.2. |
Адресация на шине I2С |
34 |
|
|
2.6.3. |
Основные типы передачи данных |
35 |
|
|
2.6.4. |
Инициализация и прекращение передачи данных |
35 |
|
|
2.6.5. |
Режимы работы I2С-логики |
36 |
|
2.7. |
Протоколы нижнего уровня CAN |
41 |
|
|
|
2.7.1. |
Общая характеристика протокола CAN |
41 |
|
|
2.7.2. |
Физический уровень протокола CAN |
42 |
|
|
2.7.3. |
Форматы кадров протокола CAN |
42 |
|
|
2.7.4. |
Обнаружение коллизий и арбитраж |
46 |
|
|
2.7.5. |
Обнаружение ошибок и живучесть сети |
46 |
3. |
Последовательные шины |
48 |
||
|
3.1. |
Шина USB |
48 |
|
|
|
3.1.1. |
Структура USB |
49 |
|
|
3.1.2. |
Физический интерфейс USB |
53 |
|
|
3.1.3. |
Модель передачи данных |
57 |
|
|
3.1.4. |
Типы передачи данных |
59 |
|
|
3.1.5. |
Протокол USB |
61 |
|
|
3.1.6. |
Форматы пакетов USB |
62 |
|
|
3.1.7. |
Системное конфигурирование USB |
65 |
|
|
3.1.8. |
Устройства USB - функции и хабы |
67 |
|
|
3.1.9. |
Хост-контроллер USB |
70 |
|
3.2. |
Шина IEEE 1394 - FireWire |
71 |
|
|
|
3.2.1. |
Структура и взаимодействие устройств шины IEEE 1394 |
72 |
|
|
3.2.2. |
Протокол IEEE 1394 |
75 |
|
|
3.2.3. |
Управление шиной FireWire |
77 |
|
|
3.2.4. |
Изохронная транспортировка данных FireWire |
77 |
|
|
3.2.5. |
Синонимы и дополнения стандарта IEEE 1394 |
78 |
|
|
3.2.6. |
Сравнение FireWire и USB |
79 |
|
3.3. |
Шина ACCESS.Bus |
81 |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
82 |
|||
Библиографический список |
83 |
|||
Учебное издание
Попов Алексей Васильевич
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ
ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ
В авторской редакции
Компьютерный набор А.В. Попова
Подписано к изданию 20.12.2013.
Объем данных 1,46Мб
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»