Bài giảng Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối: Chương 2 - Bùi Quốc Anh

Bài giảng Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối: Chương 2 - Giao thức ghép nối do Bùi Quốc Anh biên soạn sẽ giới thiệu tới các bạn các giao thức ghép nối; đặc điểm lập trình I/O.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối: Chương 2 - Bùi Quốc Anh ch. 2 giao thøc ghÐp nèi (Interfacing Protocols) Bao gåm: - Giao thøc ghÐp nèi - §Æc ®iÓm lËp tr×nh I/O P&I-Ch2: Protocols 1 2.1. Interface Protocols: • K/n: Lµ c¸c qui ®Þnh: – Signals – Data format – Rate – Error detection & correction – Command & Response set – Scenario (kÞch b¶n) ISO 7 layer Model (Ref. Computer networks) Cã thÓ ph©n chia thµnh 2 nhãm chÝnh: • Transport-Oriented Protocols (1..4) (!!!) – PhysicAL (wire, cable, connector, port), DataLink (CRC, CS, Token), NetWork (Comm. 2 networks ), Transport (Err-protected raw infor), • Application-Oriented Protocols (5..7) : – Session (Opening, End), Presentation (Common Language) vµ Application (Read/Write, Start/Stop, FileTransfer) P&I-Ch2: Protocols 2 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: Khi thiÕt kÕ, x©y dùng ghÐp nèi m¸y tÝnh, cÇn chó ý ®Æc biÖt tíi tÝn hiÖu theo c¸c yªu cÇu: • H¬n 1 thiÕt bÞ? => bus/m¹ng hay kh«ng ? => dïng bit (tr−êng) ®Þa chØ. • NÕu dïng bus => Standard bus hay kh«ng? IDE vμ LPT-mode 0 cables lμ bus? t¹i sao? • Data: Xa /gÇn, nhanh/chËm => Serial vs Parallel • Xa: Daisy chain cho t/h hoÆc nguån cÊp... • C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ tr¹ng th¸i: • Control signals • Status signals • Handshaking signals - bắt tay P&I-Ch2: Protocols 3 • Daisy chain: – Nối các thiết bị có khoảng cách từ vài đến vài chục m, đầu ra của port (module) thứ n nối với đầu vào của n+1 – Dùng cho tín hiệu (// & nt), nguồn cung cấp, handshake... P&I-Ch2: Protocols 4 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: • VÝ dô 1: PC-LPT handshaking: PC SLCT SLTC_in Line Printer LPT port H×nh 2.1.a. LPT handshake Signal P&I-Ch2: Protocols 5 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: • VÝ dô 2: PC Comm-Modem handshaking: RTS CTS PC 1 Modem or Comm PC 2 Port Comm DTR DSR Port H×nh 2.1.b. CommPort Handshake Signals •Ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi tÝn hiÖu: biªn, tÇn, pha, dßng, quang (c¸p quang, Ir) P&I-Ch2: Protocols 6 2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals: • T/c vật lý của tín hiệu: - Direction: In/Out, Input voltage: -0.5V to Vcc +0.5V - Mức điện áp: Mức áp ? (TTL (transistor transistor logic- [0..0.8V/ 2..5V]) , 12V/ 24V/48V...) - Single End (đơn cực) vs Differential (vi sai) signals - Khả năng tải - dòng điện ra: (Fan Out, Loading): + Number of Standard/LS TTL loads, + Sink: dòng vào – LowLevel, (cỡ mA), + Source: dòng ra – HighLevel, mA/uA.(H. 2.1.c) • Nối chung/ghép nối bus đơn giản: 3 state (Hi Z), open collector (Open Drain), Mux – dồn kênh, Switch - khóa. • Hot swap – hot plugible: Y/c Vcc và t/h ( www.atmel.com ) • Cách ly (isolation): Relay, Opto Coupler, IrLED... • Bus Slot, Connector, chuẩn, số chân (pin) P&I-Ch2: Protocols 7 P&I-Ch2: Protocols 8 S¬ ®å c¸ch ly quang häc ®/v tÝn hiÖu In/Out: Hình 2.2. Opto Coupler P&I-Ch2: Protocols 9 Cable & Connectors: • Connectors: – D shell: DB9, DB25,... – DIN, • Cable: • Flat, • Coaxial, • Shield, • Twisted Pair • Normal • Optical Fiber... H×nh 2.3.a. Connectors P&I-Ch2: Protocols 10 H×nh 2.3.b. Optical Connector & S¬ ®å: P&I-Ch2: Protocols 11 H×nh 2.3.c. Sîi c¸p quang: P&I-Ch2: Protocols 12 2.1. Interface Protocols: 2.1.2. Format sè liÖu: ®èi víi file/text: sè liÖu nhiÒu => khi trao ®æi (với DAS, PLC, Digi-Oscilloscope, GPS, TelSat...) Î ‘®ãng gãi’ sè liÖu (packaging). Mçi gãi tin (packet) gåm 3 phÇn: • Header: [cã thÓ cã: tªn b¶n tin, tªn gãi, sè thø tù, ký tù b¾t tay, ký tù ®ång bé, sè ký tù/ byte trong gãi tin...], kh«ng mang tin. • Content: néi dung tin - mang th«ng tin. • Tailer: M∙ b¾t tay kÕt thóc, [m∙ kiÓm tra lçi] - kh«ng mang tin. VÝ dô: HDC, FDC: Full Sector: gap - 5 byte ID field - 2 byte ID CRC - gap - data field: 512 byte - 2 byte CRC. FTP, Kermit, X-Modem.. Protocols: 128[256] B/pack. P&I-Ch2: Protocols 13 H×nh 2.3.d. USB data packet format Byte sè liÖu/character/frame: (truyÒn kh«ng ®ång bé, RS-232, RS-485, RS-422...): ký tù hay byte ®−îc ®Þnh d¹ng thµnh 1 frame: • 1 start bit = 0, • 5/6/7/8 data bit, D0 first, • [parity: Even/ Odd], • 1 / [1.5 / 2] stop bit = 1(s). P&I-Ch2: Protocols 14 2.1. Interface Protocols: 2.1.3. Tèc ®é trao ®æi th«ng tin: XuÊt ph¸t tõ: Nhu cÇu trao ®æi th«ng tin cña T/b ngo¹i vi => chän kiÓu truyÒn thÝch hîp, cã liªn quan tíi t/h: ƒ Bottle-neck? ƒ Phô thuéc Kho¶ng c¸ch - tÝch sè (k/c vµ tèc ®é) ƒ NhiÔu: theo c«ng thøc Shannon: bps = BW log2 (1+P/N). Víi BW: bandwidth, P/N tû sè c«ng suÊt tÝn hiÖu/ nhiÔu (not a dB ratio) ƒ M«i tr−êng, ®−êng truyÒn (c¸p ®ång, quang, wireless: radio, infrared) ƒ Synchronous/Asynchronous? ƒ Modulation/Demodulation ... => tèc ®é bao nhiªu kbps/kBps, tèc ®é chuÈn? Ví dụ: LPT: SPP mode: 50..100kBps - software, ECP: 2..4 MBps - DMA ...