| 1. Параллельные интерфейсы Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них
для передачи бит в слове используются отдельные сигналь-
ные линии, и биты передаются одновременно. Параллельные
интерфейсы используют логические уровни ТТЛ (транзистор-
но-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля из-
за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальва-
ническая развязка отсутствует. Параллельные интерфейсы
используют для подключения принтеров. Передача данных
может быть как однонаправленной (Centronics), так и двунап-
равленной (Bitronics). Иногда параллельный интерфейс ис-
пользуют для связи между двумя компьютерами - получает-
ся сеть, "сделанная на коленке" (LapLink). Ниже будут
рассмотрены протоколы интерфейсов Centronics, стандарт
IEEE 1284, а также реализующие их порты PC. 1.1. Интерфейс Centronics и LPT-порт Для подключения принтера по интерфейсу Centronics в PC
был введен порт параллельного интерфейса - так возникло
название LPT-порт (Line PrinTer - построчный принтер).
Хотя сейчас через этот порт подключаются не только по-
строчные принтеры, название "LPT" осталось. 1.1.1. Интерфейс Centronics Понятие Centronics относится как к набору сигналов и про-
токолу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему на
принтерах. Назначение сигналов приведено в табл. 1.1, а вре-
менные диаграммы обмена с принтером - на рис. 1.1. Интерфейс Centronics поддерживается принтерами с парал-
лельным интерфейсом. Его отечественным аналогом явля-
ется интерфейс ИРПР-М. Традиционный порт SPP (Standard Parallel Port) является
однонаправленным портом, через который программно реа-
лизуется протокол обмена Centronics. Порт вырабатывает -------------------------------------------------------------------------------- аппаратное прерывание по импульсу на входе Ack#. Сигна-
лы порта выводятся на разъем DB-25S (розетка), установ-
ленный непосредственно на плате адаптера (или системной
плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом. Название
и назначение сигналов разъема порта (табл. 1.2) соответству-
ют интерфейсу Centronics. Сигнал
I/O*
Контакт
Назначение
Strobe"
I
1
Строб данных. Данные фиксируют-
ся по низкому уровню сигнала
Data [0:7]
I
2-9
Линии данных. Data 0
(контакт 2) - младший бит
Ack#
0
10
Acknowledge - импульс подтверж-
дения приема байта (запрос на
прием следующего). Может исполь-
зоваться для формирования
запроса прерывания
Busy
0
11
Занято. Прием данных возможен
только при низком уровне сигнала
PaperEnd
о
12
Высокий уровень сигнализирует
о конце бумаги
Select
о
13
Сигнализирует о включении прин-
тера (обьгано в принтере соединя-
ется резистором с цепью +5 В)
AutoLF#
I
14
Автоматический перевод строки.
При низком уровне принтер,
получив символ CR (Carriage Re-
turn - возврат каретки), автомати-
чески выполняет и функцию Lf
(Line Feed - перевод строки)
Error"
о
32
Ошибка: конец бумаги, состояние
OFF-Line или внутренняя ошибка
принтера
lnit#
I
31
Инициализация (сброс в режим
параметров умолчания, возврат
к началу строки)
Select ln#
36
Выбор принтера (низким уровнем).
При высоком уровне принтер не
воспринимает остальные сигналы
интерфейса
GND
-
19-30, 33
Общий провод интерфейса
-------------------------------------------------------------------------------- Рис. 1.1. Передача данных по протоколу Centronics Контакт
DB-25S
Номер
провода
в кабеле
Назначение
I/O*
Reg. Bit**
Сигнал
1
1
0/1
CR.O\
Strobe"
2
3
0(1)
DR.0
DataO
3
5
0(1)
DR.1
Data 1
4
7
0(1)
DR.2
Data 2
5
9
0(1)
DR.3
Data3
6
11
0(1)
DR.4
Data 4
7
13
0(1)
DR.5
Data 5
8
15
0(1)
DR.6
Data 6
9
17
0(1)
DR.7
Data 7
10
19
1***
SR.6
Ack#
11
21
1
SR.A
Busy
12
23
1
SR.5
PaperEnd
13
25
1
SR.4
Select
14
2
0/1
CR.1\
Auto LF#
15
4
1
SR.3
Error*
16
6
0/1
CR.2
lnit#
17
8
0/1
CR.3\
Select ln#
18-25
10, 12,14,
16, 18.20,
22, 24, 26
-
^
~"
* I/O задает направление передачи (вход/выход) сигнала порта.
0/1 обозначает выходные линии, состояние которых считыва-
ется при чтении из портов вывода; (I) - выходные линии, со-
стояние которых может быть считано только при особых условиях
(см. ниже). ** Символом "\" отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре
соответствует низкому уровню линии). *** Вход Ack# соединен резистором (10 кОм) с питанием +5 В. -------------------------------------------------------------------------------- 1.1.2. Традиционный LPT-порт Адаптер параллельного интерфейса представляет собой на-
бор регистров, расположенных в пространстве ввода/вы-
вода. Регистры порта адресуются относительно базового
адреса порта, стандартными значениями которого явля-
ются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию
запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7 или IRQ5.
Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную
шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих
сигналов, BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-пор-
тов (LPT1-LPT4) своим сервисом - прерыванием INT 17h,
обеспечивающим через них связь с принтером по интерфей-
су Centronics. Этим сервисом BIOS осуществляет вывод сим-
вола (по опросу готовности, не используя аппаратных пре-
рываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также
опрос состояния принтера. Стандартный порт имеет три 8-битных регистра, располо-
женных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода,
начиная с базового адреса порта (BASE). Data Register (DR) - регистр данных, адрес=ВЛ5Е. Данные,
записанные в этот порт, выводятся на выходные линии ин-
терфейса. Данные, считанные из этого регистра, в зависимо-
сти от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее за-
писанным данным, либо сигналам на тех же линиях, что не
всегда одно и то же. Если в порт записать байт с единицами
во всех разрядах, а на выходные линии интерфейса через
микросхемы с выходом типа "открытый коллектор" подать
какой-либо код (или соединить ключами какие-то линии со
схемной землей), то этот код может быть считан из того же
регистра данных. Таким образом на многих старых моделях
адаптеров можно реализовать порт ввода дискретных сигна-
лов, однако выходным цепям передатчика информации при-
дется "бороться" с выходным током логической единицы
выходных буферов адаптера. Схемотехника ТТЛ такие ре-
шения не запрещает, но если внешнее устройство выполне-
но на микросхемах КМОП, их мощности может не хватить
для "победы" в этом шинном конфликте. Однако современ- -------------------------------------------------------------------------------- ные адаптеры часто имеют в выходной цепи согласующий
резистор с сопротивлением до 50 Ом. Выходной ток коротко-
го замыкания выхода на землю обычно не превышает 30 мА.
Простой расчет показывает, что в случае короткого замыка-
ния контакта разъема на землю при выводе "единицы" на
этом резисторе падает напряжение 1,5 В, что входной схе-
мой приемника будет воспринято как "единица". Так что
такой способ ввода не будет работать на всех компьютерах. На некоторых адаптерах портов выходной буфер отключа-
ется перемычкой на плате. Тогда порт превращается в обык-
новенный порт ввода. Status Register (SR) - регистр состояния; представляет со-
бой 5-битный порт ввода сигналов состояния принтера (биты
SR.4-SR.7), адрес==8ЛЗЕ+7. Бит SR. 7 инвертируется - низ-
кому уровню сигнала соответствует единичное значение бита
в регистре, и наоборот. Назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера
контактов разъема): ^ SR. 7 - Busy - инверсные отображения состояния линии
Busy (11): при низком уровне на линии устанавливается
единичное значения бита - разрешение на вывод очеред-
ного байта. ^ SR.6 - Ack (Acknowledge) - отображения состояния ли-
нии Ack# (10). ^ SR.5 - РЕ (Paper End) - отображения состояния линии
Paper End (12). Единичное значение соответствует высо-
кому уровню линии - сигналу о конце бумаги в принтере. ш SR.4 - Select - отображения состояния линии Select (13).
Единичное значение соответствует высокому уровню ли-
нии - сигналу о включении принтера. s8 SR.3 - Error - отображения состояния линии Error (15).
Нулевое значение соответствует низкому уровню линии -
сигналу о любой ошибке принтера. ®? SR.2 - PIRQ - флаг прерывания по сигналу Ackft (толь-
ко для порта PS/2). Бит обнуляется, если сигнал Ack#
вызвал аппаратное прерывание. Единичное значение ус- -------------------------------------------------------------------------------- танавливается по аппаратному сбросу и после чтения ре-
гистра состояния. ^ SR[1:OJ - зарезервированы. Control Register (CR) - регистр управления, wpec^BASE+2.
Как и регистр данных, этот 4-битный порт вывода допуска-
ет запись и чтение (биты 0-3), но его выходной буфер обычно
имеет тип "открытый коллектор". Это позволяет корректно
использовать линии данного регистра как входные при про-
граммировании их в высокий уровень. Биты О, 1, 3 инвер-
тируются. Назначение бит регистра управления: SB CR[7:6] - зарезервированы. т CR.5 - Direction - бит управления направлением переда-
чи (только для портов PS/2). Запись единицы переводит
порт данных в режим ввода. При чтении состояние бита
не определено. ^ CR.4 - AcklntEn (Ack Interrupt Enable) - единичное зна-
чение разрешает прерывание по спаду сигнала на линии
Ack# - сигнал запроса следующего байта. is CR.3 - Select In - единичное значение бита соответству-
ет низкому уровню на выходе Select ln# (17) - сигналу,
разрешающему работу принтера по интерфейсу Centronics. ^ CR.2 - Init - нулевое значение бита соответствует низко-
му уровню на выходе 1п'Л# (16) - сигналу аппаратного
сброса принтера. т CR. 1 - Auto LF - единичное значение бита соответствует
низкому уровню на выходе Auto LF# (14) - сигналу на
автоматический перевод строки (LF - Line Feed) по при-
ему байта возврата каретки (CR). Иногда сигнал и бит
называют AutoFD или AutoFDXT. ^ CR.O - Strobe - единичное значение бита соответствует
низкому уровню на выходе Strobeft (1) - сигналу стро-
бирования выходных данных. Запрос аппаратного прерывания (обьлно IRQ7 или IRQ5) вы-
рабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выво-
де 10 разъема интерфейса (Ack#) при установке CR.4=i. Во -------------------------------------------------------------------------------- избежание ложных прерываний контакт 10 соединен резис-
тором с шиной +5 В. Прерывание вырабатывается, когда
принтер подтверждает прием предыдущего байта. Как уже
было сказано, BIOS это прерывание не использует и не об-
служивает. Процедура вывода байта по интерфейсу Centronics включает
следующие шаги (в скобках приведено требуемое количе-
ство шинных операций процессора): ^ Вывод байта в регистр данных (1 цикл IOWR#). ^ Ввод из регистра состояния и проверка готовности уст-
ройства (бит SR. 7 - сигнал Busy). Этот шаг зацикливает-
ся до получения готовности или до срабатывания про-
граммного тайм-аута (минимум 1 цикл IORD#). ш По получении готовности выводом в регистр управления
устанавливается строб данных, а следующим выводом строб
снимается (2 цикла IOWR#). Обычно, чтобы переключить
только один бит (строб), регистр управления предвари-
тельно считывается, что добавляет еще один цикл IORD#. Видно, что для вывода одного байта требуется 4-5 операций
ввода/вывода с регистрами порта (в лучшем случае, когда
готовность обнаружена по первому чтению регистра состоя-
ния). Отсюда вытекает главный недостаток вывода через
стандартный порт - невысокая скорость обмена при значи-
тельной загрузке процессора. Порт удается разогнать до ско-
ростей 100-150 Кбайт/с при полной загрузке процессора, что
недостаточно для печати на лазерном принтере. Другой не-
достаток - функциональный - сложность использования в
качестве порта ввода. Стандартный порт асимметричен - при наличии 12 линий
(и бит), нормально работающих на вывод, на ввод работают
только 5 линий состояния. Если необходима симметричная
двунаправленная связь, на всех стандартных портах рабо-
тоспособен ^ежгш полубайтного обмена - Nibble Mode. В этом
режиме, называемом также Hewlett Packard Bitronics, одно-
временно передаются 4 бита данных, пятая линия исполь-
зуется для квитирования. Таким образом, каждый байт пе-
редается за два цикла, а каждый цикл требует по крайней
мере 5 операций ввода/вывода. -------------------------------------------------------------------------------- 1.1.3. Расширения параллельного порта Недостатки стандартного порта частично устраняли новые
типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2. Двунаправленный порт 1 (Type 1 parallel port} -интерфейс,
введенный в PS/2. Такой порт кроме стандартного режима
может работать в режиме ввода или двунаправленном ре-
жиме. Протокол обмена формируется программно, а для
указания направления передачи в регистр управления пор-
та введен специальный бит CR.5:0 - буфер данных работа-
ет на вывод, 1 - на ввод. Не путайте этот порт, называемый
также enhanced bi-directional, с ЕРР. Данный тип порта при-
жился и в обычных компьютерах. Порт с прямым доступом к памяти (Type 3 DMA parallelport)
применялся в PS/2 моделей 57, 90, 95. Был введен для по-
вышения пропускной способности и разгрузки процессора
при выводе на принтер. Программе, работающей с портом,
требовалось только задать в памяти блок данных, подлежа-
щих выводу, а затем вывод по протоколу Centronics произ-
водился без участия процессора. Позже появились другие адаптеры LPT-портов, реализую-
щие протокол обмена Centronics аппаратно - Fast Centronics.
Некоторые из них использовали FIFO-буфер данных -
Parallel Port FIFO Mode. He будучи стандартизованными, та-
кие порты разных производителей требовали использования
собственных специальных драйверов. Программы, исполь-
зующие прямое управление регистрами стандартных портов,
не умели более эффективно их использовать. Такие порты
часто входили в состав мультикарт VLB. Существуют их ва-
рианты с шиной ISA, в том числе встроенные. 1.2. Стандарт IEEE 1284 Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый
в 1994 году, определяет порты SPP, ЕРР и ЕСР. Стандарт
определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования
режима, физический и электрический интерфейсы. Соглас-
но IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена дан-
ными через параллельный порт: -------------------------------------------------------------------------------- ^ Режим совместимости (Compatibility Mode) - однонаправ-
ленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим со-
ответствует стандартному порту SPP. ^ Полубайтный режим (Nibble Mode) - ввод байта в два
цикла (по 4 бита), используя для приема линии состоя-
ния. Этот режим обмена может использоваться на лю-
бых адаптерах. ^ Байтный режим (Byte Mode) - ввод байта целиком, ис-
пользуя для приема линии данных. Этот режим работает
только на портах, допускающих чтение выходных дан-
ных (Bi-Directional или PS/2 Type 1). т Режим ЕРР (Enhanced Parallel Port) (EPP Mode) - дву-
направленный обмен данными. Управляющие сигналы
интерфейса генерируются аппаратно во время цикла об-
ращения к порту. Эффективен при работе с устройства-
ми внешней памяти и адаптерами локальных сетей. ^ Режим ЕСР (Extended Capability Port) (ECP Mode) - дву-
направленный обмен данными с возможностью аппарат-
ного сжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding)
и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие
сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффекти-
вен для принтеров и сканеров. В компьютерах с LPT-портом на системной плате режим -
SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация - задается в BIOS Setup.
Режим совместимости полностью соответствует стандартно-
му порту SPP. Остальные режимы подробно рассмотрены
ниже. 1.2.1. Физический и электрический интерфейсы Стандарт IEEE 1284 определяет физические характерис-
тики приемников и передатчиков сигналов. Специфика-
ции стандартного порта не задавали типов выходных схем,
предельных значений величин нагрузочных резисторов и
емкости, вносимой цепями и проводниками. На относи-
тельно невысоких скоростях обмена разброс этих парамет-
ров не вызывал проблем совместимости. Однако расши-
ренные (функционально и по скорости передачи) режимы -------------------------------------------------------------------------------- требуют четких спецификаций. IEEE 1284 определяет два
уровня интерфейсной совместимости. Первый уровень
(Level I) определен для устройств медленных, но исполь-
зующих смену направления передачи данных. Второй уро-
вень (Level II) определен для устройств, работающих в
расширенных режимах, с высокими скоростями и длин-
ными кабелями. К передатчикам предъявляются следую-
щие требования: ^ Уровни сигналов без нагрузки не должны выходить за
пределы -0,5... +5,5 В. ^ Уровни сигналов при токе нагрузки 14 мА должны быть
не ниже +2,4 В для высокого уровня (Уон) и не выше
+0,4 В для низкого уровня (VoiJ на постоянном токе. ii Выходной импеданс Ro, измеренный на разъеме, должен
составлять 50±5 Ом на уровне VoH~VoL. Для обеспечения
заданного импеданса используют последовательные резис-
торы в выходных цепях передатчика. Согласование им-
педанса передатчика и кабеля снижает уровень импульс-
ных помех. ^ Скорость нарастания (спада) импульса должна находить-
ся в пределах 0,05-0,4 В/нс. Требования к приемникам: ^ Допустимые пиковые значения сигналов -2,0...+7,0 В. ^ Пороги срабатывания должны быть не выше 2,0 В (V^)
для высокого уровня и не ниже 0,8 В (Vi^) для низкого. а Приемник должен иметь гистерезис в пределах 0,2...1,2 В
(гистерезисом обладают специальные микросхемы - триг-
геры Шмитта). ^ Входной ток микросхемы (втекающий и вытекающий) не
должен превышать 20 мкА, входные линии соединяются
с шиной питания +5 В резистором 1,2 кОм. ^ Входная емкость не должна превышать 50 пФ. Когда появилась спецификация ЕСР, фирма Microsoft ре-
комендовала применение динамических терминаторов на
каждую линию интерфейса. Однако в настоящее время сле-
дуют спецификации IEEE 1284, в которой динамические -------------------------------------------------------------------------------- терминаторы не применяются. Рекомендованные схемы
входных, выходных и двунаправленных цепей приведены
на рис. 1.2. Стандарт IEEE 1284 определяет три типа используемых
разъемов. Типы A (DB-25) и В (Centronics-36) используются
в традиционных кабелях подключения принтера, тип С -
новый малогабаритный 36-контактный разъем. Рис. 1.2. Оконечные цепи линий интерфейса IEEE 1284: а - однонаправленных, б - двунаправленных Традиционные интерфейсные кабели имеют от 18 до 25 про-
водов, в зависимости от числа проводников цепи GND. Эти
проводники могут быть как перевитыми, так и нет. К экра-
нированию кабеля жестких требований не предъявлялось.
Такие кабели вряд ли будут надежно работать на скорости
передачи 2 Мбайт/с и при длине более 2 м. Стандарт
IEEE 1284 регламентирует свойства кабелей. -------------------------------------------------------------------------------- ^ Все сигнальные линии должны быть перевитыми с от-
дельными обратными (общими) проводами. ^ Каждая пара должна иметь импеданс 62±б Ом в частот-
ном диапазоне 4-16 МГц. ^ Уровень перекрестных помех между парами не должен
превышать 10%. ^ Кабель должен иметь экран (фольгу), покрывающий не
менее 85% внешней поверхности. На концах кабеля эк-
ран должен быть окольцован и соединен с контактом
разъема. Кабели, удовлетворяющие этим требованиям, маркируются
надписью "lEEEStd 1284-1994 Compliant^. Они могут иметь
длину до 10 метров, обозначения типов приведены в табл. 1.3. Тип
Расшифровка
Разъем 1
Разъем 2
АМАМ
Type A Male - Type A Male
А(вилка)
А(вилка)
AMAF
Туре A Male - Type A Female
А(вилка)
А (розетка)
АВ
Type A Male - Туре В Plug
(стандартный кабель
к принтеру)
А(вилка)
В
АС
Type A Male - Type С Plug
(новый кабель к принтеру)
А(вилка)
С
ВС
Type В Plug - Type С Plug
В
С
СС
Туре С Plug - Type С Plug
С
С
1.2.2. Режимы передачи данных IEEE 1284 определяет пять режимов обмена, один из кото-
рых полностью соответствует стандартному выводу по про-
токолу Centronics. Стандарт определяет способ, по которому
ПО может определить режим, доступный и хосту (PC), и
ПУ (или присоединенному второму компьютеру). Режимы
нестандартных портов, реализующих протокол обмена
Centronics аппаратно (Fast Centronics, Parallel Port FIFO Mode), -------------------------------------------------------------------------------- могут и не являться режимами IEEE 1284, несмотря на на-
личие в них черт ЕРР и ЕСР. При описании режимов обмена фигурируют следующие по-
нятия: ^ Хост - компьютер, обладающий параллельным портом. ^ ПУ - периферийное устройство, подключаемое к этому
порту. ^ Ptr - в обозначениях сигналов обозначает передающее ПУ.
is Прямой канал - канал вывода данных от хоста в ПУ.
^ Обратный канал - канал ввода данных в хост из ПУ.
Полубайтный режим ввода - Nibble Mode Предназначен для двунаправленного обмена. Может рабо-
тать на всех стандартных портах. Порты имеют 5 линий вво-
да состояния, используя которые ПУ может посылать в хост
байт тетрадами (nibble - полубайт, 4 бита) за два приема.
Сигнал Ack#, вызывающий прерывание, которое может ис-
пользоваться в данном режиме, соответствует биту 6 регис-
тра состояния, что усложняет программные манипуляции с
битами при сборке байта. Сигналы порта приведены в
табл. 1.4, временные диаграммы - на рис. 1.3. Рис. 1.3. Прием данных в полубайтном режиме Прием байта данных в полубайтном режиме состоит из сле-
дующих фаз: 1. Хост сигнализирует о готовности приема данных уста-
новкой низкого уровня на линии HostBusy. 2. ПУ в ответ помещает тетраду на входные линии состоя-
ния. -------------------------------------------------------------------------------- 3. ПУ сигнализирует о готовности тетрады установкой низ-
кого уровня на линии PtrClk. 4. Хост устанавливает высокий уровень на линии HostBusy,
указывая на занятость приемом и обработкой тетрады. 5. ПУ отвечает установкой высокого уровня на линии PtrClk. 6. Шаги 1-5 повторяются для второй тетрады.
| 
