Bài giảng Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối - Chương 4: I/O interface bus overview - Bùi Quốc Anh
CH 4. I/O INTERFACE BUS OVERVIEW
GIỚI THIỆU BUS CHUẨN CHO GHÉP NỐI, MỞ RỘNG:
– ISA/ PC-104 – AT bus
– USB (Universal Serial Bus)
– Philips I2C
– PCI (Peripheral Component Interconnect)
– SCSI (Small Computer Systems Interface)
– GPIB (General Purpose Interface Bus)
– Field buses: Siemens PROFIBUS, ASi bus, Multi Point
– IEEE 1394
– Ethernet IEEE 802.x: IP RTU and IP devices
– ...
P&I
Ch4 - Bus
1
4.0. KHÁI NIỆM VỀ BUS:
• Là: PCB (Printed Circuit Board), Cable (Copper/
Optic), Slot, Connector...
• Nối nhiều thiết bị slave [master], dùng chung: trong 1
thời điểm chỉ có 1 talker – 1 hoặc nhiều listener
• Bus song song (n bit như ISA, PCI, GPIB, SCSI…) hoặc
nối tiếp (I2C, USB, SSA, Profi, ASi, IEEE 1394...)
• IO Buses vs Mem/CPU/Local Buses
• Thành phần (physical lines/ time sharing):
– Address
– Data
– Control/ Status/Handshake/data check
– [Power supply]
P&I
Ch4 - Bus
2
1
Phân loại bus
• Bus size: data 8, 16, 32 bit ~ 16/24/32 Address bus, các bus nối
tiếp khả năng quản lý được bao nhiêu thiết bị: USB ~ 127,
IEEE1394~64k…)
• Parallel vs Serial
• Tốc độ vận chuyển MB/s – tốc độ max, chú ý chọn năng lực bus
gấp 10 lần tốc độ trung bình
• Cấu trúc:
– Tách biệt: Address, Data, Control – có thể có multi plexed mode (x86)
– Dùng cho Burst Mode: Single address first, data packet after.
– Serial Bus: Start/Stop, Address, Data, Read/Write
• Đối tượng ghép nối:
– Mem bus (local ~, sys ~...),
– IO Bus: PCI (!), ISA, EISA, MC, USB, FireWire...
– Field bus Siemens Profi bus
P&I
Ch4 - Bus
3
4.1. Industry Small Architecture (ISA) bus:
• ISA/ AT bus, 1984, IBM, PC-104 bus, Available in
Pentium, PowerPC Platforms
• Để ghép thêm các card/ thiết bị I/O chuẩn với Mother
Board, 1..12 Slots, iPCs, hiện tại các máy có thể không
dùng slot
• 8/ 16 bit for data transfers
• 4,77 => 8,33 MHz/11.1MHz => 2.75 MWps/5.5 MWps
max, DMA 16.
• Only 1 BusMaster, CPU hoặc DMAC, w AEN
• No data integrity, không kiểm tra parity, IO Check
• Dùng để ghép với các thiết bị chậm, kiểu ký tự: ‘character
typed devices’ : keyboard, mouse...
• Refer ‘AT Technical Reference’ or TechHelp for detail
P&I
Ch4 - Bus
4
2
Hình 4.1. AT/ ISA/ PC 104 bus
P&I
Ch4 - Bus
5
Chu kỳ R/W của ISA
• Tham khảo hình cuối Ch1
• Là IO bus có đủ các tín hiệu điều khiển
• Tham khảo: techfes.com để nắm được ý
nghĩa của các tín hiệu ISA bus
• BT: vẽ các chu kỳ bus của ISA;
– IORead bus cycle
– IOWrite bus cycle
– IOR-MEMW DMA bus cycle
– MEMR-IOW DMA bus cycle
P&I
Ch4 - Bus
6
3
4.2. Universal serial bus - USB:
P&I
Ch4 - Bus
7
4.2. Universal Serial Bus Rev. 4.2.1: Topology
• Rev.1.1:
23/09/1998
• Chia thành
nhiều Tiers
• Các Tiers nối
các thiết bị:
Hub hoặc
chức năng
• Mỗi Tier có
Hub(s)
P&I
Ch4 - Bus
8
4
4.3. USB: specifications
Chỉ có 1 USB host (USB
Controller) trong hệ
Devices, có 2 loại:
Hub, mở rộng thêm thiết bị nối vào USB
Các thiết bị chức năng như ISDN, JoyStick, KB,
Printer, Digital Camera, Mass Storage...
Thiết bị chuẩn interface USB theo:
USB Protocol
Chuẩn Hđ của USB: config và reset
Communication Standard
USB Controller/ Host polls bus & initiates all data
transfer
P&I
Ch4 - Bus
9
Ưu điểm:
Tín hiệu vi sai phát/ thu, bọc kim, chống nhiễu
CRC Protection đ/v data & control fields
Tự phát hiện attach/ detach, xác định cấu hình các
thiết bị tự động ở mức hệ thống
TimeOut đ/v trường hợp mất gói tin/ gói tin lỗi
P&I
Ch4 - Bus
10
5
4.3. USB: Physical interface
1.5 Mbps – Low speed mode và 12Mbps (Revision 1.1)
Nguồn cấp +5V, vài metre
Power managment
Revision 2.0: 480Mb/s
P&I
Ch4 - Bus
11
P&I
Ch4 - Bus
12
6
P&I
Ch4 - Bus
13
P&I
Ch4 - Bus
14
7
P&I
Ch4 - Bus
15
P&I
Ch4 - Bus
16
8
P&I
Ch4 - Bus
17
P&I
Ch4 - Bus
18
9
Các lớp thiết bị USB
• Là các đặc tả để quy định số lượng và chủng loại thiết
bị để host nhận dạng thiết bị và forrmat của data.
– Audio devices: nhận/gửi sound (decoded voice, music…
isochronal hay block (đối với MIDI)
– Chip Card Interface Device - CCID: là các loại thẻ dùng
cho việc gọi điện thoại, thẻ ra vào, trả cước cầu đường, bảo
hiểm y tế, giải mã cho các bộ thu truyền hình vệ tinh, tín
dụng có cập nhật thông tin.
– Communication devices: thiết bị thoại (analog
phone/modem, ISDN adaptor, digi phone) và các thiết bị
mạng tốc độ trung bình (ADSL modem, 10/100base-
Ethernet adapter và hub)
P&I
Ch4 - Bus
19
– Lớp thiết bị bảo mật: định nghĩa cách thức truy cập tới các
file, âm nhạc, hình ảnh hoặc các dữ liệu khác được truyền trên
bus với password
– Lớp thiết bị cập nhật firmware từ Host: Lớp thiết bị này cho
phép khi sử dụng chức năng nạp bootloader cho vi điều khiển.
– Human Interface Devices - HID: Keyboard, mouse,
joystick…Thường driver có sẵn trong các OS.
– Infrared Data Association Bridge: quy định những yêu cầu
về phần cứng và các giao thức cho phép việc truyền tải dữ
liệu ở khoảng cách ngắn bằng hồng ngoại.
– Secondary storage devices (In/Out): FDC/HDCs, CD, DVD
và flashmem, camera cũng có thể sử dụng lớp lưu trữ thứ cấp
cho phép việc truy cập các file hình ảnh trong bộ nhớ của
camera… với các lệnh xóa, copy, move, forrmat…
P&I
Ch4 - Bus
20
10
– Lớp thiết bị in ấn: quy định forrmat định chữ
hay hình ảnh trên media.
– Lớp thiết bị lưu giữ ảnh tĩnh (In): camera,
scanner (trùng vài điểm với bộ nhớ ngoài)
– Test and Instrumentation devices: quy định
gioa thức ghép nối với thế giới thực qua ADC,
DAC, sensors, transducers.
– Motion video: thiết bị ghi hình số, webcam, và
một số thiết bị có chức năng gửi, nhận hay căn
chỉnh ảnh động. Also for static picture files
– Non standardized devices: như TB điều khiển
động cơ, rơ le, hay các cơ cấu chấp hành
khác… hay cầu USB (PC to PC)
P&I
Ch4 - Bus
21
4.4. Philips I2C bus
version 2.1. jan. 2000
• Philips, 1992 Ver. 1.0;... 1998 Ver 2.0, 2000: Ver 2.1, dùng cho
các hệ thống nhúng (embeded systems) như mobil phone, TV,
pay phone, ATM...
• Không cần dùng bus interface chip(s), built-in
• Integrated addressing & data-transfer, cho phép dùng phần mềm
để định cấu hình
• Đừn giản ghép nối. Nhiều uC hỗ trợ I2C
• Đơn giản tìm lỗi, khoanh vùng lỗi nhanh
• Giảm thiểu kích thước: 2-wire serial, không cần các mạch Addr
Decoder và ‘glue logic’, dùng phần mềm
• Truyền đồng bộ, 100 kb/s Standard-mode, 400 kb/s Fast-mode,
3.4Mb/s HiSpeed-mode
P&I
Ch4 - Bus
22
11
P&I
Ch4 - Bus
23
Có thể nối nhiều Masters, trong 1 t/đ chỉ 01 BM’s Active
P&I
Ch4 - Bus
24
12
H. 410a. Synchronous Serial Data & Clock
P&I
Ch4 - Bus
25
P&I
Ch4 - Bus
26
13
Start(Rep Start, S) SCL=1, SDA=
Stop (P): SCL=1, SDA=
P&I
Ch4 - Bus
27
P&I
Ch4 - Bus
28
14
Multi byte R/W
Master/ Slave
:Addr auto Inc/ Dec;
:Send A[ck] (=0) hoặc /A (NACK) (=1)
tùy thuộc bit tiếp theo là data hay Stop
P&I
Ch4 - Bus
29
Ví dụ dùng I2C bus:
• uC dùng ATmega8, RTC: Dallas RTC 1307, 1308: 64 byte
RAM & Real Time Clock,
• Philips PCF 8593, Low Power Clock/ Calendar
• Atmel 93C46/24C96... EEROM
P&I
Ch4 - Bus
30
15
Ví dụ WRITE I2C bus DS1307
• -DS1307 – Real Time Clock có địa chỉ đọc 0xD0,
địa chỉ ghi 0xD1 quá trình đọc ghi diễn ra theo
lược đồ sau :
Void Write_DS1307(char* buff , byte len) // buff l bộ đệm
truyền, len l số byte cần ghi
{ char i ;
I2C_Write(0xD0);
for(i=0;i<len;i++) I2C_Write( buff[i] ); }
P&I
Ch4 - Bus
31
Ví dụ READ I2C bus DS1307
Void Read_DS1307(char* buff , byte len) // buff là bộ đệm
nhận, len là số byte cần đọc
{
char i ;
I2C_Write(0xD1);
for(i=0;i<len;i++) buff[i] = I2C_Read();
}
P&I
Ch4 - Bus
32
16
AT24C04 - 4Kbits Serial EEPROM Có địa chỉ đọc 0xA0, địa chỉ ghi 0xA1
Void Write_24C04(usigned int address, char* buff , byte len)
//address là địa chỉ cần ghi, buff là bộ đệm truyền, len là số byte
cần ghi
{ char i ;
I2C_Write(0xD0);
I2C_Write(address >> 8) ; // 8bit address high
I2C_Write(address & 0xff ) ; // 8bit address low
for(i=0;i<len;i++) I2C_Write( buff[i]);
}
P&I
Ch4 - Bus
33
Char Read_24C04(usigned int address) // đọc từ EEROM
address là địa chỉ cần đọc
{
char i ;
I2C_Write(0xD0); // Write address first
I2C_Write(address >> 8) ; // 8bit address high
I2C_Write(address & 0xff ) ; // 8bit address low
I2C_Write(0xD1); // Read out data
Return ( I2C_Read() );
}
P&I
Ch4 - Bus
34
17
4.5. PCI - Peripheral Component Interconnect
5/1993, Intel Ver. 2.0, Open standard,
- Local bus, trung gian giữa Local và các bus chuẩn
(ISA, MC, EISA) thông qua PIC Bridge/Controller.
- Có kiểm tra parity cho Addr và Data
khác
- Auto configuration of all PCI devices, share the
IRQ. Disabling IRQ => cấm toàn bộ PCI devices.
same
- No DMA, device on PCI bus là bus master (Tốt cho việc
dùng MultiTasking OS).
- Burst mode: 32 bit @33MHz --> 96..132MBps, tuỳ
byte (từ 32 byte đến 4KB). Option 64bit @33MHz -->
264MBps, 64bit – 66MHz.
thuộc số
- Most Platforms use:Intel, DEC Alpha, PowerPC, Spark
- Modern OS: ‘Block Typed Devices’: tần suất vận chuyển
cao, nhanh, data block
P&I
Ch4 - Bus
35
4.6. Small computer systems interface - SCSI
• SCSI (SCSI-1): 1990; SCSI-2: 1993 to now;
UltraSCSI:...
• Dùng cho Disk controller có bộ lệnh của nó,
• Thường có 1 Adaptor, không nằm trên motherboard
• Support any SCSI device: Disk, CD-ROM, tape,
scanner
5 to 40 MB/s
• 7 devices max, upto 15 with SCSI-2 FastWide and
UltraSCSI
P&I
Ch4 - Bus
36
18
P&I
Ch4 - Bus
37
4.6. Small computer systems interface - SCSI
Tín hiệu: Có loại cable đơn và vi sai (chống nhiễu tốt hơn), các
controller support 2 loại tín hiệu. Không nối 2 kiểu trên cùng
bus. Most: SingleEnd, RS6000 differential.
SCSI Common Command Set: được gửi từ device driver, được
dịch bởi th/bị => Adaptor không phải thay đổi khi gắn thêm
thiết bị
SCSI subsystem gồm: Host adaptor (để interface giữa host
system và subsystem), SCSI controller, bus, thiết bị.
SCSI Controller & devices: 8.. 16 devices, 1 as Controller. Thứ tự
ưu tiên của các thiết bị, cao nhất là 7 (Controller)
7– 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0 –15 –14 – 13 – 12 – 11 – 10 – 9 – 8
8 data bit => 1 parity bit. K/tra Data: ECC, địa chỉ CRC @ mỗi
sector
P&I
Ch4 - Bus
38
19
4.7. Siemens Process & Field bus – Profi bus
Giới thiệu: Môi trg công nghiệp,
chuẩn EN 50170-1-2
Kết nối những thiết bị vào ra
phân tán, thông minh (PLCs,
Motor drivers, ), 1 trong những
layers của mạng CN: SINEC-L2
Bao gồm các giao thức:
PROFIBUS DP (Distributed I/O):trao đổi sl với các
slaves qui mô nhỏ, định kỳ, tốc độ cao
Profibus PA: Process Automation: IEC 61158-2: môi
trường khắc nghiệt. Số liệu và power chung line
(PLC), 31.25 kbps
P&I
Ch4 - Bus
39
PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification):
- Kết nối PC với các thiết bị tự động của Siemens:
S7/M7/C7 Families kiểu cell
- Số liệu có cấu trúc, không phụ thuộc vào đường
truyền.
- PROFIBUS FDL (Fieldbus Data Link): tương thích
với các mạng con
- Spec.:
- Token bus: cho nhiều masters (active nodes)
Master - Slaves
- >1km (RS-485) và 9.6km (Optical Fiber)
- Mã hóa Manchester II độ tin cậy và chống
nhiễu tốt
P&I
Ch4 - Bus
40
20
Tải về để xem bản đầy đủ
32 trang
17820
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối - Chương 4: I/O interface bus overview - Bùi Quốc Anh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_thiet_bi_ngoai_vi_va_ky_thuat_ghep_noi_chuong_4_io.pdf
