Chương 2 :Giao thức ghép nối ppsx

Signals:Khi thiết kế, xây dựng ghép nối máy tính, cần chú ý đặc biệt tới tín hiệu theo các yêu cầu: • Hơn 1 thiết bị?. CommPort Handshake Signals •Phương pháp biến đổi tín hiệu: biên, t

– 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)

2.1 Interface Protocols: 2.1.1 Signals:

Khi thiết kế, xây dựng ghép nối máy tính, cần chú ý

đặc biệt tới tín hiệu theo các yêu cầu:

• Hơn 1 thiết bị? => bus/mạng hay không ? => dùng bit

(trường) địa chỉ

• Nếu dùng bus => Standard bus hay không?

IDE vμ LPT-mode 0 cables lμ bus? tại sao?

• Data: Xa /gần, nhanh/chậm => Serial vs Parallel

• Xa: Daisy chain cho t/h hoặc nguồn cấp

• Các tín hiệu điều khiển và trạng thái:

• Control signals

• Status signals

• Handshaking signals - bắt tay

• 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

2.1 Interface Protocols: 2.1.1 Signals:

2.1 Interface Protocols: 2.1.1 Signals:

• Ví dụ 2: PC Comm-Modem handshaking:

Hình 2.1.b CommPort Handshake Signals

•Phương pháp biến đổi tín hiệu:

biên, tần, pha, dòng, quang (cáp quang, Ir)

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)

Sơ đồ cách ly quang học đ/v tín hiệu In/Out:

Hỡnh 2.2 Opto Coupler

Hình 2.3.b Optical Connector & Sơ đồ:

H×nh 2.3.c Sîi c¸p quang:

2.1 Interface Protocols: 2.1.2 Format số liệu :

đối với file/text: số liệu nhiều => khi trao đổi (với DAS,

PLC, Digi-Oscilloscope, GPS, TelSat ) ẻ ‘đóng gói’

số liệu (packaging)

Mỗi gói tin (packet) gồm 3 phần:

• Header: [có thể có: tên bản tin, tên gói, số thứ tự, ký

tự bắt tay, ký tự đồng bộ, số ký tự/ byte trong gói

tin ], không mang tin.

• Content: nội dung tin - mang thông tin.

• Tailer: M∙ bắt tay kết thúc, [m∙ kiểm tra lỗi] - không mang tin

Ví dụ: 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

Byte số liệu/character/frame: (truyền không đồng bộ, RS-232, RS-485, RS-422 ): ký tự hay byte đ−ợc định dạng thành 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).

Hình 2.3.d USB data packet format

2.1 Interface Protocols:

2.1.3 Tốc độ trao đổi thông tin:

Xuất phát từ: Nhu cầu trao đổi thông tin của T/b ngoại

vi => chọn kiểu truyền thích hợp, có liên quan tới t/h:

ƒ Bottle-neck?

ƒ Phụ thuộc Khoảng cách - tích số (k/c và tốc độ)

ƒ Nhiễu: theo công thức Shannon: bps = BW log 2 (1+P/N) Với BW: bandwidth, P/N tỷ số công suất tín hiệu/ nhiễu (not a dB ratio)

ƒ Môi trường, đường truyền (cáp đồng, quang, wireless: radio,

infrared)

ƒ Synchronous/Asynchronous?

ƒ Modulation/Demodulation

=> tốc độ bao nhiêu kbps/kBps, tốc độ chuẩn?

Vớ dụ: LPT: SPP mode: 50 100kBps - software, ECP: 2 4

MBps - DMA LAN Ethernet – IEEE 802.3: 10/100 Mbps dual speed

2.1 Interface Protocols:

2.1.4 Kiểm tra, sửa lỗi, nâng cao độ tin cậy :

Khi trao đổi thông tin thường hay gây ra lỗi, đặc biệt truyền xa/ chuyển đổi t/h Nhiều phương pháp

(Hardware, Software) hỗ trợ để kiểm tra:

• [Block] check sum - BCC, phần mềm,

• CRC, ECC, vi mạch/ software - subroutine

• Parity, 1 hoặc 2 chiều

• Redundancy (RAID), thừa dư: trao đổi nội dung số liệu hơn 1 lần và so sánh.

và kiểm tra lỗi

2.1.4 Kiểm tra, sửa lỗi, nâng cao độ tin cậy : Bar Code: EAN 13, CODE 39 (Intermec), CODE

128 (Zebra), UPC

• EAN 13 (European article numbering)

• Encoding: AAA BBBBB CCCC D; 4 độ dày vạch, 6

2.1 Interface Protocols:

2.1.5 Command & Response (Result/Reaction) set:

Ghép Intelligent Devices (Computerized devices

-mouse, KB, Printer, modem, FDC, HDC, RTU ) có

nhiều tham số, chế độ hoạt động => xây dựng bộ lệnh (command set) và thông tin trả về (response set)

Dùng phần mềm để xử lý => bớt tín hiệu.

• Tập hợp các yêu cầu từ CS - command set,

• Tập hợp các tr ả lời, trạng thái - result/response/

reaction set.

Các câu lệnh và trả lời có syntax riêng (cấu trúc và

ngữ pháp).

2.1 Interface Protocols:

2.1.5 Command & Response (Result) set:

Case Studies : lÖnh AT vµ Response Hayes MODEMs:

Tr¶ lêi (reaction) OK [Error] Connect @19200

(result)

Tham kh¶o c¸c bé lÖnh cña c¸c thiÕt bÞ chuyªn dïng: GPS, Gyrocompass, Digital Oscilloscope, SAGEM,

TelSat, Programmer (Hi-Lo System All-11P2)

2.1 Interface Protocols:

2.1.5 Command & Response (Result) set:

1 command/response thường có cấu trúc:

o m∙ bắt đầu ký tự riêng như @ / # / $/ AT

o m∙ lệnh, 1 3 bytes/ char,

o tham số lệnh, 1 n bytes,

o m∙ kiểm tra lỗi check sum, CRC (dễ xử lý)

o m∙ kết thúc, ký tự riêng.

Có thêm các m∙ (ký tự) đối thoại/ reaction, [dùng] ký tự

điều khiển của ASCII như: ENQ, ACK, NACK, Bell, OK, ERR, BUSY

Hinh 2.4 Scenario Chart

ACK NAK nothing

H×nh 2.5 USB Interlayer Interconnection Model

2.2 Ph©n miÒn vµ lÖnh I/O: 2.2.1 IO Mapping:

H×nh 2.6 Ph©n miÒn c¸c cæng I/O

• Memory Mapped IOs:

o IOs chung với Mem trong MemSpace => chiếm vùng

nhớ, tốn vựng nhớ

o CPU xử lý các cổng IO bằng các lệnh nh− đ/v mem

• IO Mapped IOs: (Z80, x86 ):

o Không chiếm không gian nhớ,

o CPU chỉ thực hiện 2 lệnh: IN và OUT

=> 64Kilo IO locations.

• PC’s IO map:

o IO Mapped IOs,

oChỉ dùng 10 lowest addr bit, A0 A9 => 1 kilo IO locations

Soi gương – 1 st kilo Mirrored với 63 kilo còn lại, Mỗi IO port chiếm nhiều địa chỉ (nh− PIC, PIT, PPI )

=> thiếu IO space Sẽ dùng thêm kiểu Mem Mapped IOs.

2.2.2 Lệnh In/Out: (x86) :

• Lệnh IN và OUT: chỉ dùng các thanh ghi Accumulator:

8 bit: AL, 16 bit: AX và 32 bit: EAX.

• Chế độ địa chỉ:

in al,60h ; Read KB port

out 23Eh, ax ; lệnh sai, IOaddr>255

out 61h, al ; beep, set/reset key flag

mov al, ‘A’ ;41h/ 65d out dx, al ; 'A' ==> Printer

mov dx,3F8h ;Comm 1 port

Phụ lục PC’s I/O Port Map

000-00F DMA Controller, đkh truy

nhập trực tiếp 1, 4 kênh 8 bit020-02F Master PIC 8259A, ưu tiên

ngắt 1, IRQ0 – IRQ7040-05F PIT, Programmable Interval Timẻ

070-071 Real Time Clock và 64 byte

CMOS-RAM080-083 DMA Page Register, giữ địa chỉ

cao

0A0-0AF PIC #2, Bộ đkh ưu tiên ngắt

210-217 Expansion Card Ports

2E2-2E3 Data Acquisition Adapter (AT)

300-31F Prototype Adapter, cho người dùng

phát triển

340-35F AVAILABLE

370-377 Floppy Disk Controller

3C0-3CF EGA/VGA

3D0-3DF Color Graphics Adapter

3F0-3F7 Floppy Disk Controller

• Soundblaster cards usually use I/O ports 220-22F

• Data acquisition cards frequently use 300-31F

Bµi tËp ch−¬ng 2

2.1 Tham kh¶o mét sè giao thøc : MODBUS (AEG)

modbus.org, ProfiBus, ASI (Siemens), RTU ASCII (ABB),

ph©n t¸n (Mini SCADA)

Comm).