Tài liệu Thiết bị ngoại vi và ghép nối . chương 4 doc

• 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, mo

P&I Ch4 - Bus 1

ch 4 I/O Interface bus overview

Giíi thiÖu bus chuÈn cho ghÐp nèi, më réng:

– ISA/ PC-104 – AT bus

– USB (Universal Serial Bus)

– Philips I 2 C

– PCI (Peripheral Component Interconnect)

– SCSI (Small Computer Systems Interface)

– GPIB (General Purpose Interface Bus)

– Field buses: Siemens Profibus, ASi bus, Multi

Point

– IEEE 1394

–

4.0 Kh¸i niÖm vÒ bus:

• Lµ: PCB (Printed Circuit Board), Cable (Copper/

Optic), Slot, Connector

• Nèi nhiÒu thiÕt bÞ slave [master], dïng chung:

trong 1 thêi ®iÓm chØ cã 1 talker – 1 hoÆc nhiÒu

listener

• Bus song song (n bit) hoÆc nèi tiÕp (I 2 C, USB,

SSA, Profi, ASi, IEEE 1394 )

• IO Buses vs Mem/CPU/Local Buses

• Thµnh phÇn (physical lines/ time sharing):

– Address

– Data

– Control/ Status/Handshake/data check

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, 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

Hình 4.1 AT/ ISA/ PC 104 bus

P&I Ch4 - Bus 5

Chu kỳ R/W của ISA

• Tham khảo hình cuối Ch1

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 thµnh

nhiÒu Tiers

• C¸c Tiers nèi

c¸c thiÕt bÞ:

Hub hoÆc

chøc n¨ng

• Mçi Tier cã

Hub(s)

4.3 usB: specifications

• ChØ cã 1 USB host (USB

Controller) trong hÖ

• Devices, cã 2 lo¹i:

• Hub, më réng thªm thiÕt bÞ nèi vµo USB

• C¸c thiÕt bÞ chøc n¨ng nh− ISDN, JoyStick, KB,

Printer, Digital Camera, Mass Storage

• ThiÕt bÞ chuÈn interface USB theo:

• USB Protocol

• ChuÈn H® cña USB: config vµ reset

• Communication Standard

• USB Controller/ Host polls bus & initiates all data

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

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 13

P&I Ch4 - Bus 15

P&I Ch4 - Bus 17

4.4 Philips I 2 C 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

• Đơn 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

P&I Ch4 - Bus 19

Cã thÓ nèi nhiÒu Masters, trong 1 t/® chØ 01 BM’s Active

P&I Ch4 - Bus 21

H 410a Synchronous Serial Data & Clock

P&I Ch4 - Bus 23

Start(Rep Start, S) SCL=1, SDA= ↓

P&I Ch4 - Bus 25

Multi byte R/W :Addr auto Inc/ Dec;

Master/ Slave :Send A[ck] (=0) hoÆc /A (NACK) (=1)

tïy thuéc bit tiÕp theo lµ data hay Stop

Mét sè vi m¹ch dïng I2C bus:

• 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 27

4.5 PCI - Peripheral Component Interconnect

- 5/1993, Intel Ver 2.0, Open standard,

- Local bus, trung gian gi ữa Local và các bus chuẩn

khác (ISA, MC, EISA) thông qua PIC Bridge/Controller.

- Có kiểm tra parity cho Addr và Data

- Auto configuration of all PCI devices, share the same

IRQ Disabling IRQ => cấm toàn bộ PCI devices

- No DMA, device on PCI bus là bus master (Tốt cho việc

dùng MultiTasking OS).

- Burst mode: 32 bit @33MHz > 96 132MBps, tuỳ

thuộc số byte (từ 32 byte đến 4KB) Option 64bit

@33MHz > 264MBps, 64bit – 66MHz.

- Most Platforms use:Intel, DEC Alpha, PowerPC, Spark

- Modern OS: ‘Block Typed Devices’: tần suất vận chuyển

cao, nhanh, data block

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 29

• 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: đ−ợc gửi từ device driver,

đ−ợc 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 −u 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 @

4.6 Small computer systems interface - SCSI

P&I Ch4 - Bus 31

• 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

4.7 siemens process & field bus – profi bus

• 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)

– M∙ hóa Manchester II độ tin cậy và chống nhiễu

tốt

P&I Ch4 - Bus 33

Hình 4.15 Mạng Profibus

• As known IEEE 488; HPIB (Hewlette-Parkard Interface

Bus), IEC 625 bus

• Được thiết kế để kết nối mạng máy tính với các thiết bị

ngoại vi, đo lường - kiểm nghiệm, lab kiểu

Program-mable Instrumentation

• 14 devices có thể nối vào GPIB, 1MB/s, couple meters

• 24 pin connector: 16 lines: 8 data (DIO1 8), 1 command

ATN; 3 handshake (DAV, NRFD, NDAC), 5 management

(để điều khiển việc dùng bus), remainders: Twisted/

Logic Gnd, Shield

• Computer as Controller; các thiết bị khác là Talkers/

Listeners Trg 1 t/đ: 1 device - Talker, Others - Listeners

4.8 General purpose interface bus - GPIB

P&I Ch4 - Bus 35

H×nh 4.16 Mét sè PC's GPIB interface cards

P&I Ch4 - Bus 37

H×nh 4.18 IEEE-488 Instrumentation & connector

• IEEE 1394 serial bus, 1997, by Apple & TI, thay thÕ SCSI

• Upto 63 nodes (devices) connect to a PC, hot plugible

• High speed: 60 to 400 Mb/s (7.5 to 50 MB/s)

• Cable: 6 wire (2- power carier lines 8 40Vdc/ 1.5A), 15'

• Daisy chain extending to over 200'

• P1394 - PCI bus <=> Audio, Video devices, CD, disk,

printer

• Tree topology: 63 64k nodes (bridge across buses)

• Addressing single node, broadcasting all nodes, config

time < 400 us

• More than one PC can be connected to P1394 bus

4.9 IEEE 1394, Fire-wire

P&I Ch4 - Bus 39

Hình 4.19 Sơ đồ ghép nối các ngoại vi qua IEEE 1394 bus

Lập nhóm nghiên cứu 1 loại bus để thiết kế ghép nối

hệ thống (kết hợp với các chương sau)

• Nhiều thiết bị ngoại vi/ đo lường/ thu thập số liệu/

giám sát/ điều khiển,

• Tốc độ,

• Khoảng cách,

• Giao thức/ đối thoại thích hợp.

bài tập - bài tập lớn chương 4