Специализирани микропроцесорни системи (курс лекции) Учебна година 2008/2009



страница2/4
Дата22.07.2016
Размер0.54 Mb.
1   2   3   4
Тема 3

Методи за обмен на данни. Реализация на паралелни и серийни интерфейси в микропроцесорните системи


  1. Входно-изходен обмен на данни. Концепцията “интерфейс”.

Входно-изходният обмен на данни се появява при наличие на потребител на конкретната КС. Този потребител именно започва и реализира по време на своята работа с КС входно-изходния обмен на данни с тази система. Връзката между двата субекта, взаимно свързани е наречена интерфейс. А поради факта, че това е интерфейс само за потребителя, а не интерфейсът вътре в КС между отделните нейни части (модули), този интерфейс е наречен потребителски интерфейс. Или потребителският интерфейс е средата, чрез която потребителят се възползва от функционалността на конкретната програма или устройство от дадената КС. Този интерфейс дава възможност на потребителя да зададе входните данни и да получи резултатите от съответното устройство на КС, към което се е обърнал.

В информатиката, под потребителски интерфейс се разбира съвкупността от бутоните, менютата и/или общия изглед на прозорците (Windows) на дадено приложение (програма).




  1. Средства за свързване на входно-изходни устройства.

Както знаем, за да се свърже дадено входно-изходно устройство към дадена КС е необходимо то да е организирано така по вход-изход, че да може физически, а след това и логически да се свърже към една от стандартните входно-изходни магистрали чрез един от използваните в информационните системи куплунги.

Всяко входно-изходно-устройство се състои от два задължителни модула:



  • Периферно устройство(ПУ);

  • Управляващо устройство (УУ) или контролер;

  • Подходящ стандартизиран набор от проводници и куплунги, съобразени с входовете8изходите на ПУ, УУ и КС.

УУ е създадено, за да свърже логически параметрите на съответното ПУ с параметрите на входно-изходната подсистема на КС. То представлява първоначално един самостоятелен електронен модул с необходимите върху него интегрални схеми и завършващ на стандартен за КС куплунг, чийто подобен двойник е монтиран на дънната платка (Main Board) на КС. В сегашните КС голяма част от тези УУ, свързващи всички необподими за входно-изходната система на КС ПУ се произвеждат, благодарение на съвременните високи технологии в тази област в размерите на специализирани ИС. Тези ИС се монтират на самата дънна платка, с което тя става много по-универсална, катоне се пренебрегва и факта, че по този начин цялата КС е с много по-висока надеждност.

Част от тези УУ, които не се използват в по-голямата част ото КС, както и които все още представялват технологически проблем пред съвременните високи технологии, продължават да се произвеждат като отделни електронни модули за монтаж към стандартните slots на дънната платка на КС.

И при двата случая на използвани УУ остава само третия задължителен модул да се използва между съответните части за свързване - наборът от проводници и куплунги. Този модул, на пръв поблем по-маловажен, играе огромна роля, като неговото правилно проектиране и производство спестява редица неприятности на потребителя на съответната КС.


  1. Процедури за предаване на данни при входно-изходните устройства.

Входно-изходният обмен на данни се извършва по два основни начина - сериен обмен на данни и паралелен обмен на данни.


    1. Сериен обмен на данни:

Всяка КС разполага поне с един сериен интерфейс за включване на мишка. Този интерфейс може да се използва и за плотери, модеми, принтери със сериен интерфейс. Разпространеното американско означение е RS232, докато Европейският стандарт се означава като V24/V28. за разлика от паралелния интерфейс, при който обменът на данни с периферията е 8-разряден и само в редки случаи е двупосочен - IEEE 1248, при серийният интерфейс по принцип се използва двупосочен обмен. Този обмен се осъществява последователно по една линия и по зададен протокол между КС и периферията. При серийния интерфейс високото логическо ниво (1) е със стойност от минус 3V до минус 15V, а ниското логическо ниво (0) - от +3V до +15V. На практика ±15V се ограничават на ±12V, заради захранващия блок на КС.

  • Параметри на серийния интерфейс: Обменът на данни при интерфейса RS232 може да се осъществява в синхронен режим и в асинхронен режим. При синхронния режим/обмен предавателят и приемникът поже да работят с различни тактови честоти, като по отделните линии се сигнализира за валидност на данните. Заедно с данните предавателят подава по допълнителна линия тактов сигнал. Предаваните данни се комплектоват в блок, който се оформя от определени управляващи знаци. Всички символи са в ASCII - код. Чрез тези знаци тактовият генератор на приемника (на приемащата КС) се синхронизира по идващите данни:




SYNC

Блок данни 1

ETB

SYNC

Блок данни 2

EOT

Началото на блока се означава със SYNC, а краят на този блок 1 със символите ETB - End of Transmission Block. Освен това с ETB се сигнализира, че на практика предаването е приключило и че следва нов блок - Блок 2 и т.н. Предаването приключва с изпращането на знака EOT - End of Transmission.



  • При най-често използвания режим на сериен обмен - асинхронният, приемникът и предавателят работят с една и съща тактова честота, а синхронизацията се осъществява чрез един стартов бит, един стоп бит и евентуално с един бит за контрол по четност. При този режим не се използват линии за подаване на тактов сигнал и информацията за синхронизиране съпровожда всеки отделен символ, поради което ефективността при синхронния режим е по-ниска от тази при асинхронния. Параметрите на предаване за интерфейса RS232 са следните, като винаги трябва да са идентични при приемника и предавателя: скорост, измервана в бодове, старт бит, стоп бит, брой на битове данни, контрол по четност.

    • Скорост, измервана в бодове: показва броят на измененията на състоянията на сигнала, които се предават за единица време и се нарича също стъпкова честота, която се задава с мерната единица бод - Baud. Типични стойности за тази скорост са: 50; 75; 110; 300; 600; 1200; 2400; 4800; 9600; 19200; 38400. Скоростта в „бод” не трябва да се бърка със скоростта на предаване, която се дефинира в битове за секунда -bps- Bits per Second. Най-често те не са еднакви, защото се използват методи за компресиране на данни. Тогава скоростта на предаване в bps може да е много по- висока от стъпковата честота в Bauds, което е типично при използване на модеми. Ето защо при асинхронния сериен интерфейс се дефинира и скорост на модулация. Сигурността на предаването се обуславя от дължината на кабелите, нивото на сигналите и скоростта на предаването. Ако обменът е съпроводен със смущения, скоростта на предаване трябва да се намали.

    • Старт бит: чрез този бит се задава началото на данните, които се предават;

    • Стоп бит: този бит задава края на предаваните данни;

    • Брой на битове данни (Data Bits): този брой е най-често 7 или 8. Грешки в обмена могат да се разпознават чрез бита за контрол по четност. Съществуват следните три възможности за тази цел:

1. No Parity - без контрол по четност: не се осъществява контрол по четност;

2. Even Parity - контрол по четност: предавателят брои всички битове със стойност 1-ца и ако този брой е нечетен, устонавява бита по четност в състояние 1-ца. Ако този брой е четен - този бит по четност се установява в нула (0). Приемникът сумира броя на битовете данни, които са в 1-ца с бита за контрол по четност. Сумата винаги трябва да бъде четно число. Ако сумата е нечетно число, налице е грешка в обмена;

3. Odd Parity - методът съответства на този при проверката по четност, но тук сумата от битовете, установени в 1-ца и битът за контрол по четност винаги е нечетна.

Форматът за предаване на данните винаги трябва да бъде еднакъв при двете устройства. В програмите за предаване параметрите се задават чрез меню.

В най-простия случай обменът по RS232 се осъществява чрез 3-проводна линия: - три линии:

RXD - линя за приемане;

TXD - линия за предаване;

GND - маса.


    1. Паралелен обмен на данни:

CENTRONICS - това е първият стандарт за паралелен интерфейс. CENTRONICS е еднопосочен интерфейс. BIOS на КС поддържа принципно 4 паралелни интерфейса, означавани с LPT 1, LPT 2, LPT 3, LPT 4 (LPT-Line Printer). Всеки от тези интерфейси разполага с три регистъра: базов регистър, който съответства на регистъра за данни, управляващ регистър и регистър на състоянието.

Операционната система на Майкрософт - от MS DOS 6,0 позволява две КС да се свържат чрез паралелните им портове и така да обменят данни помежду си. Принципно този начин на работа отговаря на т.н. „полу-байтов режим”. В този случай едната КС се декларира като сървър, а втората - като работна станция.


IEEE-488 или GPIB - специализираният паралелен интерфейс IEEE -488, известен още като интерфейсна шина с общо предназначение - GPIB (General Purpose Interface Bus), се изпълнява като 8-битова интерфейсна система, която включва:

    • 5 контролни линии (проводника)

    • 3 „превключващи” линии (проводника): DAV(DAta Valid, NRFD(Not Ready For Data), NDAC(Not Data ACcepted)

    • 8 двупосочни информационни линии (проводника).

Цялата шина включва 24 линии с обща или отделни линии към земя. Може да има допълнителни изисквания, включващи ТТЛ - нива, възможност за комуникация с определен брой различни езикови формати и др. Максималната скорост на предаване е 1Mbps.

Съществуват три устройства към тази шина във всяка от трите основни форми:



  • Контролер

  • Говорител

  • Слушател.

Едно единствено устройство може да включва всичките три опции, но само една от тях може да бъде активирана в даден момент. Контролерът изпълнява определението кое устройство да се активира на тази шина. Всяко отделно устройство се определя с 5-битов двоично-десетичен код, уникален за това устройство. Използвайки този код, контролерът може да координира дейностите върху шината и отделните устройства могат да бъдат заставени да „говорят”, да „слушат”, така както са определени от контролера. контролерът може само да избира отделната функция на устройството, ако тази функция е внедрена в устройството. Например устройство само за „слушане” не може да се застави да „говори” на контролера.

Говорителят изпраща информация / данни на другите устройства.

Слушателят получава информация от говорителя.

В допълнение на трите основни функции на Контролер, Говорител и Слушател, системата включва също определен брой експлоатационни възможности като: сериен списък, паралелен списък, вторичен Говорител, адреси на Слушатели и др.



Трите превключващи линии се използват за формиране на трипроводно превключване - 23 , което управлява преминаването на данните / информацията.


    1. Универсален сериен интерфейс (Universal Serial Bus - USB):

Това е стандарт за свързване на устройства, най-често към КС. Този стандарт е разработен от седем компании (Compaq, Digital, IBM, Microsoft, NEC и Northern Telecom). USB интерфейсът е с отворена спецификация, което означава, че всеки желаещ може да произвежда това входно-изходно устройство, без да плаща лиценз. Създадено е още през 1994г., като дълго време е било наричано Useless Serial Bus - Безполезна серийна шина. Едва през 1999г. този вид интерфейс добива популярност. Неговите технически характеристики / параметри са следните:

  • Скоростта на трансфер при USB v1.1 (версия 1.1.) е максимум 12Mврs;

  • USB използва четири проводника;

  • USB кабелът може да се използва и като вид захранващо устройство;

  • Чрез USB хъб, в една локална мрежа могат да бъдат включени до 127 устройства USB 2.0 (версия 2.0.).

USB 2.0 е най-използваната версия на пазара . Характерна е с високата си скорост на предаване до 480Mврs близка до тази на FireWire, както и съвместимостта й с по-старите версии от този вид интерфейс.


  1. Стандарти за реализация на паралелни и серийни интерфейси в микропроцесорните системи:




    1. Стандарти за серийни интерфейси:

В предната точка 3 подробно е разгледан стандарта RS232. Освен него към момента съществуват и се използват за различните приложения на КС следните серийни интерфесни стандарти:

RS 422: това е симетричен интерфейс, постигащ подобрена защита срещу смущения. При него се работи с диференциални напрежения. Максималната скорост на предаване е 10Mbps, докато при RS232 e 20 kbps, като могат да се създадат системи с до десет приемника - Simplex. Типично приложение е предаването на данни от една КС до множество ПУ, както е в разпределените измервателни системи;

RS 423: това е по-проста реализация на RS 422, но е реализиран като RS 232 асиметрично и може да пработи със скорости на обмен до 100 kbps;

RS 485: дотук представените серийни интерфейси позволяват само по един предавател за цялата интерфейсна система. В RS 485, което е едно разширение на RS 422 са дефинирани електрическите характеристики на шинен двупосочен интерфейс. Чрез този интерфейс могат да се свържат до 32 устройства, работещи като приемници и като предаватели - полудуплексно. Типично приложение е реализирането на локални минимрежи, например между ЦП и различни касови системи в един супермаркет. Освен това в промишлената автоматизация за реалиране на редица системни полеви шини - Fieldbus;

Интерфейс ТТУ - TeleTYpe: първоначално предвиден за управление на далекопишещи устройства. Означава се още като токов и 20mA-интерфейс. Използва се за разделяне на потенциалите на свързваните устройства - в медицинската техника, както и при програмируемите управления/контролери - SPS, управлявани чрез КС. Този интерфейс работи по правило с два токови кръга и е с четири (4) проводника. Протичането на ток 20mA (може 40mA или 60mA) е „1-ца”, а липсата на ток - „0”. Типични скорости на предаване са 110, 300, 1200 и 2400 bps, а разстоянието между двете устройства е до 1км. Токовите кръгове в съвременните устройства управляват директно оптрони (вместо релета в старите устройства).

IEEE 1394 се появява през 1995г. Познат още като FireWire(„гореща жица”) и превърнал се в индустриален стандарт, предназначен за мултимедийна обработка. Първоначално е разработен от фирмата Apple, като този последователен високоскоростен интерфейс се радва на растяща популярност. Използва се за всички „FireWire” устройства, като цифрови камери, твърди дискове, принтери, скенери, CD-RW. Това го прави предпочитан, а понякога, както е в случая с цифровите камери, и единствен разумен избор. Кабелът най-често е от 6 проводника (включващ захранващи проводници, трябва да осигурява ток до 1.5 А при захранващо напрежение между 8 и 30-40 V. Тъй като към IEEE 1394 кабелите се предявяват по-високи изисквания, цената им е няколко пъти по-висока от тази на USB. Характеристики на IEEE 1394 са:

  • "Горещо" включване-интерфейсът позволява устройствата да се включват и изключват при работещ компютър.

  • Тънък и удобен интерфейсен кабел

  • Дигитален интерфейс-данните между устройствата се обменят в цифров вид (няма загуби)

  • Лесно конфигуриране

  • Висока скорост на предаване на данни

  • Осигурена възможност за разширение

  • Ниска стойност на необходимото оборудване

  • Възможност устройствата да се захранват по интерфейсният кабел

Текущата версия на стандарта позволява пренос на данни по FireWire интерфейса със скорост 100, 200 и 400Mbрs, но се очаква в следващите спецификации максималните скорости да достигнат 800, 1600Mbрs и дори по-високи.

Устройствата, включени към една шина, в зависимост от възможностите си, в един и същи момент могат да работят по двойки на различна скорост-например, двойка по-бавни устройства могат да обменят данни със скорост 100Mbрs, а друга двойка високоскоростни устройства, свързани към същата шина-със скорост 400Mbрs.




    1. Стандарти за паралелни интерфейси:

В предната точка 3 подробно е разгледан първият стандарт за паралелен интерфейс CENTRONICS, като това е еднопосочен паралелен интерфейс.

IEEE 1248 се появява след CENTRONICS и осигурява двупосочно предаване на данните (IEEE-Institute of Electrical and Electronic Engineers).

IEEE-488 или GPIB - Специализираният паралелен интерфейс IEEE -488, известен още като интерфейсна шина с общо предназначение - GPIB (General Purpose Interface Bus), се изпълнява като 8-битова интерфейсна система, която включва:

    • 5 контролни линии (проводника)

    • 3 „превключващи” линии (проводника): DAV(DAta Valid, NRFD(Not Ready For Data), NDAC(Not Data ACcepted)

    • 8 двупосочни информационни линии (проводника).

Цялата шина включва 24 линии с обща или отделни линии към земя. Може да има допълнителни изисквания, включващи ТТЛ - нива, възможност за комуникация с определен брой различни езикови формати и др. Максималната скорост на предаване е 1Mbps.

Тема 4

Специализирани сигнални процесори за обработка на видео сигнали. Архитектурни особености.



  1. Специализирани сигнални процесори за обработка на видео сигнали.

В началото ще класифицираме сигналите в две категории, като определим основните разлики между тях:



  • “Стандартни” сигнали – това са сигналите, носещи текст и звук. Тези сигнали имат измерение само във времето;

  • Видео сигнали – това са сигналите, носещи изображение. Нашият свят е пълен с образи / изображения. Тези сигнали, освен времево измерение, имат и пространствено измерение. Оттук те притежават спектрална характеристика. Но на това място следва да отбележим, че крайната оценка за качествата на едно изображение е най - често субективна, а не се основава винаги на обективни критерии.

Всеки сигнал е непрекъснат и както беше разгледано дотук, той се дигитализира в непрекъсната цифрова поредица и второ, сигналът се обработва в реално време. Тези две характеристики на сигнала изискват първо определен значителен обем памет в СП. Паметта, необходима за съхраняване на изображенията – видео сигналите, е многократно по-голяма. Така, за съхраняване на качествен видео сигнал с продължителност 1 секунда се изисква памет около 10MB – около 1000 пъти повече от тази, необходима за съхраняване на аудио/звуков сигнал. И второ висока тактова честота на процесора - така от 15 MHz тактова честота преди 25 г., през 2005 тя достига 1 GHz.

Всички тези характеристики на видео сигналите обособяват отделна група СП за обработка на видео изображения.





  1. Архитектурни особености.

Архитектурните особености на сигналните процесори за обработка на видео сигнали се разглеждат в два аспекта, които са определящи за тях:



  • Апаратни блокове;

  • Програмни продукти и компилатор за съответния избран СП.

В апаратните блокове, паметта, за която вече отбелязахме, че следва да бъде много по-голяма в сравнение с тази на СП с друго приложение, се организира в поточна организация – streaming. Информацията в една такава памет се търси верижно, като отделните блокове на така организирана памет носят наименованието дисплитери. Едно множество от дисплитери води до поточна информация. Така се създава възможност за по-лесно разпознаване от СП на частите от паметта му. Тази организация / архитектура на паметта водят до следните подходи за обработка на информацията в СП за видео сигнали с тази памет:

  • Релационен подход – описват се връзките / релациите между съседните обекти или структури в архитектурата на видео СП и по този начин се реализира търсене на необходимата информация;

  • Обектно – реализиран подход – въвежда се обектна функция за търсене и разпознаване на необходимата информация. Този подход намира широко приложение.(Отново правим връзката със структурата на езика от високо ниво С – изгражда се от функции.).

За какво са предназначени тези СП за обработка на видео сигнали: обработка - приемане и предаване на всякакви видео изображения, тяхното компресиране и декомпресиране с методи, които са ни известни: JPEG, JPEG-2000, MJPEG, MPEG-2, MPEG-4, или "собствена разработка". Като пример могат да се посочат разпознаващите системи, видео камерите, за които тези видео СП са разработени и намират приложение. Тук всяка фирма разработчик е и производител на такива информационни системи и използва СП, често пъти разработвани и произвеждани за тези нейни нужди по нейно задание от световно известни фирми. Така са се наложили няколко основни производители на видео СП: освен досега споменатите Тексас Инструмент, Аналог Дивайсис, трябва да се посочат тук и другите гиганти Интел, Моторола, както и дребните спрямо тях, но специализирали се в тези типове специализирани СГИС – например със своите серии А36ТМ, А236ТМ, А436ТМ.

Една обща функционална схема за видео компресия със СП на Оксфорд Микро Дивайсис има следните основни функционални блокове:




Фиг. 9.
Ако се включи втори входен източник на видео сигнал към същата информационна система, функционалната схема добива вида (Фиг.10.):


Фиг. 10.

От схемата се вижда, че решението за включване на този втори източник натоварва Флаш паметта на видео СП.



1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница