slike bài giảng kỹ thuật ghép nối máy tính - bùi quốc anh chương 4 io interface bus overview

1 P&I Ch4 - Bus 1 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 2 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] 2 P&I Ch4 - Bus 3 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 4 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 3 P&I Ch4 - Bus 5 Hình 4.1. AT/ ISA/ PC 104 bus http://www.techfest.com/hardware/bus/isa.htm P&I Ch4 - Bus 6 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 4 P&I Ch4 - Bus 7 4.2. Universal serial bus - USB: P&I Ch4 - Bus 8 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) 5 P&I Ch4 - Bus 9 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 10 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 6 P&I Ch4 - Bus 11 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 12 7 P&I Ch4 - Bus 13 P&I Ch4 - Bus 14 8 P&I Ch4 - Bus 15 P&I Ch4 - Bus 16 9 P&I Ch4 - Bus 17 P&I Ch4 - Bus 18 10 P&I Ch4 - Bus 19 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 20 – 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… [...]... 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 P&I Ch4 - Bus 42 Để nối mạng:GPIB Card,cable,connector(Hình 4- 1 6/17/18) 21 H×nh 4. 16 Mét sè PC's GPIB interface cards P&I Ch4 - Bus 43 H×nh 4. 17 GPIB connector & signals P&I Ch4 - Bus 44 22 H×nh 4. 18 IEEE -4 8 8 Instrumentation & connector... Ch4 - Bus 23 Có thể nối nhiều Masters, trong 1 t/đ chỉ 01 BM’s Active P&I Ch4 - Bus 24 12 H 41 0a 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 :Addr auto Inc/ Dec; Master/ Slave :Send A[ck] (=0) hoặc /A (NACK) (=1) tùy thuộc bit tiếp theo là data hay Stop P&I Ch4 - Bus. .. nodes, config time < 40 0 us More than one PC can be connected to P13 94 bus P&I Ch4 - Bus 46 23 Hình 4. 19 Sơ đồ ghép nối các ngoại vi qua IEEE 13 94 bus P&I Ch4 - Bus 47 4. 10 IP RTUs • Ethernet: là kênh dùng để kết nối mạng LAN được mở rộng ghép nối các thiết bị ngoại vi kiểu IP: – IP Camera – IP RTU (hệ thiết bị nhúng cho đo lường và điều khiển xa) • Ghép nối TBNV: – Xem như 1 kiểu ghép nối TBNV – Embedded... 40 20 Hình 4. 15 Mạng PROFIBUS P&I Ch4 - Bus 41 4. 8 General Purpose Interface Bus - GPIB As known IEEE 48 8; 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 Programmable 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... 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 -4 8 5) và 9.6km (Optical Fiber) - Mã hóa Manchester II độ tin cậy và chống nhiễu tốt P&I Ch4 - Bus 40 20 Hình 4. 15... 10Base-T lập cấu hình dạng hình sao, nhưng bên trong vẫn là cấu trúc dạng bus, • Hub trong mạng 10Base-T được sử dụng multiport repeater Mỗi máy tính được đặt ở điểm cuối của đoạn dây nối với hub • 100m, dùng hub/switch/router để nối thêm chiều dài này • Về lý thuyết một mạng cục bộ 10Base-T có thể phục vụ 10 24 máy tính P&I Ch4 - Bus 58 29 PHY differential transformer P&I Ch4 - Bus 59 P&I Ch4 - Bus 60... connector P&I Ch4 - Bus 45 4. 9 IEEE 13 94, Fire-wire IEEE 13 94 serial bus, 1997, by Apple & TI, thay thế SCSI Upto 63 nodes (devices) connect to a PC, hot plugible High speed: 60 to 40 0 Mb/s (7.5 to 50 MB/s) Cable: 6 wire ( 2- power carier lines 8 40 Vdc/ 1.5A), 15' Daisy chain extending to over 200' P13 94 - PCI bus Audio, Video devices, CD, disk, printer Tree topology: 63 64k nodes (bridge across buses)... 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, 40 0 kb/s Fast-mode, 3.4Mb/s HiSpeed-mode P&I Ch4 - Bus 22... 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 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... register interface that functions as an interpreter of commands and internal status signals between the module and the microcontroller’s SFRs P&I Ch4 - Bus 52 26 P&I Ch4 - Bus 53 Physical interface and ext connections • Signals: – TPIN- và TPIN+: cặp tín hiệu VÀO vi sai – TPOut- và TPOut+: cặp tín hiệu RA vi sai • Tự cấp nguồn cho PHY module • LEDs: LED A và LED B ứng với phát/thu với thời gian 40 /70/ 140 ms . 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 4 P&I Ch4 - Bus 7 4. 2. Universal serial bus - USB: P&I. 12 P&I Ch4 - Bus 23 P&I Ch4 - Bus 24 Có thể nối nhiều Masters, trong 1 t/đ chỉ 01 BM’s Active 13 P&I Ch4 - Bus 25 H. 41 0a. Synchronous Serial Data & Clock P&I Ch4 - Bus 26 14 P&I. 12 7 P&I Ch4 - Bus 13 P&I Ch4 - Bus 14 8 P&I Ch4 - Bus 15 P&I Ch4 - Bus 16 9 P&I Ch4 - Bus 17 P&I Ch4 - Bus 18 10 P&I Ch4 - Bus 19 Các lớp thiết bị USB • Là các đặc tả để quy