Cổng song song Parallel PortParallel Port - Cổng Song song là một khe gắn trên máy tính ngày nay hầu hết đợc tích hợp trên mainboard thờng đợc dùng để nối với máy in printer hoặc thiết b
Trang 1I Cổng song song (Parallel Port)
Parallel Port - Cổng Song song là một khe gắn trên máy tính (ngày nay hầu hết
đợc tích hợp trên mainboard) thờng đợc dùng để nối với máy in (printer) hoặc thiết bị sử dụng cổng song song khác Mặc dù tốc độ truyền dữ liệu của cổng parallel chậm hơn so với các chuẩn nh SCSI và IDE, nhng do đặc điểm là rẻ tiền (đợc tích hợp sẵn) và dễ truy cập (có thể gắn thiết bị từ bên ngoài) nên nó thờng
đợc sử dụng cho nhiều loại đĩa hoặc băng từ cho phép tháo lắp đợc (removable disk and tape drives) Ngoài ra nó còn đợc sử dụng rộng rãi để truyền dữ liệu giữa hai máy tính với nhau thông qua các ứng dụng truyền thông (nh Direct cable connection của Windows, Laplink) và sợi cáp nối laplink Cổng song song chuẩn IEEE 1284 cung cấp khả năng truyền dữ liệu hai chiều với tốc độ cao và
hỗ trợ cáp nối với chiều dài tới 32 feet
Từ nguồn gốc của nó nh là một giao diện đơn giản cuả máy in, cổng song song cuả máy tính cá nhân đã phát triển thành một nơi để cắm bất cứ điều gì bạn muốn vào máy tính Các cổng song song phổ biến bởi vì bạn có thể sử dụng nó cho đầu ra, đầu vào, hoặc liên kết 2 chiều và bởi vì nó có sẵn nên tất cả các máy tính đều có một cổng song song
Máy in vẫn là thiết bị phổ biến nhất kết nối với cổng, nhng các lựa chọn phổ biến khác bao gồm: băng đĩa và ổ đĩa và máy quét Máy tính xách tay, máy vi tính có thể sử dụng một cổng song song dựa trên giao diện mạng hoặc cần điều khiển Đối với các ứng dụng đặc biệt, có hàng chục cổng song song cho các thiết
bị sử dụng trong thu thập dữ liệu, kiểm tra, và kiểm soát hệ thống Và cổng song song là 1 trong những sự lựa chọn chung cho các dự án có quy mô vừa và nhỏ, các dự án đó có yêu cầu thông tin liên lạc giữa các máy tính và thiết bị bên ngoài khác
Mặc dù phổ biến, nhng các cổng song song luôn luôn có một chút khó khăn để
có thể sử dụng Qua nhiều năm, một số các biến thể trên các cổng của thiết kế ban đầu đã xuất hiện, nhng vẫn cha có tài liệu của nguồn riêng lẻ nào mô tả các cổng trong nhiều biến thể của nó
Khi việc thiết kế các máy PC phát triển, một số nhà sản xuất đã giới thiệu phiên bản cải thiện của cổng song song Những loại mới có cổng tơng thích với thiết
kế ban đầu, nhng thêm khả năng mới, chủ yếu để tăng tốc độ
Tốc độ là điều quan trọng, vì nh máy tính và các thiết bị ngoại vi có nhận đợc nhanh hơn, họ làm những công việc đã trở nên phức tạp hơn, và số lợng thông tin mà họ cần phải trao đổi đã tăng lên Cổng song song ban đầu đã đợc rất nhiều đủ nhanh để gửi byte đại diện cho các ký tự ASCII văn bản vào một máy
in kim hay máy in dùng nan hoa chữ Tuy nhiên, hiện đại, máy in cần phải nhận
đợc rất nhiều thông tin hơn để in một trang với nhiều phông chữ và chi tiết đồ
Trang 2họa, thờng có màu sắc Nhanh hơn các máy tính có thể truyền tải các thông tin, nhanh hơn các máy in có thể bắt đầu xử lý và in ấn kết quả
Một giao diện nhanh cũng làm cho nó khả thi hơn để sử dụng xách tay, phiên bản nâng cao thuộc ngoại vi giúp bạn sẽ có cách khác để cài đặt bên trong các máy vi tính Một cổng song song băng hoặc ổ đĩa rất dễ dàng để di chuyển từ hệ thống vào hệ thống, và cho sử dụng thờng xuyên, chẳng hạn nh làm bản sao lu
dự trữ, bạn có thể sử dụng một trong những đơn vị cho một số hệ thống Vì sao
lu có thể bao gồm việc sao chép hàng trăm Megabytes, giao diện đã nhanh chóng có giá trị
II Sự phát triển của các loại cổng song song
Vào năm 1981, IBM (Máy Kinh doanh quốc tế) giới thiệu máy tính cá nhân (PC) Các cổng song song ( cổng Parallel Standard spp) đã đợc bao gồm trong chiếc máy tính đầu tiên và nó đã đợc thêm vào nh một lựa chọn thay thế hiệu suất thấp của các cổng nối tiếp, để sử dụng nó nh điều khiển của máy in đầu mực kim hiệu suất cao Cổng đã có khả năng truyền đồng thời 8 bit dữ liệu 1 lúc (của máy PC với máy in), trong khi cổng nối tiếp chỉ truyền đợc 1bit Khi trở nên đợc sử dụng rộng rãi, các cổng song song đã trở thành câu trả lời cho các thiết bị kết nối nhanh hơn
Sau sự bắt đầu này, ba nhóm vấn đề lớn xuất hiện đối với tỉ lệ quá cao ngời phát triển sản phẩm và của cổng này: Đầu tiên, mặc dù đã có một sự gia tăng tốc độ của nó, đã có thay đổi trong kiến trúc hoặc không có hiệu quả Tốc độ tối đa có thể đạt đợc khi truyền kbyte / seg trong khoảng 150 và nó đã đợc rất nhiều phần mềm tơng tác Thứ hai, không có một tiêu chuẩn cho các giao diện điện tử Điều này gây ra nhiều vấn đề khi nó đợc muốn đảm bảo hoạt động trong nhiều nền tảng Cuối cùng, mẫu thiết kế mà họ đa ra, giới hạn khoảng cách của các loại cáp cho đến khi bên ngoài tối đa là 1,8 mét Năm 1991 đã có một cuộc họp của các nhà sản xuất để cho một tiêu chuẩn mới cho các thông minh kiểm soát của máy in thông qua một mạng có thể đợc phát triển Các nhà sản xuất, nơi họ
đã bao gồm cả Lexmark, IBM, Texas Instruments và những ngời khác, hình thành Mạng In ấn Alliance (NPA), nh một câu trả lời cho những điều tất yếu
Từ việc giới thiệu từ các máy PC đến thị trờng, các cổng song song có 1 số các sửa đổi, bổ sung để làm cho nó nhanh hơn Kể từ khi ban đầu các cổng đơn h-ớng và song hh-ớng đã đợc tạo ra Các cổng song hh-ớng đã đợc giới thiệu với sự
t-ơng thích PS / 2 Điều này nó cho phép một giao tiếp của 8 bit trong cả hai h-ớng Thật sự thú vị để thông báo cổng ban đầu có khả năng trở thành 1 cổng song hớng, thực hiện một kết nối giữa hai ống của một thành phần điện tử bao gồm cả trong một (Nói cách khác, ban đầu là cổng bidirectional trong thiết kế cơ bản, nhng không phải trong những hoạt động thiết kế) Cuối cùng EPPs và
Trang 3ECPs đã đợc tạo ra Hai tác phẩm mới là những cổng tiêu chuẩn nh Pentium 286
Ban đầu, cổng song song đã đợc sử dụng cho việc giao tiếp với máy in Hiện nay nó cũng đợc sử dụng để xử lý ngoại vi khác nh đĩa CD ROM, bản sao lu dự phòng của băng, đĩa cứng, card mạng, sao chép bảo vệ, máy quét, vv …
Trong thời điểm hiện tại có bốn loại cổng song song :
Standart Parallel Port (SPP)
Parallel Port PS / 2 (bidirectional)
Enhanced Parallel Port (EPP)
Extended Capability Port (ECP)
Trong bảng sau là thông tin synthesized của một số loại cổng song song:
SPP PS / 2 EPP ECP Ngày Giới thiệu 1981 1987 1994 1994
Nhà sản xuất IBM IBM Intel, Xircom
và Zenith Data Systems
Hewlett Packard và
Microsoft Bidirectional Không Nếu Nếu Nếu DMA Không Không Không Nếu
seg 150 Kb / seg 2 Mb / seg 2 Mb / seg
Các cổng song song trong các máy tính IBM ban đầu, và tất cả các cổng đều tích cực noi gơng thiết kế ban đầu, đôi khi đợc gọi là spp, đạt tiêu chuẩn cho các
Trang 4cổng song song, mặc dù ban đầu cổng đã có văn bản tiêu chuẩn không vợt ra khỏi phạm vi sơ đồ giản lợc và văn kiện chính thức của máy tính IBM Đợc sử dụng tên khác là loại-AT hoăc ISA-tơng thích
Các cổng trong máy tính ban đầu đã đợc dựa trên một giao diện máy in trung tâm Tuy nhiên, máy PC giới thiệu một số sự khác nhau, trong đó có các hệ thống khác vẫn tiếp tục
SPPs có thể chuyển tám bit cùng một lúc vào một ngoại vi, bằng cách sử dụng một giao thức tơng tự mà đợc sử dụng bởi các giao diện trung trung tâm ban
đầu Các spp hiện không có một byte toàn dữ liệu vào cổng, nhng cho sự truyền dữ liệu của PC-ngoại vi, SPPs có thể sử dụng một chế độ chia nhỏ dữ liệu
(Nibble) để truyền mỗi byte 4 bits tại một thời điểm Nibble là chế độ chậm,
nh-ng đã trở thành phổ biến nh một cách để sử dụnh-ng cho các dữ liệu vào cổnh-ng sonh-ng song
PS/2-type (Simple Bidirectional)
Một sớm cải tiến vào cổng song song là cổng dữ liệu song hớng đợc giới thiệu trên mô hình của IBM PS / 2 Các cổng song hớng cho phép một ngoại vi để truyền tám bit cùng một lúc vào một máy PC Thuật ngữ PS/2-type đã đợc dùng
để tham khảo cho bất kỳ cổng song song có một cổng dữ liệu song hớng nhng không hỗ trợ các chế độ EPP hoặc ECP mô tả dới đây Chế độ Byte là một byte 8-bit truyền dữ liệu giao thức rằng PS/2-type cổng có thể sử dụng để chuyển dữ liệu từ ngoại vi với máy PC
Các EPP (cổng song song nâng cao) đã đợc phát triển bởi ngời sáng tạo ra chip Intel, nhà sản xuất máy tính Zenith, và Xircom, nhà sáng tạo của mạng lới sản phẩm song song Nh PS/2-type, dòng dữ liệu là song hớng Một EPP có thể đọc hay viết một byte dữ liệu trong một chu kỳ ISA mở rộng của các mạch nối, hoặc khoảng 1 phần triệu giây, bao gồm cả việc bắt tay, so sánh với bốn chu kỳ cho một spp hoặc cổng PS/2-type Một EPP có thể chuyển đổi hớng dẫn một cách nhanh chóng, vì vậy nó rất hiệu quả khi dùng với ổ đĩa, băng và các thiết bị khác
để chuyển dữ liệu trong cả hai hớng Một EPP cũng có thể mô phỏng một spp,
và một số EPPs cũng có thể đợc dùng nh một cổng PS/2-type
Các ECP (khả năng mở rộng cổng) lần đầu tiên đợc đề nghị của Hewlett Packard
và Microsoft Cũng giống nh các EPP, các ECP là song hớng và có thể chuyển dữ liệu với tốc độ mạch nối ISA ECPs có bộ đệm và hỗ trợ DMA (truy cập bộ nhớ trực tiếp) chuyển và dữ liệu nén Truyền ECP là hữu ích cho máy in, máy quét, và thiết bị ngoại vi khác truyền 1 khối dữ liệu lớn Một ECP cũng có thể
Trang 5mô phỏng một spp hoặc cổng PS/2-type, và nhiều ECP có thể mô phỏng một cổng EPP
III Cấu trúc của Parallel port
Parallel port bao gồm 25 pins (chân) đợc bố trí theo sơ đồ dới đây, đa số giao diện đầu cắm của Parallel port đều ở dạng female:
- 8 pins dùng để gởi và nhận data (từ pin số 2 đến số 9) gọi là DATA Port Dữ liệu trao đổi qua 8 pin này đợc gói gọn trong 1 byte
- 5 pins dùng để hiển thị tình trạng hoạt động của parallel port: đang bận, đang gởi/nhận thông tin (các pin số 10-13 và pin số 15) gọi là STATUS Port Dữ liệu trao đổi qua 8 pin này dùng 5 bit cao của byte
- 4 pins dùng để điều khiển gọi là CONTROL Port, là các pin số 1, 14, 16 và 17 Dữ trao đổi qua pin này dùng 4 bit thấp của byte
- 8 pins còn lại đợc dùng tùy theo ý ngời sử dụng Nếu không đợc sử dụng thì chúng sẽ đợc grounded (nối đất-thuật ngữ ngành điện?).
Hình 3.1 : Sơ đồ cấu trúc cổng song song
Đây là cấu hình đợc thống nhất trong công nghệ vi tính và đợc công nhận bởi IEEE (vốn là một tổ chức lớn nhất về qui định hardware quốc tế)
1 Vài ví dụ cho hoạt động của parallel port
DATA port là nơi thông tin sẽ đợc trao đổi từ computer đến các thiết bị khác (hai chiều) Khi lập trình ắt hẳn cũng có khi bạn nghe nói đến
chuyện viết 1 program/driver cho các hardware (nếu bạn làm cho một số hãng máy in, viễn thông ) ở đây driver cho parallel port chính là chơng trình quản lý và điều khiển quá trình trao đổi thông tin này
DATA port có 8 pins tức là 1 bytes Bạn có lẽ từng nghe kỹ thuật tải thông
Trang 6tin qua ngã parallel port là nhanh nhất (trong quá khứ) nhng kỳ thực nó cũng chỉ dùng có 1byte = 8 bit = 8 cái pins này mà thôi
STATUS port là nơi hiển thị các quá trình vận hành của parallel port Một ví dụ
đơn giản là giả sử bạn muốn in một bài viết ra printer (dĩ nhiên là qua ngã
parallel port) nhng khi nhấn nút "print" thì lại thấy máy vi tính hiển thị một thông báo hết giấy! Trên thực tế phía sau những hàng động này là một chuỗi phối hợp giữa software và hardware Khi bạn click "print" tức là bạn kích hoạt một trong những pins của CONTROL port bằng software để bảo cái printer in bài ra Nhng trớc khi thực hiện việc in printer cũng tự biết nó hết giấy và tự kích hoạt một trong số những pins của STATUS port để báo cho computer biết là hết giấy Kết quả là software điều khiển quá trình in kiểm tra (trớc khi in) thấy đợc cho nên nó hiện thông báo hết giấy cho bạn Nhiều hoạt động tơng tự nh printer cha on, printer hết mực, printer bị kẹt giấy cũng do phối hợp giữa những cái pins này mà ra
2 Cấu trúc của parallel port nhìn trên phơng diện software
Thực ra thì với dân software, họ cũng không cần biết phía parallel port sau lng máy tính có bao nhiêu pin và mỗi pin cần bao nhiêu điện, cấu trúc nh thế nào Mấy cái này hơi thừa cho dân software! Tất cả những gì mà một ngời lập trình cần biết là address của các pin trên parallel port là đủ! 25 pins kia sẽ đợc chia làm 3 phần với tên gọi là DATA port (hay là DATA register), STATUS port (hay là STATUS register), và CONTROL port (hay
là CONTROL register) Mỗi port là 8 bits với address Nh mô tả từ đầu, DATA port sẽ là 8 bits, STATUS port có 5 pins cho nên sẽ cộng thêm 3 bit trống để tạo một byte, tơng tự nh thế cho CONTROL port Riêng phần địa chỉ cho các port này cũng khá là phức tạp, vì nó liên quan đến BIOS Đại khái là khi máy tính bật lên (turn on) thì BIOS sẽ làm việc trớc, nó sẽ tìm kiếm và định địa chỉ cho cái port trong máy của bạn Vì BIOS không cái nào giống cái nào cho nên lối qui định địa chỉ của nó cũng khác, tuy nhiên dới đây là một ví dụ điển hình (bạn thờng thấy) trong các máy vi tính ngày nay Những địa chỉ này bạn có thể thấy khi khởi động máy trong các thông số BIOS hiện ra
3BCh - 3BFh dùng cho prallel port vốn dính vào Video Card (cách
cũ) 378h - 37Fh khu vực memory thờng dùng cho LPT 1
278h - 27Fh khu vực memory thờng dùng cho LPT 2
(nên nhớ là mỗi khoản là 8 bits, tính theo hệ hexadecimal)
Một điều tôi muốn nhắc các bạn là những thông tin đa ra trên đây thờng là thay
đổi tùy theo từng máy tính, một máy có thể có nhiều LPT, thông thờng thì BIOS
sẽ dò xem trong máy có bao nhiêu port và sẽ qui định địa chỉ cho từng port Theo tôi thờng thấy thì nếu máy bạn có hai cái parallel port (nếu bạn mua
motherboard có hai parallel port) thì LPT1 sẽ đợc gán vào điạ chỉ 378h-37Fh (8
Trang 7bits) Nếu có LPT2 thì sẽ đợc gán vào địa chỉ 278h-27Fh Riêng phần 3BCh-3BFh trong quá khứ thờng đợc dùng khi parallel port cài sẵn trong video card Những loại này đã cũ rồi, cho nên nhiều BIOS sẽ gán vào LPT1 cũng không chừng Điều tốt nhất là bạn vào BIOS kiểm tra là biết ngay (life was not meant
to be easy!)
Cũng lu ý các bạn các điạ chỉ trên là port address qui định trên BIOS, khi BIOS qui định những địa chỉ trên (tắt máy vẫn còn) nó sẽ qui định kèm theo điạ chỉ lu thông tin (tắt máy sẽ mất) cho từng port Những địa chỉ dới đây sẽ đợc dùng đa
số bởi các bạn lập trình để kiểm tra xự hiện diện của parallel port trên máy bạn
0000:040Eh LPT4's Base Address (note 1) Base + 3
Hãy lấy một ví dụ đơn giản về một chơng trình kiểm tra vị trí parallel port trên máy bạn để minh hoạ cho lập trình điều khiển parallel port dới đây:
#include <stdio.h>
#include <dos.h>
void main(void)
{
/* Pointer to location of Port Addresses */
unsigned int far *ptraddr;
/* Address of Port */
unsigned int address;
int a;
ptraddr = (unsigned int far *)0x00000408;
for (a = 0; a < 3; a++)
{
address = *ptraddr;
if (address == 0)
printf("No port found for LPT%d \n", a+1);
else
printf("Address assigned to LPT%d is %Xh\n",
a+1, address);
*ptraddr++;
}
}
Trơng trình C này đơn giản là tìm đến điạ chỉ 0000:0408h và
dò tìm xem có port nào tồn tại hay không Nó sẽ dò từ 0000:0408h đến 0000:040Dh để kiểm tra LPT1, LPT2, và LPT3 Bạn nên nhớ mỗi base address sẽ
có 2 bytes (sizeof(unsigned int)
= 2 bytes!).
Nh tôi mô tả phía trên, Base+1, Base+2 chẳng qua là lối gọi phổ thông trong cách lập trình Chẳng hạn bạn kiểm tra nhà số
10, 11, 12 Bạn có thể kiểm tra nhà số 10 sau đó nhà số 10 +1 =
11 …
Trang 83.Cấu trúc cổng song song
Cổng song song gồm có 4 đờng điều khiển, 5 đờng trạng thái và 8 đờng dữ liệu bao gồm 5 chế độ hoạt động:
- Chế độ tơng thích (compatibility).
- Chế độ nibble.
- Chế độ byte.
- Chế độ EPP (Enhanced Parallel Port ).
- Chế độ ECP (Extended Capabilities Port)
1 STR (Out) Mức tín hiệu thấp, truyền dữ liệu tới máy in
10 ACK (In) Mức thấp: máy in đã nhận 1 ký tự và có khả năng
nhận nữa
11 BUSY (In) Mức cao: ký tự đã đợc nhận; bộ đệm máy in đầy;
12 PAPER EMPTY (In) Mức cao: hết giấy
13 SELECT (In) Mức cao: máy in ở trạng thái online
14 AUTOFEED (Out) Tự động xuống dòng; mức thấp: máy in
xuống dòng tự động
15 ERROR (In) Mức thấp: hết giấy; máy in ở offline; lỗi máy in
16 INIT (Out) Mức thấp: khởi động máy in
17 SELECTIN (Out) Mức thấp: chọn máy in
Trang 93 chế độ đầu tiên sử dụng port song song chuẩn (SPP – Standard Parallel Port) trong khi đó chế độ 4, 5 cần thêm phần cứng để cho phép hoạt động ở tốc độ cao hơn Sơ đồ chân của máy in nh sau:
Cổng song song có ba thanh ghi có thể truyền dữ liệu và điều khiển máy in
Địa chỉ cơ sở của các thanh ghi cho tất cả cổng LPT (line printer) từ LPT1 đến LPT4 đợc lu trữ trong vùng dữ liệu của BIOS Thanh ghi dữ liệu đợc định vị ở offset 00h, thanh ghi trạng thái ở 01h, và thanh ghi điều khiển ở 02h Thông th-ờng, địa chỉ cơ sở của LPT1 là 378h, LPT2 là 278h, do đó địa chỉ của thanh ghi trạng thái là 379h hoặc 279h và địa chỉ thanh ghi điều khiển là 37Ah hoặc
27Ah Tuy nhiên trong một số trờng hợp, địa chỉ của cổng song song có thể khác
do quá trình khởi động của BIOS BIOS sẽ lu trữ các địa chỉ này nh sau:
Định dạng các thanh ghi nh sau:
Thanh ghi dữ liệu (hai chiều):
7 6 5 4 3 2 1 0
Thanh ghi trạng thái máy in (chỉ đọc):
7 6 5 4 3 2 1 0
0000h:0408h Địa chỉ cơ sở của LPT1 0000h:040Ah Địa chỉ cơ sở của LPT2 0000h:040Ch Địa chỉ cơ sở của LPT3
Tín hiệu máy in D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Tín hiệu máy in BUSY ACK PAPER
Trang 10-Thanh ghi điều khiển máy in:
7 6 5 4 3 2 1 0 Tín hiệu máy in x x DIR IRQ
Enable SELECTIN INIT AUTOFEED STROBE
x: không sử dụng
IRQ Enable: yêu cầu ngắt cứng
1 = cho phép
0 = không cho phép
Chú ý rằng chân BUSY đợc nối với cổng đảo trớc khi đa vào thanh ghi trạng thái, các bit SELECTIN , AUTOFEED và STROBE đợc đa qua cổng đảo trớc khi đa ra các chân của cổng máy in
Thông thờng tốc độ xử lý dữ liệu của các thiết bị ngoại vi nh máy in chậm hơn
PC nhiều nên các đờng ACK , BUSY và STR đợc sử dụng cho kỹ thuật bắt tay Khởi đầu, PC đặt dữ liệu lên bus sau đó kích hoạt đờng STR xuống mức thấp để thông tin cho máy in biết rằng dữ liệu đã ổn định trên bus Khi máy in xử lý
xong dữ liệu, nó sẽ trả lại tín hiệu ACK xuống mức thấp để ghi nhận PC đợi cho đến khi đờng BUSY từ máy in xuống thấp (máy in không bận) thì sẽ đa tiếp dữ liệu lên bus
IV ứng dụng của việc điều khiển parallel port
Việc hiểu hoạt động và biết điều khiển parallel port là tối cần thiết cho các bạn
đi chuyên sâu trong các kỹ nghệ hardware Hầu hết các dụng cụ tân tiến thời nay
điều liên quan đến việc dùng software để vận hành hardware, ví dụ nh bạn có thể gỡi một lệnh từ máy vi tính làm cho tên lửa phóng đi, shutdown
computer điều thuộc dạng software điều khiển hardware Và với trách nhiệm một ngời điều khiển nó, bạn phải thấu hiểu tất cả Một ví dụ đơn giản khác
trong điều khiển học nh điều khiển robot, nếu bạn dùng software từ máy vi tính kích hoạt một pin nào đó của cổng parallel và gỡi tới robot nh mệnh lệnh, chẳng hạn đi tới phía trớc, quay qua bên trái
Cấu trúc đào sâu bên trong của Parallel port
Dới đây là liệt kê 25 chân của parallel port với tên gọi (hardware và software) và thứ tự của từng chân
