1
P&I-Ch2: Protocols 1
ch. 2 giao thức ghép nối
(Interfacing Protocols)
Bao gồm:
- Giao thức ghép nối
- Đặc điểm lập trình I/O
P&I-Ch2: Protocols 2
2.1. Interface Protocols:
K/n: Là các qui định:
Signals, cable, port, connector
Data format
Rate
Error detection & correction
Command & Response set
Scenario (kịch bản)
ISO 7 layer Model (Ref. Computer networks)
Có thể phân chia thành 2 nhóm chính:
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) và Application (Read/Write, Start/Stop,
FileTransfer)
2
P&I-Ch2: Protocols 3
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:
Analog/Digital - discrete?
Digi: trạng tháI của sự vật, hiện tợng format,
ser/par, mức logic
Ana: ỏp/dũng in, di o, phõn ly, thi gian tỏc
ng, chớnh xỏc, lp ligia tri do
Thiết bị thông minh: Tùy cấp độ: gia desktop và
ES hay EM với device.
Hơn 1 thiết bị? => bus/mạng hay không ? => dùng bit
(trờng) địa chỉ - tùy từng mặt cắt
P&I-Ch2: Protocols 4
Nếu dùng bus => Standard bus hay không
(ISA, I2C, USB Hay các bus trên chuẩn
RS485)?
IDE và LPT - mode 0 cables là bus? tại
sao?
Khoảng cách: Xa /gần => Serial vs
Parallel, có liên quan tốc độ
Xa: Daisy chain cho t/h hoặc nguồn cấp
Các tín hiệu điều khiển và trạng thái:
Control signals
Status signals
Handshaking signals - bt tay
3
P&I-Ch2: Protocols 5
Daisy chain:
Ni cỏc thit b cú khong cỏch t vi n vi chc m,
output ca port (module) th n ni vi input ca n+1.
c bit cỏc Field Buses, cú th lờn ti kms
Dựng cho tớn hiu (// & nt), ngun cung cp, handshake
Vớ d bng in t, 74HC595, A6276, TL7059
P&I-Ch2: Protocols 6
2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals:
Ví dụ 1: PC-LPT handshaking:
PC
LPT port
Line Printer
SLCT SLTC_in
Hình 2.1.a. LPT handshake
Signal
4
P&I-Ch2: Protocols 7
2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals:
Ví dụ 2: PC Comm-Modem handshaking - ch.5. Tuy
nhiên có thể bắt tay bằng ký tự, không dùng t/h
RTS CTS
DTR DSR
PC 1
Comm
Port
Modem
or
PC 2
Comm
Port
Hình 2.1.b. CommPort Handshake Signals
Phơng pháp biến đổi tín hiệu: biên, tần, pha,
dòng, quang (cáp quang, Ir)
P&I-Ch2: Protocols 8
2.1. Interface Protocols: 2.1.1. Signals:
T/c vt lý ca tớn hiu: l hm ca thi gian, mc ỏp/dũng
Direction: In/Out, chỳ ý v chiu ca dũng in
Voltage/Current/Optical/wave
Chỳ ý Input Voltage: -0.5V => +0.5V so vi ngun cp. Nu
di ỏp ln hn phi dựng diode bo v. Vớ d bng hỡnh nh
Mc in ỏp:
Mc ỏp? (TTL ? (transistor transistor logic- [0 0.8V/
2 5V]) , 12V/ 24V/48V )
Single End (n cc) vs Differential (vi sai) signals:
Single End signal:
Tớn hiu l in th so vi 1 th chun, thng l
Gnd, ( 0 Volt)
Vớ d: Cỏc tớn hiu trờn bus (data, addr, control),
Centronics port, RS232 ports
Cú n tớn hiu => cn cú ớt nht n+1 dõy dn
Nhy cm vi nhiu, tc thp hn so vi cựng
chun
5
P&I-Ch2: Protocols 9
Differential Signal: Tớn hiu vi sai
N tớn hiu => 2 n dõy dn. phớa thu:
(Va-Vb) > 100mV => logic 1, tựy thuc chun c ỏp dng
(Va-Vb)<-100mV logic 0
Thu: Nu 2 dõy cú cựng kớch thc, di, tr khỏng v gn nhau, thỡ
mi thnh phn ging nhau trờn 2 si A v B c loi tr => chu
c nhiu rt tt vỡ phớa thu:
Uin=k(Va-Vb) => nhng thnh phn ging nhau c loi b.
Khong cỏch ln, tc cao.
IC: SN75176 ca TI l vớ d
a ch ng dng: USB cable, Profi Bus
P&I-Ch2: Protocols 10
Vớ d i chng:
RS232: n cc, 9600bps ch dn xa c 100
feet (33m)
Mouse, ghộp ni cỏc thit b trong PTN, test
Profibus, USB, Ethernet dựng bin ỏp xung
Cú th dựng dõy khụng bc kim
6
P&I-Ch2: Protocols 11
Kh nng phi hp ti - dũng in ra: (Fan Out,
Loading):
+ Number of Standard/LS TTL loads, chỳ ý chiu
dũng in
+ Sink: dũng vo LowLevel, (c mA), +
Source: dũng ra HighLevel, mA/uA.(H. 2.1.c)
Ni chung/ghộp ni bus n gin: 3 state (Hi Z), open
collector (Open Drain), Mux dn kờnh, Switch - khúa.
Hot swap hot plugible: Y/c Vcc v t/h ( www.atmel.com
)
Cỏch ly (isolation): Relay, Opto Coupler, IrLED
Bus Slot, Connector, chun, s chõn (pin)
P&I-Ch2: Protocols 12
7
P&I-Ch2: Protocols 13
H. 2.1d. Open Collector. Nu l FET, so called
Open Drain
P&I-Ch2: Protocols 14
Sơ đồ cách ly quang học đ/v tín hiệu In/Out:
Hỡnh 2.2. Opto Coupler
8
P&I-Ch2: Protocols 15
Connectors:
D shell: DB9, DB25,
DIN,
Cable & Connectors:
Hình 2.3.a. Connectors
Cable:
Flat,
Coaxial,
Shield: cho tớn hiu hoc
ngun cp (!)
Twisted Pair: Cat. 5, Cat.
6
Normal: vi sai
Optical Fiber
P&I-Ch2: Protocols 16
Hình 2.3.b. Optical Connector & Sơ đồ:
9
P&I-Ch2: Protocols 17
Hình 2.3.c. Sợi cáp quang:
P&I-Ch2: Protocols 18
2.1. Interface Protocols: 2.1.2. Format số liệu:
Thông tin đợc định dạng theo: binary/hex (ASCII)
- Ví dụ: 1 số đo nhiệt độ 12bit, dảI giá trị 0 đến 999oC. Khi lu
trong CSDL, truyền tin:
+ binary: 12 bit ( 1,5 byte), tiết kiệm bộ nhớ, thời gian truyền
+ ASCII: 3 characters, dễ quản trị: kiểm soát sai số, hiện thị
Lợng tin lớn => khi trao đổi (vi 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.
10
P&I-Ch2: Protocols 19
Byte số liệu/character/frame: (truyền không đồng bộ,
RS-232, RS-485, RS-422 ): ký tự hay byte đợc 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
P&I-Ch2: Protocols 20
2.1. Interface Protocols:
2.1.3. Tốc độ v khoảng cách trao đổi thông tin:
Xut phỏt t: Nhu cu trao i thụng tin ca h (tc v khong
cỏch) => chn kiu truyn thớch hp, cú liờn quan ti t/h:
Ch ra bottle-neck, khc phc c => xut hin hin bottle
neck, mc thp hn,
Ph thuc Khong cỏch - tớch s (k/c v tc )
Nhiu: theo cụng thc Shannon: bps = BW log2 (1+P/N). Vi
BW: bandwidth, P/N t s cụng sut tớn hiu/ nhiu (not a dB
ratio)
ng truyn: (cụng nghip), ng truyn (cỏp
ng, quang,
wireless: radio, infrared),
Synchronous/Asynchronous?,
Modulation/Demodulation => tc bao nhiờu kbps/kBps?
Vớ d: LPT: SPP mode: 50 100kBps - software, ECP: 2 4 MBps - DMA
LAN Ethernet IEEE 802.3: 10/100 Mbps dual speed
RS232: 2400/ 4800/ 9600/ 19200 bps
11
P&I-Ch2: Protocols 21
2.1. Interface Protocols:
2.1.4. Kiểm tra, sửa lỗi, nâng cao độ tin cậy:
- Khi trao i thụng tin thng hay gõy ra li, c bit truyn xa/
chuyn i t/h. Nhiu phng phỏp (Hardware, Software) h
tr kim tra:
- [Block] check sum - BCC, phn mm: tớnh tng ca tt c cỏc ký
t, cỏc byte. Kt qu cú th: 1 byte wo carry, phộp XOR, 2 byte
w/wo hoc ly bự 2 (vớ d BIOS ROM. Ext BIOS started @
chn 2K, 2 ụ u l mó 55h v AAh, di ca mng ROM
BIOS ú tớnh theo kiu 1count 512 byte; checksum bự 2 sao
cho tng ca tt c cỏc byte v mó checksum luụn bng zero)
- CRC, ECC, vi mch/ software - subroutine
- Parity, 1 hoc 2 chiu
- Redundancy (RAID), tha d: trao i ni dung s liu hn 1 ln
v so sỏnh.
Case study: Barcode Phng phỏp mó húa, gii mó v kim tra li
P&I-Ch2: Protocols 22
2.1.4. Kiểm tra, sửa lỗi, nâng cao độ tin cậy:
Bar Code: EAN 13, CODE 39 (Intermec), CODE 128 (Zebra),
UPC
Case study: EAN 13 (European article numbering)
- Encoding: AAA BBBBB CCCC D; 4 dy vch, 6
vch/digit (b&w)
- A(National): VN 893, CN 690-692, JP 45-49, GE 400-440,
RU 460-469
- B: com/ org
- C: Product
- D - Check sum, right most: (right to left):
- 10 - [(D2*3 + D3*1 + D4*3 + D5*1 + D13*1)mod10]
Vớ d: 893 12345 1234 7
CODE 128, Zebra, check sum modulo 103
12
P&I-Ch2: Protocols 23
2.1. Interface Protocols:
2.1.5. Command & Response (Result/Reaction) set:
Khi ghộp Intelligent Devices (Computerized devices -
mouse, KB, Printer, modem, FDC, HDC, RTU ) cú
nhiu tham s, ch hot ng => xõy dng b lnh
(command set) v thụng tin tr v (response set).
Cỏc cõu lnh phn mm => bt tớn hiu v cng phn
cng.
Tp hp cỏc yờu cu t CS - command set,
Tp hp cỏc tr li, trng thỏi - result/response/
reaction set.
Data down/up
Syntax of command and response (structure and
grammar).
P&I-Ch2: Protocols 24
2.1. Interface Protocols:
2.1.5. Command & Response (Result) set:
Case Studies: lnh AT v Response Hayes MODEMs:
Lnh: ATDT 1260 ? ' Vi nhiu Options
Tr li (reaction) OK [Error] . . . Connect @19200 (result)
Lnh FX Printer: Esc * m, n1, n2; Sel Graph Mode
Tham kho cỏc b lnh ca cỏc thit b chuyờn dựng: GPS,
Gyrocompass, Digital Oscilloscope, SAGEM, TelSat,
Programmer (Hi-Lo System All-11P2)
13
P&I-Ch2: Protocols 25
2.1. Interface Protocols:
2.1.5. Command & Response (Result) set:
1 command/response - mó bt u ký t riờng nh @ / # / $/ AT
-mó lnh, 1 3 bytes/ char,
-tham s lnh, 1 n bytes,
-mó kim tra li check sum, CRC (d x lý)
-mó kt thỳc, ký t riờng. thng cú cu trỳc:
Cú thờm cỏc mó (ký t) i thoi/ reaction, [dựng] ký t iu khin
ca ASCII nh: ENQ, ACK, NACK, Bell, OK, ERR, BUSY
P&I-Ch2: Protocols 26
2.1. Interface Protocols:
2.1.6. Kịch bản đối thoại Scenario:
Lit kờ cỏc trng
hp cú th ri ỏp
cỏc phộp x lý
tng ng m
bo vic ghộp ni:
khụng mt tin, tha
tin, qun, treo
Thng xõy dng:
Step List hoc
Chart:
Time Out !
Hinh 2.4. Scenario Chart
Master ENQ Slave
ACK
NAK
nothing
14
P&I-Ch2: Protocols 27
Hình 2.5. USB Interlayer Interconnection Model
P&I-Ch2: Protocols 28
2.2. Phân miền và lệnh I/O: 2.2.1. IO Mapping:
Hình 2.6. Phân miền các cổng I/O
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét