單元四接口概述講稿.ppt

單元四 微機(jī)接口概述,本章知識(shí)要點(diǎn)：,1、為什么需要接口 2、接口具有的功能 3、接口傳輸?shù)膬?nèi)容 4、接口結(jié)構(gòu) 5、IO接口編址 6、IO接口芯片連線的尋址原理 7、IO接口數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞?4.1為什么需要接口？,總的來說，I/O接口具有下述三方面功能： （1）速度的匹配 （2）信息格式的變換：包括串并轉(zhuǎn)換，A/D,D/A轉(zhuǎn)換，電平轉(zhuǎn)換等。 （3）提供主機(jī)和外設(shè)間傳送數(shù)據(jù)所必須的狀態(tài)和控制信息。,4.1接口具有的功能,I/O設(shè)備數(shù)據(jù)緩沖/鎖存; 設(shè)備選擇和尋址; 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換; 信號(hào)轉(zhuǎn)換：邏輯關(guān)系，時(shí)序配合以及電平匹配上的轉(zhuǎn)換。 設(shè)備控制; 可編程：修改驅(qū)動(dòng)程序就可改變接口的工作方式; 錯(cuò)誤檢測(cè)控制.,4.1接口知識(shí)應(yīng)用范圍,不限于普通電腦 可用于筆記本電腦，工控機(jī) 嵌入式系統(tǒng) 單片機(jī)，DSP系統(tǒng),4.1嵌入式微機(jī),CPU：8086/8088，486，586，PII，PIII 10*14cm，10*10cm或更小主板集成多種接口： 以太網(wǎng)，USB，顯示，音頻，IDE，LCD，并行口，RS232，存儲(chǔ)卡及其他常用接口,4.1學(xué)習(xí)微機(jī)接口有什么好處,可以利用微處理器的強(qiáng)大功能設(shè)計(jì)出智能化儀器儀表，自動(dòng)控制系統(tǒng)，各種嵌入式的通信設(shè)備，家電，工業(yè)產(chǎn)品等。,大大減少硬件復(fù)雜程度，減低成本， 提高性能。,4.2 I/O接口的傳輸內(nèi)容,1.數(shù)據(jù)信息： （1）數(shù)字量（計(jì)算機(jī)可以直接接收和處理的數(shù)據(jù)） （2）模擬量 2.狀態(tài)信息 例如：對(duì)于輸入設(shè)備的“Ready” 對(duì)于輸出設(shè)備的“Busy” 特點(diǎn)：CPU外設(shè)接口 可讀（不可寫） 3.控制信息： 特點(diǎn)CPU外設(shè)接口 可寫（不可讀）,4.2 I/O接口的傳輸內(nèi)容,4.2 I/O接口的基本結(jié)構(gòu),外設(shè)通過I/O接口電路與CPU相連。每個(gè)接口電路包含一組寄存器： 數(shù)據(jù)輸入寄存器 數(shù)據(jù)輸出寄存器 狀態(tài)寄存器 控制寄存器 通常稱這些寄存器為I/O端口(I/O PORT)，每個(gè)端口有一個(gè)端口地址,I/O接口的編址,計(jì)算機(jī)中I/O端口也是可以編址的，編址的方法與存儲(chǔ)器編址方法類似。 如何理解存儲(chǔ)器和I/O端口尋址的區(qū)別？ 以城市類比計(jì)算機(jī),I/O接口地址的編址方案,混合編址：存儲(chǔ)器地址和I/O端口地址統(tǒng)一編址，Motorola系列CPU采用混合編址；,1. I/O端口和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址（Memory Mapped I/O） 優(yōu)點(diǎn)：可以用訪問存儲(chǔ)器的指令來訪問I/O端口。 例如 :ADD AL, 2000H,XXXXH,0,XXXXH,I/O 存儲(chǔ)器,整個(gè)地址空間,一個(gè)I/O端口的內(nèi)容,缺點(diǎn)：I/O端口占用了一部分地址空間。,2. I/O端口和存儲(chǔ)器分開編址（I/O Mapped I/O） 指令系統(tǒng)中分別設(shè)立面向存儲(chǔ)器的指令和面向I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令） 在微型計(jì)算機(jī)中，地址總線為存儲(chǔ)器和I/O端口所共享，那么，CPU輸出的地址信號(hào)究竟是給誰的？是給M，還是I/O? 在CPU芯片上設(shè)置專門的控制信號(hào)線M/IO（80x86均如此）。,I/O接口芯片連線的尋址原理,對(duì)I/O接口芯片的的尋址通過地址線連接：,74LS138譯碼器的連線方法,假設(shè)：I/O接口芯片的片內(nèi)地址為370H377H，求CPU如何通過74LS138譯碼器進(jìn)行尋址？ 分析：片內(nèi)地址8個(gè)，說明芯片具有片內(nèi)地址線3位A0A2，高位地址為A3A9，按照全局譯碼的原理，A3A9是高位地址線，要通過譯碼器連接到片選信號(hào)。,74LS138譯碼器的連線方法,370H377H對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制為： 11011100001101110111，根據(jù)界線原理：低三位直接連接，主要說明高位地址線的接法。,74LS138譯碼器的連線步驟,第一步：比較CPU高位地址線位數(shù)和74LS138譯碼器輸入端位數(shù)的關(guān)系，有三種可能：相等、大于或小于； CPU高位地址線7位（A3-A9）， 74LS138譯碼器輸入端6位。,74LS138譯碼器的連線步驟,第二步：將高位地址線中0和1分類； 第三步：接線，為0的端口線先接G2A、G2B，為1的端口先接G1；其余接線端自由接A、B、C端；當(dāng)CPU高位地址線比74LS138譯碼器輸入端數(shù)量多時(shí)，要用邏輯門電路過渡，減少接線端。,74LS138譯碼器的連線步驟,第四步：根據(jù)A、B、C的值確定Yi的輸出選擇，接芯片的片選。 問題：如何根據(jù)74LS138譯碼器的接線判斷芯片的地址？,4.3 接口數(shù)據(jù)傳送的控制方式,程序方式； 中斷方式； DMA方式。,程序方式,有兩種：無條件傳送方式和條件傳送（查詢）方式，無條件傳送方式可靠性差，一般采用條件傳送（查詢）方式。,程序方式,通信需要發(fā)送和接收雙方的配合。,輸出 狀態(tài) 檢測(cè),輸出 有效,輸出有效狀態(tài)檢測(cè),接收端,發(fā)送端,程序方式,程序方式,問題： 如何檢測(cè)“接收就緒”和“發(fā)送有效”的狀態(tài)信號(hào)？ 發(fā)送操作如何實(shí)現(xiàn)？ 接收操作如何實(shí)現(xiàn)？,程序方式,檢測(cè)接收就緒和發(fā)送有效狀態(tài)信號(hào)： 先讀取接口狀態(tài)字節(jié)（inportb()），然后用“與”（&）位操作取得狀態(tài)位； 發(fā)送操作：寫端口數(shù)據(jù)（outportb()） 接收操作：讀接口數(shù)據(jù)（inportb()）,補(bǔ)：C語言的接口操作和位操作,（1）outportb()，向指定端口地址輸出字節(jié) 原形：void outportb(int portid,unsigned char value) 調(diào)用方式：outportb(端口號(hào),要輸出的字節(jié)); 頭文件：dos.h,補(bǔ)：C語言的接口操作和位操作,（2）inportb()，從指定端口讀入字節(jié) 原形：unsigned char inportb(int portid) 調(diào)用方式：字符變量=inportb(0x端口號(hào))； 頭文件：dos.h,補(bǔ)：C語言的位操作運(yùn)算符,“按位與” 運(yùn)算：& “按位或” 運(yùn)算：| “按位異或” 運(yùn)算： “按位取反” 運(yùn)算： 移位運(yùn)算：右移，左移,補(bǔ)：C語言的位操作運(yùn)算符,如何取得狀態(tài)信息：,狀態(tài)信息,如何判斷？,補(bǔ)：C語言的位操作運(yùn)算符,用C語言的輸入/輸出函數(shù)和位操作相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)接口的基本操作，是C語言的基本功能。,程序方式,有條件查詢方式的缺點(diǎn)： CPU工作效率低； 以串行接口通信為例，CPU的利用率只有0.5%,中斷方式,中斷的基本思想：CPU平時(shí)正常運(yùn)行用戶程序，只有在有特殊事件需求時(shí)才進(jìn)行服務(wù)，服務(wù)完成后立即返回原來運(yùn)行的程序，目的是提高CPU的工作效率。 中斷的定義：CPU暫停正在運(yùn)行的程序，處理需要服務(wù)的事件，等服務(wù)完成以后，返回到原來運(yùn)行的程序。,發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)：提供檢測(cè)中斷源的輸入線路； 定向中斷服務(wù)子程序：為指定事件提供相應(yīng)的服務(wù)；,中斷方式的功能,斷點(diǎn)的保護(hù)和返回：進(jìn)行中斷服務(wù)前保存當(dāng)前程序地址，以便中斷服務(wù)結(jié)束后程序返回； 現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和恢復(fù)：在中斷服務(wù)前保存當(dāng)前程序運(yùn)行條件下的數(shù)據(jù)，以便中斷服務(wù)結(jié)束后繼續(xù)使用。,中斷方式的功能,中斷流程,中斷的相關(guān)概念,中斷源：產(chǎn)生中斷申請(qǐng)的設(shè)備或事件； 中斷申請(qǐng)：中斷源向CPU發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求； 中斷響應(yīng)： CPU接收中斷請(qǐng)求，中斷源加入中斷隊(duì)列；,中斷的相關(guān)概念,中斷服務(wù)程序：進(jìn)行中斷事件處理的程序； 中斷優(yōu)先級(jí)：中斷源申請(qǐng)中斷服務(wù)的優(yōu)先級(jí)別； 中斷嵌套：運(yùn)行中斷服務(wù)程序時(shí)，優(yōu)先級(jí)別高的中斷服務(wù)程序能夠中斷優(yōu)先級(jí)別低的中斷服務(wù)程序。,關(guān)于中斷原理的說明,CPU如何檢測(cè)中斷請(qǐng)求？ 同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)中斷請(qǐng)求怎么辦？ 中斷服務(wù)程序如何與中斷源對(duì)應(yīng)？ 如何理解中斷的隨機(jī)性？ 對(duì)中斷源的選擇性？,CPU如何檢測(cè)中斷請(qǐng)求？,CPU一般利用中斷控制器處理中斷事件，中斷源一般是通過電平信號(hào)或脈沖信號(hào)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，所以，需要中斷服務(wù)的設(shè)備和部件首先要提供中斷請(qǐng)求信號(hào)到中斷控制器，由中斷控制器向CPU申請(qǐng)中斷服務(wù)。,CPU如何檢測(cè)中斷請(qǐng)求？,CPU,中斷 控制器,INTR,INTA,IRQ,接設(shè)備和部件,同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)中斷請(qǐng)求怎么辦？,中斷控制器支持優(yōu)先級(jí)設(shè)置，先為不同接入端設(shè)置不同優(yōu)先級(jí)，在接線時(shí)根據(jù)外設(shè)（或部件）的重要程度和特征設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)同時(shí)有多個(gè)中斷源申請(qǐng)中斷時(shí)，按照“同級(jí)先到先服務(wù)，不同級(jí)按優(yōu)先級(jí)順序服務(wù)”。,中斷服務(wù)程序如何與中斷源對(duì)應(yīng)？,CPU在響應(yīng)中斷、進(jìn)行中斷服務(wù)前可以檢測(cè)到中斷源，中斷源可能的中斷服務(wù)要求是可以預(yù)先處理，準(zhǔn)備好現(xiàn)成的程序，這個(gè)程序的起始地址就是中斷服務(wù)程序的入口地址。,中斷服務(wù)程序如何與中斷源對(duì)應(yīng)？,在內(nèi)存中專門設(shè)置一個(gè)區(qū)間存放中斷服務(wù)程序的入口地址，顯然，一個(gè)中斷源應(yīng)該有一個(gè)中斷服務(wù)程序，一個(gè)中斷服務(wù)程序就有一個(gè)入口地址，這個(gè)入口地址就是中斷向量。,中斷服務(wù)程序如何與中斷源對(duì)應(yīng)？,中斷源 接入位置 (中斷號(hào)),中斷 向量,中斷服務(wù) 程序入口地址,中斷控制器內(nèi)信息,內(nèi)存信息,中斷源中斷服務(wù)程序入口地址,如何理解中斷的隨機(jī)性？,中斷源的服務(wù)請(qǐng)求時(shí)間是不確定的,其含義是:一是不知道是否有請(qǐng)求? 二是不知道何時(shí)產(chǎn)生請(qǐng)求? 中斷方式所提供的優(yōu)勢(shì)在于可以在接收到請(qǐng)求后，在微秒（us）量級(jí)的時(shí)間范圍進(jìn)行服務(wù)，特別適合外部設(shè)備通信和控制。,對(duì)中斷源的選擇性？,如果不允許某個(gè)中斷源申請(qǐng)，可以設(shè)置中斷屏蔽； 中斷控制器支持對(duì)單中斷源和所有中斷源的中斷屏蔽。,CPU如何屏蔽中斷請(qǐng)求？,CPU,中斷 控制器,INTR,INTA,IRQ,接設(shè)備和部件,中斷過程,中斷的特點(diǎn),有效協(xié)調(diào)高速運(yùn)行的CPU與慢速工作的外部設(shè)備之間的速度關(guān)系，提高CPU的工作效率； 需要中斷控制器硬件支持，并將外部設(shè)備連接到中斷控制器上。,中斷的缺點(diǎn),不能支持特別高速的設(shè)備，在設(shè)備需要通信信號(hào)的時(shí)間間隔小于中斷服務(wù)最小時(shí)間間隔時(shí)，中斷服務(wù)將無法實(shí)現(xiàn)。,中斷控制器作用信訪局,PC機(jī)支持的中斷種類,PC機(jī)支持的中斷種類,PC機(jī)支持的中斷種類,PC/XT的外部中斷表,PC機(jī)支持的中斷種類,PC機(jī)支持的中斷種類,中斷功能調(diào)用,BIOS（BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM），基本輸入/輸出系統(tǒng)是存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)ROM系統(tǒng)中的程序模塊，其功能是管理計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)，如：顯示器、磁盤（硬盤、軟盤）、串行接口、打印機(jī)等。 BIOS程序可以為其他程序所調(diào)用，這個(gè)功能就叫做BIOS功能調(diào)用，亦稱為BIOS調(diào)用。 BIOS功能調(diào)用在本質(zhì)上是軟件中斷，在中斷向量表中，存儲(chǔ)了BIOS程序中不同功能模塊的入口地址，當(dāng)在匯編語言程序中執(zhí)行指令I(lǐng)NT *H 時(shí)，將自動(dòng)運(yùn)行位于ROM中的模塊。,DMA方式,采用DMA方式的原因：,DMA控制器的作用,CPU,存儲(chǔ)器,DMA 控制器,I/O 接口 和設(shè)備,總線請(qǐng)求,總線允許,DMA請(qǐng)求,DMA允許,DMA控制器的功能結(jié)構(gòu),1）總線控制功能。 2）具有用于提供交換數(shù)據(jù)地址的地址寄存器。 3）具有數(shù)據(jù)塊長度計(jì)數(shù)器。 4）具有編程寄存器和狀態(tài)寄存器。,DMA數(shù)據(jù)傳送的基本過程,1）外部設(shè)備向DMAC發(fā)出DMA傳送請(qǐng)求信號(hào)（DREQ）。 2）DMAC向總線仲裁機(jī)構(gòu)請(qǐng)求占用總線。 3）DMAC接到HLDA信號(hào)后成為總線的主控者。 4）向存儲(chǔ)器和進(jìn)行DMA傳送的外設(shè)發(fā)出讀寫命令，開始DMA傳送（外設(shè)和內(nèi)存之間）。 5）撤消對(duì)CPU的總線請(qǐng)求，交回系統(tǒng)總線的管理和控制權(quán)。,通信方式比較,通信程序示例,已知條件： Buffer為首址的100個(gè)字節(jié)，從A設(shè)備發(fā)送，數(shù)據(jù)端口地址60H、狀態(tài)端口地址62H，狀態(tài)位D3=1，表示設(shè)備忙，D4=0表示設(shè)備未聯(lián)機(jī)； 編寫發(fā)送數(shù)據(jù)程序；,通信程序流程,流程圖反映編程的基本思路和過程，根據(jù)流程圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)在目前仍然是行之有效的方