Электронная библиотека книг Александра Фролова и Григория Фролова.
 
Библиотека
Братьев
Фроловых
Электронная библиотека книг Александра Фролова и Григория Фролова.
Библиотека системного программиста
Программирование на JAVA
ПК. Шаг за шагом
Другие книги
Восстановление данных
Антивирусная защита
Статьи для
программистов
Пользователю компьютера

Программирование модемов

© Александр Фролов, Григорий Фролов
Том 4, М.: Диалог-МИФИ, 1993, 236 стр.

[Назад] [Содеожание] [Дальше]

2.10. Современные микросхемы UART

Фактически микросхема UART 8250 в ее исходном виде использовалась только в старых моделях компьютеров IBM PC. Современные микросхемы - UART 16450, 16550 и 16550A, изготовленные по новой технологии, позволяют достичь более высокой скорости обмена данными, а также обладают новыми аппаратными возможностями. В этой главе мы рассмотрим основные различия между 8250 и новыми микросхемами, а также приведем дополнительную информацию по программированию UART 16550A.

Опишем основные возможности различных микросхем UART:

  • 8250 (8250-B): Использовался на первых моделях IBM PC
  • 16450/(8250-A): Эта микросхема используется в основном для IBM PC/AT, так как имеет большую производительность. Фактически это 8250, но изготовленный с использованием новой технологии. Эта микросхема дополнена регистром расширения (scratch register), имеющим адрес 3FFh (base_adr + 7). В ней также устранены ошибки в регистре разрешения прерываний и добавлена возможность перевода линии OUT2 в высокоимпедансное состояние во время проведения тестов, когда выход данных замкнут на вход
  • 16550: Фактически соответствует 16450. Добавлена возможность внутренней буферизации передаваемых и принимаемых данных. Буфера выполнены по схеме FIFO (First In First Out - первый вошел, первым вышел) или, другими словами, в виде очереди. При использовании буферизации возможно заметно уменьшить число прерываний, вырабатываемых асинхронным портом. Однако из-за ошибки в микросхеме эту возможность лучше не использовать - можно потерять отдельные символы. В общем случае микросхема 16550 более быстрая, чем 16450. Дополнительно 16550 дает возможность использовать несколько каналов прямого доступа (DMA channels)
  • 16550A (16550AN) Соответствует 16550, исправлены ошибки реализации FIFO. Эта микросхема дает возможность использования программисту нескольких каналов прямого доступа (DMA channels). 16550A, как правило, используется в компьютерах с процессорами 80386/486 и в компьютерах с RISC-архитектурой. Заметим, что, если вы хотите работать на скоростях больших, чем 9600 бод, вам желательно использовать именно эту микросхему.

Как определить тип микросхемы UART

Как же определить, какая из этих микросхем установлена на вашем асинхронном адаптере? Кроме возможности заглянуть в документацию существует еще один способ (для программы этот способ единственный, ведь она не может ознакомиться с документацией). Фактически этот способ основан на различиях в особенностях микросхем UART. Ниже приведены особенности микросхем UART различных типов:

  • UART 8250 не имеет регистра расширения.
  • UART 16450 не имеет внутренних буферов FIFO.
  • UART 16550 имеет внутренние буфера FIFO, но с ошибками. Бит D7 регистра управления прерываниями (IIR) равен единице, а бит D6 - нулю.
  • UART 16550A не содержит ошибок при реализации FIFO. Биты D7 и D6 регистра управления прерываниями (IIR) равны единице.

Согласно этим особенностям микросхем UART возможен следующий алгоритм определения их типа:

  • Читаем и сохраняем значение регистра расширения. Адрес регистра расширения определяем как базовый адрес плюс семь (base_adr + 7)
  • Записываем в регистр расширения какое-либо число, например 0A5h
  • Снова считываем значение регистра расширения и сравниваем его с числом, ранее записанным в него (0A5h). Если эти значения не равнозначны, значит регистр расширения отсутствует и, следовательно, тестируемая микросхема - UART 8250
  • Затем опять запоминаем в регистре расширения другое число, например 5Ah
  • Снова считываем значение регистра расширения и сравниваем его с ранее записанным числом. Если эти значения не одинаковы, значит регистр расширения отсутствует и следовательно, тестируемая микросхема - UART 8250
  • Восстанавливаем величину, изначально хранившуюся в регистре расширения
  • Считываем и сохраняем регистр управления прерываниями
  • Запоминаем единицу в регистре FCR (регистр управления режимом буферизации, подробно описан ниже)
  • Считываем значение регистра управления прерываниями. Если бит D7 сохраненного регистра управления прерываниями очищен, запоминаем единицу в регистре FCR
  • Если бит D6 регистра управления прерываниями содержит единицу, тестируемая микросхема - UART 16550A
  • Если бит D7 регистра управления прерываниями содержит единицу, тестируемая микросхема - UART 16550
  • В противном случае тестируемая микросхема - UART 16450.

Теперь приведем программу, реализующую изложенный алгоритм. В данной программе используются созданные нами функции is_UART_8250() и is_UART_FIFO(). Первая позволяет определить по отсутствию регистра расширения микросхему UART 8250, а вторая по особенностям реализации внутреннего буфера данных различает остальные типы микросхем.

// TST_UART.C
// Программа определения типа микросхемы UART асинхронного адаптера

#define    UART_8250     1
#define    UART_16450    2
#define    UART_16550    3
#define    UART_16550A   4


void main(void) {

   // номер асинхронного порта может быть 0 для COM1
   // или 1 для COM2

   int port = 0;

   int test;

   printf("\n(c) Frolov G.V. 1992.   "
         "Программа определения типа UART\n\n");

   printf("\Введите номер асинхронного порта (COM1 - 0, COM2 - 1):");
   scanf( "%d", &port );
   if(( port != 0 ) && ( port != 1 )){
      printf( "асинхронный порт COM%d не поддерживается\n", port );
      exit( -1 );
   }

   // проверяем, является ли микросхема UART - UART 8250

   if( is_UART_8250(port) == UART_8250 ) {
      printf("Обнаружена микросхема UART 8250\n");
      exit(0);
   }

   // проверяем другие типы микросхем UART

   if(( test = is_UART_FIFO(port) ) == UART_16550A ) {
      printf("Обнаружена микросхема UART 16550A\n");
      exit(0);
   }

   else if(test == UART_16550) {
      printf("Обнаружена микросхема UART 16550\n");
      exit(0);
   }

   printf("Обнаружена микросхема UART 16450\n");
}


/**
*.Name         is_UART_8250
*.Title        Определяет тип UART.
*
*.Descr        Эта функция определяет тип микросхемы,
*              используемый данным последовательным асинхронным
*              адаптером (UART).
*
*.Proto        int is_UART_8250( int port );
*
*.Params       int port - номер асинхронного адаптера:
*                 0 - COM1, 1 - COM2
*
*.Return       Для UART 8250 - возвращает константу UART_8250,
*              в остальных случаях возвращает 0
*
*.Sample       tst_uart.c
**/
int is_UART_8250( int port ) {

   int save_scr, in_scr;

   // сохраняем значения регистра расширения
   save_scr = inp( 0x3ff - 0x100 * port );

   // записываем в регистр расширения число 0x5A
   outp( 0x3ff - 0x100 * port, 0x5A );

   // считываем регистр расширения
   in_scr = inp( 0x3ff - 0x100 * port  );

   // сохранилось ли записанное число?
   if( in_scr != 0x5A ) {

      // если нет, значит, регистр расширения отсутствует и,
      // следовательно, тип микросхемы - UART 8250

      // восстанавливаем значение регистра расширения
      outp( 0x3ff - 0x100 * port, save_scr );
      return( UART_8250 );
   }

   // записываем в регистр расширения другое число - 0xA5
   outp( 0x3ff - 0x100 * port, 0xA5 );

   // считываем регистр расширения
   in_scr = inp( 0x3ff - 0x100 * port  );

   // восстанавливаем значение регистра расширения
   outp( 0x3ff - 0x100 * port, save_scr );

   // сохранилось ли записанное число?
   if( in_scr != 0xA5 )

      // если нет, регистр расширения отсутствует и,
      // следовательно, тип микросхемы - UART 8250
      return( UART_8250 );

   // в противном случае регистр расширения есть и надо выполнить
   // дальнейшее тестирование для определения типа UART
   return( 0 );
}



/**
*.Name         is_UART_FIFO
*.Title        Определяет тип UART.
*
*.Descr        Эта функция определяет тип микросхемы,
*              используемой данным последовательным асинхронным
*              адаптером (UART).
*
*.Proto        int is_UART_FIFO( int port );
*
*.Params       int port - номер асинхронного адаптера:
*                 0 - COM1, 1 - COM2
*
*.Return       для UART 164550 - возвращает константу UART_16450,
*              для UART 16550 - возвращает константу UART_16550,
*              для UART 16550A - возвращает константу UART_16550A
*
*.Sample       tst_uart.c
**/
int is_UART_FIFO( int port ) {

   int save_iir, in_iir;

   // сохраняем значение регистра определения прерывания
   save_iir = inp( 0x3fa - 0x100 * port );

   // разрешаем использование FIFO
   outp( 0x3fa - 0x100 * port, 0x1 );

   // читаем значение регистра определения прерывания
   in_iir = inp( 0x3fa - 0x100 * port  );

   // восстанавливаем  значение регистра определения прерывания
   outp( 0x3fa - 0x100 * port, 0x0 );

   // если бит D6 содержит единицу, значит, мы имеем UART 16550A
   if(( in_iir & 0x40 ) == 1 )
      return( UART_16550A );

   // если бит D7 содержит единицу, значит, мы имеем UART 16550
   if(( in_iir & 0x80 ) == 1 )
      return( UART_16550 );

   // если биты D7 и D6 содержат нули, значит, мы имеем UART 16450
   // (буфер FIFO отсутствует)
   return( UART_16450 );
}

Изменения в регистрах UART 16550A

В этой главе мы рассмотрим изменения в форматах регистров UART 16550A по сравнению с UART 8250.

Начнем с регистра идентификации прерывания. Этот регистр доступен только для чтения. По сравнению с UART 8250 в нем добавлены два бита - D6 и D7, которые показывают статус буфера FIFO.

Если биты D7 и D6 оба равны единице, то разрешено использование буферизации (FIFO). Если же только бит D7 содержит единицу, это означает, что вы имеете дело с микросхемой UART 16550. В ней режим буферизации реализован с ошибками, и использовать его не надо.

Бит D3 используется для сигнализации таймаута. Он устанавливается в том случае, если буфер FIFO содержит данные, которые необходимо прочитать. Это случается после небольшого промежутка времени, если в буфер не поступают новые символы.

Если бит D3 содержит единицу, то бит D2 также содержит единицу. Это означает, что буфер приемника содержит данные.

Для микросхем UART 8250 и 16450 биты D3, D6 и D7 всегда содержат нули. Биты D4 и D5 не используются во всех рассматриваемых микросхемах.

Для управления режимом буферизации UART 16550A имеет дополнительный регистр - регистр управления буферизацией FIFO. Этот регистр разделяет общий адрес с регистром идентификации прерываний - base_adr + 2. Но в отличие от регистра идентификации прерываний, доступного только для чтения, этот регистр доступен только для записи.

Итак, регистр управления режимом буферизации имеет следующий формат:

 7 6 5 4 3 2 1 0
--T-T-T-T-T-T-T-¬
¦ ¦ ¦   ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
LT+T+T+T+T+T+T+T-
 ¦ ¦ LT- ¦ ¦ ¦ L= Разрешение буферизации. При D0, равном
 ¦ ¦  ¦  ¦ ¦ ¦    единице, буферизация разрешена
 ¦ ¦  ¦  ¦ ¦ ¦
 ¦ ¦  ¦  ¦ ¦ L=== Сброс приемного буфера
 ¦ ¦  ¦  ¦ ¦
 ¦ ¦  ¦  ¦ L===== Сброс буфера передатчика
 ¦ ¦  ¦  ¦
 ¦ ¦  ¦  L======= Выбор режима прямого доступа
 ¦ ¦  ¦
 ¦ ¦  L========== Не используются
 ¦ ¦
 ¦ L============= Триггер приемника (LSB)
 ¦
 L=============== Триггер приемника (MSB)

  • D0. Установка этого бита в единицу разрешает использование буферизации для принимаемых и передаваемых данных. Этот бит должен содержать единицу, если какой-либо из других битов содержит единицу.
  • D1. При установке этого бита в единицу буфер приемника очищается. Затем бит автоматически сбрасывается в ноль.
  • D2. При установке этого бита в единицу буфер передатчика очищается. Затем бит автоматически сбрасывается в ноль.
  • D3. Бит не используется на большинстве последовательных асинхронных адаптерах.
  • D7, D6. Управление прерываниями от приемника. Если буферизация отсутствует, то прерывание происходит всякий раз при приеме нового символа. С разрешенной буферизацией UART может генерировать прерывание при получении заданного количества символов:
Биты D7 D6 Количество символов
00 1 байт
01 4 байта
10 8 байт
11 14 байт

Как использовать буферизацию?

Обычно без использования буферизации UART генерирует прерывание всякий раз, когда передается или принимается очередной символ. В результате при скорости 2400 бод прерывания происходят с частотой 240 прерываний за одну секунду. Это не очень много, но при увеличении скорости до максимально возможной - 115200 бод за секунду - происходит уже 11520 прерываний. 11520 прерываний за одну секунду - это уже много. При использовании буферизации при той же скорости количество прерываний можно резко сократить. Так, при генерации прерываний каждые 14 символов (бит регистра управления буферизацией D7 = 1, D6 = 1) за секунду произойдет только 822,86 прерываний.

При приеме данных наблюдается аналогичная картина, за исключением того, что можно изменить число символов, которое необходимо получить для генерации прерывания. Когда принимается необходимое число символов генерируется прерывание, но все остальные символы, поступающие в приемник, также размещаются в буфере. При этом прерывание при получении данных не очищается до тех пор, пока в буфере не станет меньше символов, чем определено битами D7, D6.

При программировании UART 16550A для использования режима буферизации необходимо выполнить следующие действия:

¦ Когда для определения причины прерывания считывается регистр идентификации прерывания, надо использовать только три младших бита. Для этого можно замаскировать полученное значение числом 07h

¦ После обычной инициализации UART надо разрешить использование буферизации, записав в регистр управления буферизацией число 0C7h. При этом будет разрешено использование буферизации, произведена очистка буферов приемника и передатчика, а также вызвана генерация прерываний при записи в буфер приемника больше 14 символов. После этого следует прочитать содержимое регистра идентификации прерываня (по тому же адресу). Если бит D6 этого регистра не установлен, то ваша микросхема UART не является 16550A. И вам следует запретить использование буферизации, записав ноль в регистр управления буферизацией.

[Назад] [Содеожание] [Дальше]


Создание интернет-магазинов: http://www.shop2you.ru/ © Александр Фролов, Григорий Фролов, 1991-2016