Модемы и факс-модемы. Программирование для MS-DOS и Windows.

5.4.1. Как определить тип микросхемы UART

Как же определить, какая из этих микросхем UART установлена на вашем асинхронном адаптере? Кроме возможности заглянуть в документацию, существует еще один способ. Фактически этот способ основан на различиях в особенностях микросхем UART. Ниже приведены особенности микросхем UART различных типов:

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

5.4.2. Программа для определения типа микросхемы UART

Теперь приведем программу TST_UART, 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.

Исходный текст программы TST_UART представлен в листинге 5.1.

Листинг 5.1. Файл TST_UART.C

// Программа определения типа микросхемы UART асинхронного 
// последовательного 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. 1992-1994.   "
		   "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
*
*.Descr        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
**/
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
*
*.Descr        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
**/
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 );
}

5.4.3. Изменения в регистрах UART 16550A

В этой главе мы рассмотрим изменения в формате 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 состояние 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 тайм-аута. 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:

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 Сброс приемного буфера. При установке этого бита в единицу буфер приемника очищается. Затем бит автоматически сбрасывается в ноль

D2 Сброс буфера передатчика. При установке этого бита в единицу буфер передатчика очищается. Затем бит автоматически сбрасывается в ноль

D3 Выбор режима прямого доступа. Бит не используется на большинстве последовательных асинхронных адаптеров

D4-D5 Не используются

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:

5.4.4. Как использовать буферизацию?

Обычно без использования буферизации UART генерирует прерывание всякий раз, когда передается или принимается очередной символ. В результате при скорости 2400 бит/с прерывания происходят с частотой 240 прерываний за одну секунду. Это не очень много, но при увеличении скорости до максимально возможной - 115200 бит/с за секунду - происходит уже 11520 прерываний. 11520 прерываний за одну секунду - это уже много. Использование буферизации позволяет при той же скорости резко сократить количество прерываний. Так, при генерации прерываний каждые 14 символов (бит регистра управления буферизацией D7 = 1, D6 = 1) за секунду произойдет около 823 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 и D6.

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

Операционная система Windows 3.1 поддерживает новые возможности асинхронных последовательных адаптеров, созданных на основе микросхемы UART 16550A. Поэтому, когда вы пишете приложение для Windows, нет необходимости самостоятельно определять тип микросхемы UART.

5.5. Первая телекоммуникационная программа

Теперь мы приведем первую телекоммуникационную программу AUX_TEST, управляющую асинхронным последовательным адаптером на уровне регистров. Программа инициализирует регистры COM-порта, устанавливая новую скорость передачи информации и формат передаваемых данных. Затем программа в цикле передает коды клавиш, нажатых на клавиатуре в COM-порт и считывает из него принятые данные, отображая их на экране.

Программа работает с асинхронным адаптером COM1. Для правильной работы необходимо замкнуть вместе контакты 2 и 3 разъема COM1. В этом случае данные передаваемые в COM-порт сразу же принимаются им обратно.

Главный файл программы AUX_TEST представлен в листинге 5.2.

Листинг 5.2. Файл AUX_TEST.C

#include 
#include 
#include "sysp_com.h"

void main(void);
void main(void) {

	AUX_MODE amd;

	aux_stat(&amd, 0);
	printf("\nСостояние порта COM1:"
			 "\nКод длины символа:    %d"
			 "\nКод числа стоп-битов: %d"
			 "\nКонтроль четности:    %d"
			 "\nСкорость передачи:    %lu",
			 amd.ctl_aux.ctl_word.len,
			 amd.ctl_aux.ctl_word.stop,
			 amd.ctl_aux.ctl_word.parity,
			 (unsigned long)amd.baud);

	amd.baud = 115200;

	aux_init(&amd, 0, 0);

	printf("\n\nТестирование асинхронного адаптера."
			 "\nНажимайте клавиши!"
			 "\nДля завершения работы нажмите CTRL-C"
			 "\n");

	for(;;) {

		// Вводим символ с клавиатуры и передаем его
		// в асинхронный адаптер
		aux_outp(getch(), 0);

		// Вводим символ из асинхронного адаптера и
		// отображаем его на экране

		putchar(aux_inp(0));
	}
}

После запуска программы AUX_TEST вызывается функция aux_stat, определенная в нашем приложении. Она заполняет структуру amd типа AUX_MODE, записывая в нее информацию о текущем режиме COM-порта.

Информация, записанная в этой структуре, отображается на экране. Изменяем поле baud структуры amd, содержащее значение скорости передачи данных, записывая в нее число 115200. Затем функция aux_init, определенная в программе, увеличивает скорость передачи информации до 115200 бит/с.

Затем начинает выполняться бесконечный цикл, в котором вводится символ с клавиатуры и передается в COM-порт:

aux_outp(getch(), 0);

Сразу после передачи кода нажатой клавиши в COM-порт, вводим символ из этого же порта и отображаем его на экране:

putchar(aux_inp(0));

Чтобы завершить работу программы, достаточно нажать комбинацию клавиш .

Включаемый файл SYSP.H, представленный в листинге 5.3, содержит описания функций aux_stat, aux_init, aux_inp, aux_outp и определение структуры AUX_MODE.

Листинг 5.3. Файл SYSP.H

void aux_stat(AUX_MODE *mode, int port);
int  aux_init(AUX_MODE *mode, int port, int imask);
void aux_outp(char chr, int port);
char aux_inp(int port);

typedef struct _AUX_MODE_ {

 union {
   struct {
      unsigned char len : 2, // длина символа
           stop         : 1, // число стоп-битов
           parity       : 2, // контроль четности
           stuck_parity : 1, // фиксация четности
           en_break_ctl : 1, // установка перерыва
           dlab         : 1; // загрузка регистра 
												   // делителя
   } ctl_word;
   char ctl;
 } ctl_aux;

 unsigned long baud; // скорость передачи данных

} AUX_MODE;

Теперь перейдем к рассмотрению функций aux_stat, aux_init, aux_inp и aux_outp, определенных в программе AUX_TEST.

5.5.1. Инициализация асинхронного адаптера

Первое, что должна сделать программа, работающая с асинхронным адаптером, - установить формат и скорость передачи данных. После загрузки операционной системы для асинхронных адаптеров устанавливается скорость 2400 бит/с, проверка на четность не выполняется, посылаются восемь бит данных и один стоповый бит. Вы можете изменить этот режим командой MS-DOS MODE. Описание этой команды представлено в приложении "Команда MODE операционной системы MS-DOS".

Выполнив ввод из управляющего регистра, программа может получить текущий режим адаптера. Для установки нового режима измените нужные вам поля и запишите новый байт режима обратно в управляющий регистр.

Если вам надо задать новое значение скорости обмена данными, перед записью байта режима установите старший бит этого байта в 1, при этом регистр данных и управляющий регистр используются для задания скорости обмена.

Затем последовательно двумя командами вывода загрузите делитель частоты тактового генератора. Младший байт запишите в регистр данных, а старший - в регистр управления прерываниями.

Перед началом работы необходимо также проинициализировать регистр управления прерываниями (порт 3F9h), даже если в вашей программе не используются прерывания от асинхронного адаптера. Для этого сначала надо перевести регистр данных и регистр управления прерываниями в обычный режим, записав ноль в старший бит управляющего регистра. Затем можно устанавливать регистр управления прерываниями. Если прерывания вам не нужны, запишите в этот порт нулевое значение. На этом инициализацию можно считать законченной.

Для того чтобы узнать текущее состояние асинхронного адаптера, вы можете использовать функцию aux_stat, представленную в листинге 5.4.

Листинг 5.4. Файл AUX_STAT.C

/**
*.Name         aux_stat
*
*.Descr        Функция считывает текущий режим
*              асинхронного порта и записывает его
*              в структуру с типом AUX_MODE.
*
*.Proto        void aux_stat(AUX_MODE *mode, int port);
*
*.Params       AUX_MODE mode - структура, описывающая
*              протокол и режим работы порта
*
*              int port - номер асинхронного адаптера:
*                 0 - COM1, 1 - COM2
*
*.Return       Ничего
**/

#include 
#include 
#include "sysp_com.h"

void aux_stat(AUX_MODE *mode, int port) {

	unsigned long b;

	// Запоминаем режим адаптера
	mode->ctl_aux.ctl = (char)inp(0x3fb - 0x100 * port);

	// Устанавливаем старший бит режима
	// для считывания текущей скорости передачи
	outp(0x3fb - 0x100 * port, mode->ctl_aux.ctl | 0x80);

	// Считываем значение регистра делителя
	b = inp(0x3f9 - 0x100 * port); b = b << 8;
	b += inp(0x3f8 - 0x100 * port);

	// Преобразуем его в боды

	switch (b) {
		case 1040: b = 110; break;
		case 768: b = 150; break;
		case 384: b = 300; break;
		case 192: b = 600; break;
		case 96: b = 1200; break;
		case 48: b = 2400; break;
		case 24: b = 4800; break;
		case 12: b = 9600; break;
		case 6: b = 19200; break;
		case 3: b = 38400; break;
		case 2: b = 57600; break;
		case 1: b = 115200; break;
		default: b=0; break;
	}

	mode->baud = b;

	// Восстанавливаем состояние адаптера
	outp(0x3fb - 0x100 * port, mode->ctl_aux.ctl & 0x7f);
}

Прочитав состояние адаптера, вы можете изменить нужные вам поля в структуре AUX_MODE и вызвать функцию aux_init для изменения текущего режима COM-порта. Исходный текст этой функции можно найти в листинге 5.5.

Листинг 5.5. Файл AUX_INIT.C

/**
*.Name         aux_init
*
*.Descr        Функция инициализирует асинхронные
*              адаптеры, задавая протокол обмена данными
*              и скорость обмена данными.
*
*.Proto        int aux_init(AUX_MODE *mode, int port,
*							int imask);
*
*.Params       AUX_MODE *mode - указатель на структуру,
*							описывающую протокол и режим работы 
*							порта;
*
*              int port - номер асинхронного адаптера:
*                 0 - COM1, 1 - COM2
*
*              int imask - значение для регистра маски
*                          прерываний
*
*.Return       0 - инициализация выполнена успешно;
*              1 - ошибки в параметрах инициализации.
*
*.Sample       aux_test.c
**/

#include 
#include 
#include "sysp_com.h"

int aux_init(AUX_MODE *mode, int port, int imask) {

	unsigned div;
	char ctl;

	// Вычисляем значение для делителя
	switch (mode->baud) {
		case 110: div = 1040; break;
		case 150: div = 768; break;
		case 300: div = 384; break;
		case 600: div = 192; break;
		case 1200: div = 96; break;
		case 2400: div = 48; break;
		case 4800: div = 24; break;
		case 9600: div = 12; break;
		case 19200: div = 6; break;
		case 38400: div = 3; break;
		case 57600: div = 2; break;
		case 115200: div =1; break;
		default: return(-1); break;
	}

	// Записываем значение делителя частоты
	ctl = inp(0x3fb - 0x100 * port);
	outp(0x3fb - 0x100 * port, ctl | 0x80);

	outp(0x3f9 - 0x100 * port, (div >> 8) & 0x00ff);
	outp(0x3f8 - 0x100 * port, div & 0x00ff);

	// Записываем новое управляющее слово
	outp(0x3fb - 0x100 * port, mode->ctl_aux.ctl & 0x7f);

	// Устанавливаем регистр управления прерыванием
	outp(0x3f9 - 0x100 * port, imask);

	return(0);
}

5.5.2. Передача данных

Перед записью байта данных в регистр передатчика необходимо убедиться в том, что регистр хранения передатчика свободен, то есть убедиться в том, что передача предыдущего символа завершена.

Признаком того, что регистр передатчика свободен, является установленный в 1 бит 5 регистра состояния линии с адресом base_adr + 5. Функция aux_outp (см. листинг 5.6) ждет окончания передачи текущего символа, затем посылает в асинхронный адаптер следующий символ.

Листинг 5.6. Файл AUX_OUTP.C

/**
*.Name         aux_outp
*
*.Descr        Функция дожидается готовности
*              передатчика и посылает символ.
*
*.Proto        void aux_outp(char chr, int port);
*
*.Params       char chr - посылаемый символ;
*
*              int port - номер асинхронного адаптера:
*                 0 - COM1, 1 - COM2
*
*.Return       Ничего
***/

#include 
#include 
#include "sysp_com.h"

void aux_outp(char chr, int port) {

	unsigned status_reg, out_reg;

	status_reg = 0x3fd - 0x100 * port;
	out_reg = status_reg - 5;

	while( (inp(status_reg) & 0x20) == 0 );

	outp(out_reg, chr);
}

Аналогично передаче данных перед вводом символа из регистра данных (адрес base_adr) необходимо убедиться в том, что бит 0 регистра состояния линии (адрес base_adr + 5) установлен в 1. Это означает, что символ принят из линии и находится в буферном регистре приемника.

Для приема данных мы используем функцию aux_inp (см. листинг. 5.7).

Листинг 5.7. Файл AUX_INP.C

/**
*.Name         aux_inp
*
*.Descr        Функция дожидается готовности
*              приемника и вводит символ из асинхронного
*              адаптера.
*
*.Proto        char aux_inp(int port);
*
*.Params       int port - номер асинхронного адаптера:
*                 0 - COM1, 1 - COM2
*
*.Return       Принятый символ
*
*.Sample       aux_test.c
**/

#include 
#include 
#include "sysp_com.h"

char aux_inp(int port) {

	unsigned status_reg, inp_reg;

	status_reg = 0x3fd - 0x100 * port;
	inp_reg = status_reg - 5;

	while( (inp(status_reg) & 1) == 0 );

	return(inp(inp_reg));
}

5.6. Обработка прерываний COM-порта

Так как процесс последовательной передачи данных протекает достаточно медленно, имеет смысл выполнять его в фоновом режиме, используя прерывания по окончании передачи или приема символа. Напомним, что, как правило, портам COM1 и COM3 соответствует аппаратное прерывание INT 0Ch, а COM2 и COM4 - INT 0Bh.

Для разрешения прерываний необходимо установить биты регистра управления прерываниями асинхронного адаптера, соответствующие тем прерываниям, которые мы желаем обрабатывать.

Когда произошло прерывание, программа-обработчик прерывания должна проанализировать причину прерывания, прочитав содержимое регистра идентификации прерывания с адресом base_adr + 2.

Может случиться так, что одновременно произойдет несколько прерываний. В этом случае бит 0 регистра идентификации прерывания будет установлен в 1. Если такая ситуация имеет место, перед завершением обработки прерывания вам надо снова прочитать регистр идентификации прерывания и обработать следующее прерывание.

Так следует поступать до тех пор, пока бит 0 регистра идентификации прерывания не станет равным нулю.

Если вы решили воспользоваться прерываниями, вырабатываемыми портами асинхронного адаптера, необходимо соответствующим образом запрограммировать контроллер прерываний компьютера.

В предыдущих томах из серии "Библиотека системного программиста" мы рассказывали о контроллере прерываний и о механизме прерываний в персональном компьютере IBM PC/XT/AT. Без умения работать с контроллером прерываний вы не сможете использовать режим прерываний при программировании последовательного асинхронного порта.

Ниже мы приведем полезные сведения о контроллере прерываний, необходимые для написания телекоммуникационных программ, работающих под управлением прерываний.

5.6.1. Механизм прерываний

Для обработки событий, происходящих асинхронно по отношению к выполнению программы, лучше всего подходит механизм прерываний. Прерывание можно рассматривать как некоторое особое событие в системе, требующее моментальной реакции.

Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и приходят асинхронно. Эти прерывания информируют систему о событиях, связанных с работой устройств, например, о том, что наконец-то завершилась печать символа на принтере и неплохо было бы выдать следующий символ, или о том, что получен очередной символ из последовательного порта и его надо записать в буфер.

Использование прерываний при работе с медленными внешними устройствами позволяет совместить ввод/вывод с обработкой данных в центральном процессоре и в результате повышает общую производительность системы.

Иногда желательно сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным прерываниям. Для этого используют так называемое маскирование прерываний, о котором мы еще будем подробно говорить.

Составление собственных программ обработки прерываний и замена стандартных обработчиков DOS и BIOS является ответственной и сложной работой. Необходимо учитывать все тонкости работы аппаратуры и взаимодействия программного и аппаратного обеспечения. При отладке возможно разрушение операционной системы с непредсказуемыми последствиями, поэтому надо очень внимательно следить за тем, что делает ваша программа.

5.6.2. Таблица векторов прерываний

Для того чтобы связать адрес обработчика прерывания с номером прерывания, используется таблица векторов прерываний, занимающая первый килобайт оперативной памяти - адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов - адресов обработчиков прерываний, состоящих из компонент сегмента и смещения. Эти элементы называются векторами прерываний. В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором - адрес сегмента обработчика прерывания.

Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 - 0000:0004 и т. д.

Инициализация таблицы происходит частично BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке MS-DOS. MS-DOS может переключить на себя некоторые прерывания BIOS.

5.6.3. Маскирование прерываний

Часто при выполнении критических участков программ для того, чтобы гарантировать выполнение определенной последовательности команд целиком, приходится запрещать прерывания. Это можно сделать командой CLI. Ее нужно поместить в начало критической последовательности команд, а в конце расположить команду STI, разрешающую процессору воспринимать прерывания. Команда CLI запрещает только маскируемые прерывания, немаскируемые всегда обрабатываются процессором.

Если вы используете запрет прерываний с помощью команды CLI, следите за тем, чтобы прерывания не отключались на длительный период времени, так как это может привести к нежелательным последствиям. Например, будут отставать часы.

Если вам надо запретить не все прерывания, а только некоторые, например, от асинхронного адаптера, то для этого надо воспользоваться услугами контроллера прерываний. Подробно об этом немного ниже, сейчас отметим только, что выдачей в этот контроллер определенной управляющей информации можно замаскировать прерывания от отдельных устройств.

5.6.4. Обработка аппаратных прерываний и контроллер прерываний

Аппаратные прерывания вырабатываются устройствами компьютера, когда возникает необходимость их обслуживания. Например, по прерыванию таймера соответствующий обработчик прерывания увеличивает содержимое ячеек памяти, используемых для хранения времени. В отличие от программных прерываний, вызываемых запланировано самой прикладной программой, аппаратные прерывания всегда происходят асинхронно по отношению к выполняющимся программам. Кроме того, может возникнуть одновременно сразу несколько прерываний.

Для того чтобы система "не растерялась", решая, какое прерывание обслуживать в первую очередь, существует специальная схема приоритетов. Каждому прерыванию назначается свой уникальный приоритет. Если происходит одновременно несколько прерываний, то система отдает предпочтение самому высокоприоритетному, откладывая на время обработку остальных прерываний.

Система приоритетов реализована на двух микросхемах Intel 8259 (для машин класса XT - на одной такой микросхеме). Каждая микросхема обслуживает до восьми приоритетов. Микросхемы можно объединять (каскадировать) для увеличения количества уровней приоритетов в системе.

Уровни приоритетов обозначаются сокращенно IRQ0 - IRQ15 (для машин класса XT существуют только уровни IRQ0 - IRQ7).

Для машин XT приоритеты линейно зависели от номера уровня прерывания. IRQ0 соответствовало самому высокому приоритету, за ним шли IRQ1, IRQ2, IRQ3 и так далее. Уровень IRQ2 в машинах класса XT был зарезервирован для дальнейшего расширения системы. И начиная с машин класса AT IRQ2 стал использоваться для каскадирования контроллеров прерывания 8259. Добавленные приоритетные уровни IRQ8 - IRQ15 в этих машинах располагаются по приоритету между IRQ1 и IRQ3.

Приведем таблицу аппаратных прерываний, расположенных в порядке приоритета:

Из таблицы видно, что самый высокий приоритет - у прерываний от интервального таймера, затем идет прерывание от клавиатуры.

Для управления схемами приоритетов необходимо знать внутреннее устройство контроллера прерываний 8259. Поступающие прерывания запоминаются в регистре запроса на прерывание IRR. Каждый бит из восьми в этом регистре соответствует прерыванию. После проверки на обработку в настоящий момент другого прерывания запрашивается информация из регистра обслуживания ISR. Перед выдачей запроса на прерывание в процессор проверяется содержимое восьмибитового регистра маски прерываний IMR. Если прерывание данного уровня не замаскировано, то выдается запрос на прерывание.

Программируемый контроллер прерываний 8259 предназначен для обработки до восьми приоритетных уровней прерываний. Возможно каскадирование микросхем, при этом общее число уровней прерываний будет достигать 64.

Контроллер 8259 имеет несколько режимов работы, которые устанавливаются программным путем. В персональных компьютерах XT и AT за первоначальную установку режимов работы микросхем 8259 отвечает BIOS. У программиста, скорее всего, не возникнет потребность перепрограммировать контроллер - это небезопасно, так как неправильное программирование контроллера приведет к нарушению логики работы всей системы.

Однако часто возникает необходимость изменения текущего режима работы (запрет или разрешение прерываний определенного или всех уровней, обработка конца прерывания) или опроса состояния внутренних регистров контроллера. Для этого необходимо ознакомиться со справочными данными на микросхему 8259, где детально описано как первоначальное программирование контроллера, так и управление им во время работы.

Каждому приоритетному уровню прерывания микросхема ставит в соответствие определенный, задаваемый программно, номер прерывания.

Если контроллеры 8259 каскадированы, то ведомой микросхеме присваивается код (выдачей в микросхему соответствующего командного слова). Этот код равен номеру входа IRQ_ведущей микросхемы, с которым соединен выход запроса прерывания INT ведомой микросхемы. Внутри микросхемы приоритет зависит от номера IRQ и задается программно. Для компьютеров XT и AT самым высоким приоритетом внутри группы, обслуживаемой каждым контроллером, является вход IRQ0. Однако возможно программное изменение приоритетов в рамках так называемого приоритетного кольца. При этом дно приоритетного кольца имеет самый низкий приоритет.

Приведем возможные варианты задания приоритетов:

Наиболее высокий приоритет у входа IRQ с обозначением 0 приоритетного кольца, наиболее низкий - с обозначением 7.

Для обработки прерываний контроллер имеет несколько внутренних регистров. Это регистр запросов прерываний IRR, регистр обслуживания прерываний ISR, регистр маски прерываний IMR. В регистре IRR хранятся запросы на обслуживание прерываний от аппаратуры. После выработки сигнала прерывания центральному процессору соответствующий разряд регистра ISR устанавливается в единичное состояние, что блокирует обслуживание всех запросов с равным или более низким приоритетом. Устранить эту блокировку можно либо сбросом соответствующего бита в ISR, либо командой специального маскирования.

Имеется два типа команд, посылаемых программой в контроллер 8259, - команды инициализации и команды операции. Возможны следующие операции:

Мы не будем подробно описывать команды инициализации контроллера 8259, так как программистам они, скорее всего, не понадобятся. Желающих разобраться во всех тонкостях задания начального режима работы контроллера прерываний мы отсылаем к справочной литературе по микросхеме 8259.

Рассмотрим команды операций. Существует три типа команд операций:

1. Маскирование запросов прерывания.

2. Команды обработки конца прерывания.

3. Опрос регистров и специальное маскирование.

Байты команды маскирования запросов прерывания выводятся соответственно в порты 21h и A1h для первого и второго контроллера 8259 компьютера AT. Команды операций второго и третьего типа используют порты с адресами 20h и A0h.

Для маскирования какого-либо уровня прерывания надо записать в регистр маски IMR по адресу 21h или A1h единицу в разряд регистра, соответствующий этому уровню. Например, для маскирования прерываний от НГМД в порт 21h надо заслать двоичное число 01000000.

В листинге 5.8 приведен пример программы LOCKFDD, маскирующей прерывание от флоппи-диска.

Листинг 5.8. Файл LOCKFDD.C

#include 
#include 
#include 

void main(void);

void main(void) {

 	outp(0x21,0x40);
	printf("\nПрерывания от флоппи-диска запрещены.\n");

	exit(0);
}

Чтобы "оживить" флоппи-диски, запустите программу UNLOCK, которая размаскирует все прерывания (в том числе и от флоппи-диска). Исходный текст этой программы представлен в листинге 5.9.

Листинг 5.9. Файл UNLOCK.C

#include 
#include 
#include 

void main(void);

void main(void) {

	outp(0x21,0);
	printf("\nПрерывания от флоппи-диска разрешены.\n");

	exit(0);
}

Заметьте, что мы только что замаскировали прерывание именно от флоппи-диска, все остальные устройства продолжали нормально работать. Если бы мы выдали машинную команду CLI, то отключились бы все аппаратные прерывания. Это привело бы, например, к тому, что клавиатура была бы заблокирована.

Еще одно замечание, касающееся обработки аппаратных прерываний. Если вы полностью заменяете стандартный обработчик аппаратного прерывания, не забудьте в конце программы выдать команду обработки конца прерывания. Эти действия необходимы для очистки регистра обслуживания прерывания ISR. При этом разрешается обработка прерываний с более низким приоритетом, чем то, которое только что обрабатывалось.

Команды обработки конца прерывания приведем в виде таблицы:

Команды третьего типа выдаются также в порты с адресами 20h и A0h. Они имеют следующий формат:

По команде обычного конца прерывания устанавливается в нулевое состояние разряд ISR, соответствующий последнему обслуженному запросу.

Команда специального конца прерывания устанавливает в нулевое состояние тот разряд ISR, номер которого указан в разрядах B0...B2 команды.

Команда циклического сдвига уровней приоритета с обычным концом прерывания устанавливает в ноль разряд ISR, соответствующий последнему обслуженному запросу, и этому же номеру запроса присваивается низший уровень приоритета.

Аналогично работает команда циклического сдвига уровней приоритета со специальным концом прерывания, только низший уровень приоритета присваивается тому входу IRQ, номер которого указан в разрядах B0...B2 команды.

Команда циклического сдвига уровней приоритета устанавливает статус уровней приоритета без выполнения операции конца прерывания. Разряды B0...B2 указывают дно приоритетного кольца.

После выполнения команд разрешения чтения регистров ISR или IRR при выполнении команды ввода из порта 20h и A0h считывается соответственно содержимое регистров ISR и IRR. Для получения содержимого регистра IMR необходимо выполнить чтение портов с адресами соответственно 21h и A1h.

Команда разрешения триггера специального маскирования блокирует действие тех разрядов ISR, которые замаскированы командой типа 1 (маскирования индивидуальных приоритетных уровней запроса прерывания). Специальное маскирование используется для обслуживания такого запроса, который блокируется старшим или равным по уровню приоритета обслуженным запросом, хранящимся в ISR, не сбрасывая последний.

Чтение регистров ISR и IRR может использоваться резидентными программами при проверке возможности своей активизации - можно проверить, не выполняется ли в настоящий момент обработка какого-нибудь прерывания, которая может конфликтовать с действиями резидентной программы.

5.7. Поддержка асинхронного адаптера в BIOS

В этом разделе мы опишем функции BIOS, облегчающие обслуживание асинхронного последовательного адаптера. Эти функции доступны через прерывание INT 14h.

Первая функция предназначена для инициализации портов асинхронного адаптера:

На входе: AH = 00h;

DX = номер порта: 0 - COM1, 1 - COM2, 2 - COM3, 3 - COM4;

AL = параметры инициализации (см. ниже).

На выходе: AH = состояние порта асинхронного адаптера;

AL = состояние модема.

При вызове этой функции регистр AL должен содержать параметры инициализации (x - состояние бита безразлично):

После вызова функции в регистр AH записывается состояние порта асинхронного адаптера:

Регистр AL содержит байт состояния модема:

На входе: AH = 01h;

DX = номер порта: 0 - COM1, 1 - COM2, 2 - COM3, 3 - COM4;

AL = передаваемый байт.

На выходе: AL сохраняется;

AH = состояние порта асинхронного адаптера, если бит 7 регистра AH установлен в 1, произошла ошибка.

______________________________________

Функция 02h предназначена для приема байта:

______________________________________

На входе: AH = 02h;

DX = номер порта: 0 - COM1, 1 - COM2, 2 - COM3, 3 - COM4;

На выходе: AL = принятый байт;

AH = состояние порта асинхронного адаптера, если регистр AH не равен 0, произошла ошибка.

______________________________________

Состояние порта асинхронного адаптера можно узнать с помощью функции 03h:

______________________________________

На входе: AH = 03h;

DX = номер порта: 0 - COM1, 1 - COM2, 2 - COM3, 3 - COM4;

На выходе: AH = состояние порта асинхронного адаптера;

AL = состояние модема.

5.8. Поддержка асинхронного адаптера в MS-DOS

К сожалению, MS-DOS не содержит сколько-нибудь серьезной поддержки асинхронного адаптера. Две функции прерывания INT 21h с номерами 3 и 4 предназначены для чтения и записи байтов через асинхронный адаптер. Обе эти функции имеют дело с адаптером COM1 или AUX. Функция 3 получает в регистре AL символ, принятый из адаптера, функция 4 посылает в адаптер символ, записанный в регистр DL.

Основной недостаток функций MS-DOS, предназначенных для работы с адаптером, заключается в отсутствии их функциональной полноты. Используя только функции MS-DOS, вы не сможете проанализировать ошибочные ситуации и изменить режим работы асинхронного адаптера - нет соответствующих средств.

Функции BIOS, обслуживающие адаптер, более разнообразны. Однако и им присущи недостатки. Например, вы не сможете установить скорость передачи более 9600 бит/с или использовать режим фиксации четности. Нет возможности узнать текущий режим асинхронного адаптера, отсутствует поддержка модема.

Поэтому для программирования асинхронного адаптера мы рекомендуем непосредственно обращаться к портам ввода/вывода микросхемы 8250.

5.9. Стандартные функции библиотеки Си

Библиотеки трансляторов Borland C++ и Turbo C содержат две функции управления портами асинхронного последовательного адаптера - bioscom и _bios_serialcom. Обе эти функции обладают одинаковыми возможностями, но функция _bios_serialcom совместима с функцией _bios_serialcom из библиотек трансляторов фирмы Microsoft. Функция bioscom помечена в документации как устаревшая и оставлена для совместимости с ранними версиями трансляторов фирмы Borland.

Функции _bios_serialcom и bioscom управляют асинхронным последовательным портом компьютера через прерывание BIOS INT 0x14. Вследствие этого функция bioscom может не работать со скоростями больше чем 9600 бит/сек. Если вам нужны программы, обеспечивающие более высокие скорости, необходимо использовать непосредственное программирование портов асинхронного последовательного адаптера.

Рассмотрим функцию _bios_serialcom более подробно. Она объявлена в файле BIOS.H следующим образом:

unsigned _bios_serialcom( unsigned service, unsigned serial_port, unsigned data );

Первый аргумент функции - serial_port - определяет номер порта. Для порта COM1 этот аргумент должен быть равен 0, для COM2 - 1 и так далее.

Второй аргумент - service - определяет производимое функцией действие и может содержать одну из следующих констант:

Назначение третьего аргумента функции - data - зависит от значения аргумента service. Если аргумент service установлен на _COM_RECEIVE или _COM_STATUS, то значение аргумента data безразлично. Если аргумент service установлен как _COM_INIT, то этот аргумент может состоять из одного или нескольких констант, объединенных булевой операцией ИЛИ. Данные константы приведены в следующей таблице:

Функция возвращает 16-битное целое число. В старшем байте возвращаемого значения содержатся биты, определяющие состояние последовательного порта. Содержимое младшего байта зависит от значения параметра service, с которым вызывалась функция.

Назначение отдельных бит старшего байта представлено в следующей таблице:

Когда аргумент service равен _COM_SEND, бит 15 устанавливается в единицу, если данные не могут быть переданы.

Если аргумент service равен _COM_RECEIVE и чтение байта произошло успешно, он находится в младшем байте возвращаемого функцией значения. Если чтение произошло с ошибками, это отражается битами 9, 10, 11 или 15.

Если атрибут service равен _COM_INIT или _COM_STATUS, биты младшего байта определяются следующим образом:

Для того чтобы введенные символы отображались на экране, надо соединить выход COM-порта с входом. Или использовать два компьютера, соединенных нуль-модемом, запустив программу одновременно на обоих компьютерах.

Листинг 5.10. Файл SERIAL.C

// Программа иллюстрирует доступ к последовательному порту
// через функцию _bios_serialcom()

#include 		// необходимо включить при 
									// использовании _bios_serialcom()
#include 

#define COM1					0    		// первый последовательный порт
#define DATA_READY		0x100		// данные приняты и готовы для
														// чтения
int main(void) {

	unsigned in, out, status;

	// Инициализируем последовательный порт
	// устанавливаем скорость 1200 бит/с, 8 битов на символ, один
	// стоповый бит
	_bios_serialcom(	_COM_INIT, COM1, _COM_1200 |
									_COM_CHR8 | _COM_STOP1);

	printf("\n\n Для выхода нажмите клавишу [ESC]\n");

	for(;;)  {

		// Определяем состояние последовательного порта
		status = _bios_serialcom(_COM_STATUS, COM1, 0);

		// Если данные готовы, считываем их из
		// последовательного порта и выводим на экран  дисплея
		if(status & DATA_READY)
			if((out = _bios_serialcom(_COM_RECEIVE, COM1, 0) &
											0x7F) != 0)
				putch(out);

		// Проверяем, не нажата ли клавиша на клавиатуре?
		if(kbhit()) {

			// Если нажата клавиша [ESC] выходим из программы
			if((in = getch()) == 0x1b)
				break;

			// В противном случае передаем код нажатой клавиши
			// на асинхронный последовательный порт
			_bios_serialcom(_COM_SEND, COM1, in);
		}
	}
	return(0);
}

Теперь рассмотрим функцию bioscom() из библиотеки трансляторов Borland C++ и Turbo C. Эта функция отмечена в документации на Borland C++ версии 4.0, как устаревшая:

int bioscom(int service, char data, int serial_port);

Функция аналогична функции _bios_serialcom(), за исключением следующих моментов:

Отличается порядок следования аргументов функции;

Не соответствуют типы аргументов, имеющие одинаковый смысл;

Рассмотрим подробнее аргументы функции bioscom(). Первый аргумент функции - serial_port - определяет номер порта. Для COM1 этот аргумент должен быть равен 0, для COM2 - 1 и так далее.

Назначение второго аргумента функции - data - зависит от значения аргумента service. Если аргумент service равен единице (_COM_RECEIVE) или тройке (_COM_STATUS), то значение аргумента data безразлично. Если аргумент service равен нулю (_COM_INIT), то этот аргумент может состоять из одного или нескольких битовых полей (констант), объединенных булевой операцией ИЛИ (|). Данные константы приведены в следующей таблице:

По умолчанию используется один стоповый бит, не проводится проверка на четность, обмен происходит со скоростью 110 бит/с.

Третий аргумент - service - может принимать следующие значения:

Возможные значения для старшего байта представлены в следующей таблице: