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

5.2. Аппаратная реализация

Обычно компьютер оснащен одним или двумя портами последовательной передачи данных. Эти порты расположены либо на материнской плате, либо на отдельной плате, вставляемой в слоты расширения материнской платы.

Бывают специальные платы, содержащие четыре или восемь портов последовательной передачи данных. Их часто используют для подключения нескольких модемов и факс-модемов к одному центральному компьютеру.

Сердцем последовательного асинхронного адаптера служит микросхема универсального асинхронного приемопередатчика (UART - Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Вы можете встретить несколько разновидностей этой микросхемы - Intel 8250, 16450, 16550, 16550A.

Для каждого COM-порта микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных, а также несколько управляющих регистров, доступных через команды ввода/вывода.

При передаче байта он записывается в буферный регистр передатчика, откуда затем переписывается в сдвиговый регистр. Затем байт "выдвигается" из сдвигового регистра по битам. Аналогично работает сдвиговый и буферный регистры приемника.

Программа имеет доступ только к буферным регистрам. Копирование информации в сдвиговые регистры и сдвиг данных выполняется микросхемой UART автоматически. Регистры, управляющие асинхронным последовательным портом, будут описаны в следующей главе.

Внешне каждый COM-порт асинхронного последовательного адаптера представлен собственным разъемом. Существует два стандарта на разъемы COM-порта: это DB25 и DB9. Первый разъем имеет 25, а второй 9 выводов. Несмотря на то, что разъем DB25 содержит в два с половиной раза больше выводов, чем DB9, они передают одинаковые сигналы. При необходимости можно приобрести переходник между разъемами DB25 и DB9.

Внутренний модем содержит COM-порт внутри себя, поэтому на плате внутреннего модема вы не обнаружите ни одного разъема COM-порта.

Приведем разводку разъема DB25 со стороны последовательного асинхронного адаптера:

Теперь приведем разводку разъема DB9 со стороны последовательного асинхронного адаптера:

Только два вывода этих разъемов используются для передачи и приема данных. Остальные передают различные вспомогательные и управляющие сигналы. На практике для подсоединения того или иного устройства может понадобиться различное количество сигналов.

Интерфейс RS-232-C определяет обмен между устройствами двух типов: DTE (Data Terminal Equipment - терминальное устройство) и DCE (Data Communication Equipment - устройство связи). В большинстве случаев, но не всегда, компьютер является терминальным устройством. Модемы, принтеры, графопостроители всегда являются устройствами связи. Рассмотрим теперь сигналы интерфейса RS-232-C более подробно.

5.2.1. Сигналы интерфейса RS-232-C

Здесь мы рассмотрим порядок взаимодействия компьютера и модема, а также двух компьютеров, непосредственно соединенных друг с другом. Сначала посмотрим, как происходит соединение компьютера с модемом.

Входы TD и RD используются компьютером и модемом по-разному. Компьютер использует вход TD для передачи данных, а вход RD для приема данных. И наоборот, модем использует вход TD для приема, а вход RD для передачи данных.

Поэтому для соединения компьютера и модема выводы их разъемов необходимо соединить напрямую (см. рис. 5.2).

>

Рис. 5.2. Соединение компьютера и модема

Подтверждение связи

Рассмотрим процесс подтверждения связи между компьютером и модемом (handshake). В начале сеанса связи компьютер должен удостовериться, что модем может произвести вызов (находится в рабочем состоянии). Затем после вызова абонента модем должен сообщить компьютеру, что он соединился с удаленной системой. Подробнее это происходит следующим образом.

Компьютер устанавливает сигнал на линии DTR, чтобы показать модему, что он готов к проведению сеанса связи. В ответ модем устанавливает сигнал на линии DSR. Когда модем произвел соединение с другим удаленным модемом, он устанавливает сигнал на линии DCD, чтобы сообщить об этом компьютеру.

Падение напряжения на линии DTR сообщает модему, что компьютер не может далее продолжать сеанс связи, например, из-за того, что выключено питание компьютера. В этом случае модем прервет связь. Падение напряжения на линии DCD сообщает компьютеру, что модем потерял связь и не может больше продолжать соединение с удаленным модемом.

Управление потоком

В предыдущем разделе мы рассмотрели процедуру подтверждения связи между компьютером и модемом, а также между двумя компьютерами. Теперь мы рассмотрим механизм, с помощью которого можно регулировать передачу данных от компьютера модему и наоборот.

Когда одно устройство (например, компьютер), пытается передать данные с большей скоростью, чем они могут быть обработаны принимающей системой (модемом), результатом может стать потеря части передаваемых данных. Чтобы предотвратить передачу большего числа данных, чем то, которое может быть обработано, используют управление связью, называемое "управление потоком" (flow-controll handshake).

Стандарт RS-232-C определяет возможность управления потоком только для полудуплексного соединения. Полудуплексным называется соединение, при котором в каждый момент времени данные могут передаваться только в одну сторону.

Однако фактически этот механизм используется и для дуплексных соединений, когда данные передаются по линии связи одновременно в двух направлениях.

В полудуплексных соединениях компьютер подает сигнал RTS, когда ему надо передать данные. Модем отвечает сигналом по линии CTS, когда он готов, и компьютер начинает передачу данных. До тех пор, пока оба сигнала RTS и CTS не примут активное состояние, только модем может передавать данные.

При дуплексных соединениях сигналы RTS/CTS имеют противоположные значения по сравнению с теми, которые они имели для полудуплексных соединений.

Когда компьютер может принять данные, он подает сигнал по линии RTS. Если при этом модем готов для принятия данных, он возвращает сигнал CTS. Если напряжение на линиях RTS или CTS падает, то это сообщает передающей системе, что получающая система не готова для приема данных.

Нуль-модем

Соединить компьютер и модем не составляет труда, так как интерфейс RS-232-C как раз для этого и предназначен. Но если вы пожелаете связать вместе два компьютера при помощи такого же кабеля, который вы использовали для связи модема и компьютера, то у вас возникнут проблемы.

Для соединения двух терминальных устройств - двух компьютеров - как минимум необходимо перекрестное соединение линий TR и RD.

Однако в большинстве случаев этого недостаточно, так как для устройств DTE и DCE функции, выполняемые линиями DSR, DTR, DCD, CTS и RTS, асимметричны.

Устройство DTE подает сигнал DTR и ожидает получения сигналов DSR и DCD. В свою очередь, устройство DCE подает сигналы DSR, DCD и ожидает получения сигнала DTR. Таким образом, если вы соедините вместе два устройства DTE кабелем, который вы использовали для соединения устройств DTE и DCE, то они не смогут договориться друг с другом. Не выполнится процесс подтверждения связи.

Теперь перейдем к сигналам RTS и CTS, управления потоком данных. Иногда для соединения двух устройств DTE эти линии соединяют вместе на каждом конце кабеля. В результате получаем, что другое устройство всегда готово для получения данных. Поэтому, если при большой скорости передачи принимающее устройство не успевает принимать и обрабатывать данные, возможна потеря данных.

Чтобы решить все эти проблемы, для соединения двух устройств типа DTE используется специальный кабель, в обиходе называемый нуль-модемом.

Имея два разъема и кабель, вы легко можете спаять его самостоятельно, руководствуясь схемами, изображенными на рисунке 5.3.

Нуль-модемный кабель, представленный в левой части рисунка 5.3, на схеме 1, содержит значительно меньше проводов, чем нуль-модемный кабель, изображенный справа. За счет того, что на каждом конце кабеля линии RTS, CTS и DSR, DCD, DTR соединены вместе, процедуры подтверждения связи и управления потоком всегда будут заканчиваться успешно. На больших скоростях это может привести к потере информации, поэтому мы рекомендуем использовать вторую схему.

Рис. 5.3. Нуль-модем

Для полноты картины рассмотрим еще один аспект, связанный с механическим соединением портов RS-232-C. Из-за наличия двух типов разъемов - DB25 и DB9 - часто бывают нужны переходники с одного типа разъемов на другой. Например, вы можете использовать такой переходник для соединения COM-порта компьютера и кабеля нуль-модема, если на компьютере установлен разъем DB25, а кабель оканчивается разъемами DB9.

Схему такого переходника мы приводим на рисунке 5.4.

Рис. 5.4. Переходник для разъемов DB25 и DB9

Заметим, что многие модемы можно настроить таким образом, что они не будут проверять состояние сигналов DTR и RTS. Более подробно эти возможности описаны в разделе "Расширенный набор AT-команд".