（计算机系统结构专业论文）IEEE1284并行接口的设计与实现.pdf

摘蔓 摘要 本文首先对 1 1 7 e es t a n d a r ds i g n a l i n gm e t h o df o rab i d i r e c t i o n a lp a r a l l e l p e l i p h e r a li n t e 咖a c e o rp e r s o n a lc o m p u t e r s 简称i e e e1 2 8 4 1 9 9 4 标准 进 行了分析 然后采用美国w a r pn i n ee n g i n e e r i n g 公司生产的i e e e1 2 8 4 外设 端接口控制器w 9 1 2 8 4 p i c 和t i 公司生产的i e e e1 2 8 4 总线收发器 s n 7 4 l v l 6 1 2 8 4 实现了这种标准的外设端接口电路 在此基础上 根据 m i c r o s o f t 公司的 e c p l s a h n p l e m e n t s p e c w 9 1 2 8 4 p i c 数据手册以及i e e e 12 8 4 1 9 9 4 标准实现了主机端和外设端的软件 完成了主机和外设的数据通 信 最后提出了一些修改和完善的意见 量廷 兰 兰堡壅使羞堑蓬旦的数据传输速度得到了极大的提高 并 且支持双向数据传输 这使得对数据的需求量不再成为外设的性能瓶颈 同 时l i 于双向塾塑焦捡特性 所以主机能识别外设的型号 这样就不至于对不 支持的设备误操作 关键字 i e e e1 2 8 4 e c p 兼容模式 协商过程 w 9 1 2 8 4 p i c s n 7 4 i 1 6 1 2 8 4y a b s 缸a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s t a n a l y s e si e e es t a n d a r ds i g t n gm e t h o d f o r ab i d i r e c t i o n a l p a r a l l e lp e p i p h e p u lh l t e l f a c ef o rp e r s o n a lc o m p u t e r s i m p l yc a l l e di e e es t d 1 2 8 4 1 9 9 4 l e e e1 2 8 4p e r i p h e r a li n t e r f a c ec o n t r o l l e r w 9 1 2 8 4 p i cp r o d u c e db y w a r p n i n e e n g i n e e r i n gc o r p a n d 1 e e e1 2 8 4 t r a n s c e i v e r s n 7 4 l v l 6 1 2 8 4 p r o d u c e db yt lc o r pa r eu s e dt or e a l i z et h i sk i n do f s t a n d a r dp e r i p h e r a li n t e r f a c e c i l c u l to nt h eb a s i so ft h i sa n dt a k i n ge c pi s ai m p l e m e n ts p e c m a d eb y m i c r o s o f tc o r p w 912 8 4 p i cd a t as h e e tm a d eb yw a r pn i n ee n g i n e e r i n gc o r p a n di e e es t a n d a r d1 2 8 4 1 9 9 4a sar e f e r e n c es o f t w a r ei nh o s ta n dp e r i p h e r a li s r e a l i z e da n dt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n p e r i p h e r a la n d h o s ti si m p l e m e n t e d i e e es l d12 8 4 19 9 4i m p r o v e st h er a t eo fd a t at r a n s f e ro fp a r a l l e li n t e r f a c e g r e a t l ya n dp r m i d e sb i d i r e c t i o n a ld a t at r a n s f e r s i tm a k e st h ed e m a n df o rd a t ai s n om o r et h eb o t t l e n e c ko f p e r i p h e r a lp e r f o r m a n c e a tt h es a m et i m e d u et ot h e c h a r a c t e r i s t i co fb i d i r e c t i o n a ld a t at r a n s f e r t h eh o s tc a ni d e n t i f yt h em o d eo f p e r i p h e r a l 5 2x h ep r o b l e mo fm i s t a k eo p e r m i o no nu n s u p p o r t e dd e v i c ec a nb e a v o i d e d k e y w o r d s i e e e1 2 8 4 e c p c o m p a t i b i l i t ym o d en e g o t i a t i o n p h a s e w 9 1 2 8 4 p 1 cs n 7 4 l v l6 1 2 8 4 绪论 并行接口作为连接外设和主机的一种方式 早在1 9 8 1 年m m 的p c 机中 就有采用 但是早期p c 机中的并行接口 标准并行接口 只能实现主机到 外设的数据传送 而且为了完成从主机到外设的一个字节传送 要多次读写 寄存器 速度很慢 后来的p s 2 并行接口能实现双向数据传送 但是速度并 没有提高 由于并行接口的应用越来越广泛 人们迫切需要一种新型的并行 接口 此种接口能实现双向数据传输 速度较之标准并行接口又有极大的提 高 在人们的不断努力下 i e e e1 2 8 4 委员会于1 9 9 4 年发布了i e e e1 2 8 4 1 9 9 4 标准 后面都简称为i e e e1 2 8 4 标准 其后又有其它组织发布了各种新的标 准 i e e e1 2 8 4 1 i e e e1 2 8 4 2 i e e e1 2 8 4 3 和i e e e1 2 8 4 4 标准 i e e e1 2 8 4 3 支持菊花链结构 使得几个外设可以共享一个主机并行接口 i e e e1 2 8 4 4 在 物理层和数据链路层上又增加了事务处理层 使得单个的物理连接可以有多 个逻辑通道 在本设计和实现之前 国外很多厂家开发出了该种并行接口 例如h p 生产的绘图机中都具有e c p 接口 e c p 为i e e e1 2 8 4 中的一种模式 e p s o n 公司生产的绘图机中也具有e c p 接口 在国内 威海北洋电气集团也开发出 了i e e e1 2 8 4 并行接口 不过北洋集团采用的是单片机和w 9 1 2 8 4 p i c 来实现 i e e et 2 8 4 外设端的 西安电子科技大学计算机外部设备研究所在1 9 9 9 年开 发出了i e e e1 2 8 4 并行接口 但是它是利用分离元件来实现 根据 电子计 算机与外部设备 上何继成老师的文章介绍 其实现的并行接口只是支持 n i b b l e 模式和兼容模式 所以并行接口的速度不是很高 至于用p c 机中的 i s a 槽和w 9 1 2 8 4 p i c 来扩展i e e e1 2 8 4 并行接口的例子 在国内未见报到 本文利用w 9 1 2 8 4 p i c 集成芯片实现了面向p ci s a 槽的外设方i e e e1 2 8 4 并 行接口 本文主体部分实际上可以分为两大部分 第一部分为协议分析 包括第 二章到第五章 第二部分为协议实现部分 包括第六章和第七章 第一章简 单介绍i e e e1 2 8 4 出现的背景 以及i e e e1 2 8 4 的优点 第二章介绍i e e e1 2 8 4 中五种模式的概念 此五种模式贯穿全文 同时说明了i e e e1 2 8 4 中的几个 术语 i e e e1 2 8 4 作为一种接口标准 必然有接口信号的定义 第三章就介绍 i e e e1 2 8 4 接口信号的定义 第四章对i e e e1 2 8 4 五种模式下数据传输时的握 手协议进行详细分析 它是第六章和第七章进行接口实现的重要基础 i e e e 1 2 8 4 作为连接主机和外设的一种方式 必然有连接器 第五章就说明i e e e 1 2 8 4 的三种连接器 以及它们用在主机和外设上时的连接方法 在前面几章 2i e e e1 2 8 4 并行接口的设计与实现 协议分析的基础上 第六章和第七章进行接口的具体实现 其中第六章进行 主机方实现 第七章进行外设方实现 在i e e e1 2 8 4 并行接口实现之后 感 到有些地方需要改进 结束语部分提出了几点改进意见 第一章i f e e1 2 8 4 出现的背景 第一章i e e e1 2 8 4 出现的背景 本章主要介绍在i e e e1 2 8 4 标准出现之前并行接口存在的一些问题 以 及i e e e1 2 8 4 标准对这些问题的改进之处 1 1 以前的c e n t r o n i c s 并行接口存在的问题 当i b m 在1 9 8 1 年引入p c 时 并行打印口被作为低速串行口的一种替代 用于驱动当时最新的高速点阵打印机 并行口可以一次传输8 比特 而串行 口一次只能传输1 比特 那时点阵打印机是主要的并行口外设 随着技术的 进步和对外部连接需求的增加 并行口成为连接更高性能外设的方式 这些 外设现在包括打印机共享设备 可携带磁盘驱动器 磁带备份 局域网适配 器和c d r o m 播放器 现在开发商和这些外设的用户碰到三个麻烦 第一 虽然p c 的性能已经 极大的提高 但是并行接口的性能和结构没有发生质的变化 这个结构可达 到的最大数据传输速率大约为1 5 0 k b s 而且软件对它的影响很大 第二 没有统一的电气接口标准 这导致当试图跨平台操作时会发生很多问题 最 后 缺少设计标准使得外部电缆的最大长度只能达到6 英尺 1 2i e e e1 2 8 4 标准并行接口的优越性 标准并行接口存在的这些问题严重的阻碍了它的使用 人们迫切希望开 发出一种新的并行接口 在1 9 9 1 年召开了一次打印机制造商会议 会议讨论 开发一种新的网络打印机智能控制标准 这些制造商形成了网络打印联盟 n p a 这包括l e x m a r k m m t e x a s 仪器和其他的一些商家 n 队定义 了一组参数 这考虑到打印机和主机实现时的打印机应用和工作的完全控制 当进行这个工作时发现 完全实现这个标准将要求对p c 的高性能双向联 接 通常的p c 并行口不具有这个标准要求的能力 n p a 向i e e e 建议建立一个委员会来为p c 开发一种高速双向并行口标 准 这个新标准与原来的并口软件和外设完全兼容 但是提高数据传输速率 使之不管是输出还是输入都要高于l m b s 这个委员会就是后来的i e e e1 2 8 4 委员会 其开发出来的标准就是i e e e1 2 8 4 标准 这个标准的优点在于 4i e e e1 2 8 4 并行接口的设计与实现 速度可达2 m b s c e n t r o n i c s 并口为1 5 0 k b s 比以前有很大提高 支持双向数据传输 c e n t r o n i c s 并口只支持单向 有统一的电气标准 c e n t r o n i c s 并e l 没有统一的电气标准 外部电缆的最大长度可达3 5 英尺 c e m r o n i c s 并口只能达到6 英尺 而且保留对c e n t r o n i c s 并e l 的兼容 第二章i e e e1 2 8 4 术语解释 第二章i e e e1 2 8 4 术语解释 这一章首先简单介绍i e e e1 2 8 4 标准中的五种通信模式 这些通信模式 非常重要 贯穿整篇论文 将在后面各个章节中提到 至于几种模式下的数 据传输握手关系将会在第四章中作详细分析 然后介绍设备标识符 d e v i c e i d 行程长度编码 r l e 和e c p 模式通道寻址 e c pm o d ec h a n n e l a d d r e s s i n g 最后说明i e e e1 2 8 4 兼容设备和服从i e e e1 2 8 4 设备的区别 2 1i e e e1 2 8 4 的五种通信模式 i e e e1 2 8 4 有五种通信模式 兼容模式 c o m p a t i b i l i t vm o d e 半字节模 式 n i b b l em o d e 字节模式 b y t em o d e e c p 模式 e x t e n d e d c a p a b i l i t i e s p o r tm o d e 和e p p 模式 e n h a a c e dp a r a l l e lp o r tm o d e 接口最初处于兼容模 式 遵从1 e e e1 2 8 4 标准的设备 见2 5 节 能够判断并且切换到双方都支持 的模式 所有遵从i e e e1 2 8 4 标准的设备都必须支持兼容模式 n i b b l e 模式 和协商过程 见4 1 节 2 1 1 兼容模式 c o m p a t i b i l i t ym o d e 一种异步 一个字节宽度的前向 主机到外设 通道 兼容模式与 c e n t r o n i c s 并行接口兼容 这种模式通过h a c k n s t r o b e b u s y 信号实现主机 和外设之间数据的传输 由于信号较少 因此较为简单 但是速率也较e c p e p p 模式慢 2 1 2 半字节模式 n i b b l em o d e 一种异步 反向 外设到主机 在主机控制之下的通道 这种模式不利 用数据线 而是利用4 根状态线 n f a u i t x f l a g p e r t o r 和b u s y 向主机发 送数据 一次发送四个比特 所以一个字节要顺序发生两次 半字节模式可 以和兼容模式一起实现双向通道 2 1 3 字节模式 b v t em o d e 一种异步 一个字节宽度的反向 外设到主机 通道 这种模式利用接 口的八根数据线进行数据的传输 状态 控制信号进行传输中的握手 字节模 式可以和兼容模式一起实现双向通道 当主机和外设都支持字节模式时 主 机控制双向数据通道中的数据传输方向 2 i 4e c p 模式 e x t e n d e dp a r a l l e lp o r tm o d e 正e e1 2 8 4 并行接口的设计与实现 一种异步 一个字节宽度的双向通道 这种模式采用互锁握手代替兼容 模式中的最小定时要求 一根控制信号线 n a u t o f d 用来区分传送的是命令 还是数据 命令用来表示数据压缩率或者通道地址 2 1 5 e p p 模式 e n h a n c e d p a r a l l d p o r t m o d e 一种异步 个字节宽度的双向通道 在该模式下的通道处在主机的控 制之下 为了在这些通信模式之间进行切换 设备必须支持协商过程 协商过程 的说明见4 1 节 2 2 设备标识符 d e v i c ed 在外设到主机的第一次数据传输之前 主机不知道挂接到它并行接口上 设备的类型 所以不知道怎样和它通信 设备标识符允许主机采用反向数据 传输模式 n i b b l e b y t e e c p 从外设请求d 信息 这些外设通过向主机 发送一系列字节来表示它的设备类型 设备系列和语言等 设备标识符由长 度域和其后区分大小写的a s i i 字符串组成 设备d 的前面两个字节是这个 序列的长度 包括这两个字节 第一个字节是最重要的字节 长度值x 0 0 0 0 x 0 0 0 1 和x 0 0 0 2 为保留值 紧随这两个字节之后的序列由一系列关键字和 值组成 格式为 k e y v a l u e v a l u e 必需的关键字是 m a n u f a c t u r e r c o m m a n ds e t 和m 0 悦l 这 些关键字可以分别缩写为m f g c m d 和m d l 每个实现可以提供这三个 关键字和其它的关键字 除了冒号 逗号和分号之外的任何字符都可以作为 关键字或者值的一部分 串前导和尾部的空位 s p a c e x 2 0 t a b x 0 9 v t a b x 0 b c r x 0 d n l x 0 和f f x 0 c 被语法分析程序忽略 下面给出设备标识符的一个例子 x 0 0 x 7 9 m a n l i f a c t u r e r a c m 匣m a n u f a c t u r i n g c o m m a n d s e t p c l m p l m o d e l l a s e r b e a m c o m m e n t a n y t h i n gy o ul i k e a c t i v ec o m m a n d s e t p c l 外设采用可扩展字节请求的模式 反向通道模式 来把设备标识符发送 到主机 如果外设支持设备标识符协商 但是在设备标识符反向传输或者整 第二章i e e e1 2 8 4 术语解释7 个字符被发送到主机之前的任何时间外设表示没有可用数据 则主机要么进 入反向空闲阶段 要么进入终止过程 如果在所有字节被完全发送之前主机 终止设备标识符的传送 那么外设将丢弃设备标识符的剩余部分 因此每次 主机请求设备标识符 这个标识符被完全发送 2 3r l e 行程长度编码 i e e e1 2 8 4 支持单字节行程长度编码 这种编码压缩具有相同字节的字符 串 在光栅图像设备上特别有用 这种简单压缩不排除上层其它数据压缩策 略 当接收到一个行程长度计数 随后的数据字节被复制 定次数 零行程 长度计数表示下个数据字节只有一个字节 而1 2 7 的行程长度计数表示下个 字节将被扩展到1 2 8 个字节 为了防止数据膨胀 应该避免零行程长度计数 24e c p 模式通道寻址 e c pm o d ec h a n n e l a d d r e s s i n g e c p 模式采用了通道寻址策略 提供了1 2 8 个前向和反向通道地址 在 e c p 模式中 通道地址可以动态改变 通道地址的定义是每个设备特定的 每次从兼容模式协商到e c p 模式后 主机和外设的通道地址默认为零 主机 发送 个通道地址命令之后 这个地址成为当前主机到外设和外设到主机的 通道地址 直到接收到另外一个通道地址或者终止 通道寻址基于主从关系 主机为主 主机采用当前通道地址或者选择一 个新的通道地址 在这两种情况下 主机都把数据发送到当前通道地址 如果9 0 设已经请求注意并且想在当前通道地址 当前意思是与上次主机 选择的通道地址相同 返回数据 那么外设可以不用首先选择 个反向通道 地址就把数据发送到当前通道地址 如果外设已经请求注意并且想在一个不同于当前通道地址的通道上返回 数据 哥 么外设在发送数据之前必须选择一个合适的反向通道地址 如果反 向通道地j 己经改变 而外设想在当前通道 主机最后一次选择的地址 返 回数据 那么外设在发送数据之前得首先选择当前通道地址 外设发送的通道地址命令仅仅影响外设到主机的通信通道 主机到外设 的通信通道保持不变 这个地址将一直保持有效直到主机或者外设发送另外 一个通道地址命令 或者进入终止过程 i e e e1 2 8 4 并行接口的设计与实现 2 5i e e e1 2 8 4 兼容设备和服从i e e e1 2 8 4 设备的区别 i e e e 1 2 8 4 兼容设备 c o m p a t i b l ed e v i c e 是那些支持各种变种c e n t r o n i c s 接口的设备 i e e e1 2 8 4 兼容设备和服从i e e e1 2 8 4 的设备 c o m p l i a n td e v i c e 仅能在兼容模式下相互操作 服从i e e e1 2 8 4 的设备有两种 i e e e1 2 8 4 i 型设备和i e e e1 2 8 4 i i 设备 所谓i e e e1 2 8 4 1 设备是采用i e e e1 2 8 4 a 或者i e e e1 2 8 4 b 连接器的设备 而i e e e1 2 8 4 i i 设备是采用i e e e1 2 8 4 c 连接器的设备 i e e e1 2 8 4 a i e e e 1 2 8 4 b i e e e1 2 8 4 c 的介绍见5l 节 第三章i e e e l 2 8 4 的接口信号 第三章i e e e1 2 8 4 的接口信号 这一章介绍并行接口信号在1 e e e1 2 8 4 标准中不同模式 不同阶段中的 功能定义 这是后面章节对i e e e1 2 8 4 标准进行分析和实现的的基础 3 1 接口信号功能 i e e e1 2 8 4 接e l 有8 个数据信号 5 个状态信号和4 个控制信号 另外加 j 表示主机已经加电的h o s tl o g i ch i g h 信号和外设已经加电的p e r i p h e r a l l o g i ch i g h 信号 下面分别介绍这些信号 1 括号中的名称是此信号在兼容 模式下的名称 31 1h o s t c l k n w r i t e n s 仃o b e 主机驱动 信号功能定义如表31 所示 信号所处模式信号功能定义 兼容模式设置为低来把数据锁存到外设中 当n s t r o b e 低时数据有效 协商过程置低来把可扩展请求值锁存到外设中 在h o s t c l k 的下降沿 数据有效 n i b b l e 模式传输过程中把它置高来避免把数据锁存到外设中 b y t e 模式传输过程中产生一个负脉冲来确认外设到来的数据 外设将 确保这个脉冲不会把一个新的数据字节锁存到外设的输入锁 存器中 e c p 模式 与p e r i p h a c k b u s y 构成封闭握手环来把数据或者地址信息 从主机传输到外设 3 1 2 a d l a d 8 d a t a l d a m 8 信号功能定义如表3 2 所示 信号所处模式信号功能定义 兼容模式前向通道数据 协商阶段可扩展请求值 n i b b l e 模式不用 主机可以仍然驱动总线 b y t e 模式反向通道数据 1 0i e e e1 2 8 4 并行凄口的设计与实现 3 1 3p t r c l k p e r i p h c l k i n t r h a c k 外设驱动 信号功能定义如表33 所示 表33p t r c l k p e r i h a c k i n u h a c k 功能定义 信号所处模式 兼容模式外设输出一个负 经被接收 协商阶段置低来表示支持i 和数据可用标志i n i b b l e 模式用来证实正被发趋 b y t e 模式用来证实正被发趋 反向空闲阶段外设把它置低 可用 e c p 模式与h o s t a c k n a u t o f i 信号功能定义 i 冲来应答主机传输来的数据字节 表示己 e e e 1 2 8 4 随后置高来表示x f l a g s e l e c t 读 到主机的数据合法 到主机的数据合法 后置高来向主机产生一个中断 表示数据 1 构成封目i 握手环 来把数据从外设传输到主机 3 1 4p t r b u s y p e r i p h a c k n w a i t b u s y 外设驱动 信号功能定义如表3 4 所示 信号所处模式信号功能说明 兼容模式置高表示外设没有准备好接收数据 协商阶段反映目前外设的前向通道忙状态 n i b b l e 模式首先表示数据比特3 然后表示数据比特7 再后来表示前向 通道忙状态 b y t e 模式前向通道忙状态 反向空闲阶段前向通道忙状态 e c p 模式外设用这个信号来进行前向流控制 p e f i p h a c k 也用来判定目 前在数据信号线上的是反向命令还是反向数据信息 p e r i p h a c k 为低时 示数据线上是命令 高时表示数据线上是 数据信息 在p e r i r h e r a l 为低时 命令字节的b i t7 为低时 表 刁 命令字节上是反向r l e 命令 b i t7 高时表示命令字节是反 向通道地址命令 第三章i e e e l 2 8 4 的接口信号 3 1 5a c k d a t a r e q n a c k r e v e r s e p e r r o r 外设驱动 信号功能定义如表35 所示 信号所处模式信号功能说明 兼容模式高时表示外设在纸张路径上已经碰到一个错误 这个信号的 意义随外设的不同而不同 在置高p e r r o r 高时应该置低 n f a u l t 协商阶段置高来表示支持i e e e1 2 8 4 然后其逻辑电平跟随n d a t a a v a i l n f a u l t 变化而变化 i k i b b l e 模式先表示数据比特2 然后表示数据比特6 b y t e 模式 与n d a t a a v a i l n f a u l t 一样 反向空闲阶段置高直到主机请求一个数据传输 然后跟随n d a t a a v a i l n f a u l t 变化而变化 e c p 模式 外设驱动这个信号为低来应答n r e v e r s e r e q u e s t 主机依靠 n a c k r e v e r s e 来判定什么时候它可以驱动数据信号线 3 1 6x f l a g s e l e c t 外设驱动 信号功能定义如表3 6 所示 信号所处模式信号功能说明 兼容模式置高来表示外设处于联机状态 协商阶段 x f l a g 指的是可扩展标志 外设用它来应答协商阶段主机发送 来的请求扩展字节 如果请求n i b b l e 模式 x f l a g 低表示外 设支持n i b b l e 模式 否则不支持 如果请求b y t e e c p 模式 x f l a g 高表示外设支持请求的模式 否则不支持 n i b b l e 模式首先表示数据t 特1 然后表示数据比特5 b y t e 模式与协商阶段 样 反向空阑阶段与协商阶段 样 e c p 模式与协商阶段 样 31 7 h o s t b u s y h o s t a c k n d s t r b n a u t o f d 主机驱动 信号功能定义如表37 所示 i e e e1 2 8 4 并行凄口的设计与实现 信号所处模式信号功能说明 兼容模式这个信号的解释随外设的不同而不同 主机置低该信号来使 打印机置为a u t o l i n e 模式 也可以被用来表示当前数据线上 是命令还是数据 如果h o t a c k 为高 表示数据线上传输的 是数据 如果为低 表示数据线上传输的是命令 命令可以 分为r l e 命令和通道命令 如果命令的位7 为0 表示命令 是前向r l e 命令 否则表示命令是前向通道地址命令 b i t6 0 为r l e 通道地址值 协商阶段在置高i e e e1 2 8 4 a c t i v e a c t i v e n s e l e c t l n 时 同时置低此信号 来请求一种i e e e1 2 8 4 模式 在外设置低p t r c l k n a c k 后 置高此信号 n i b b l e 模式置低表示主机可以接收外设到主机的数据 然后置高对主机 接收到此n i b b l er 应答 b y t e 模式 与n i b b l e 模式 样 在 个反向通道传输之后 当h o s t b u s y n a u t o f d 被置低并且外设没有可用数据时 接口转换到空 闲阶段 反向空闲阶段置高来对p t r c l k n a c k 负脉冲作出反应 以进入数据传输 阶段 如果在1 e e e1 2 8 4a c t i v e n s e l e c t l n 置低的同时 此 信号被置高 那么放弃i e e e1 2 8 4 空闲阶段 接口进入兼容 模式 e c p 模式 主机驱动这个信号进行反直流控制 与p e r i p h c l k n a c k 构 成互锁握手 h o s t a c k 用来判定在数据信号线上的是前向命 令还是前向前向数据 3 1 8p e r i p h e r a ll o g i ch i g h 外设驱动 置高来表示所有外设驱动的信号处于合珐状态 置低来表示外设已经关 掉电源 或者外设驱动的接口信号处于不合法状态 3 1 9n r e v e r s e r e q u e s t n l n i t 主机驱动 信号功能定义如表38 所示 第三章i e e e l 2 8 4 的接口信号 表3 8n r e v e r s e r e q u e s t n l n i t 功能定一批 信号所处模式信号功能说明 兼容模式在i e e e1 2 8 4a c t i v e 被置低时 这个信号为低来复位接口 使之返回兼容模式空闲阶段 协商阶段置高 反向空闲阶段置高 e c p 模式这个信号被驱动为低来把通道置为反向 在e c p 模式 仅 仅当n r e v e r s e r e q u e s t 为低 i e e e1 2 8 4a c t i v e 为高时外设被 允许驱动双向数据信号 3 1 1 0n d a t a a v a i l n p e r i p h r e q u e s t n f a u l t 外设驱动 信号功能定义如表39 所示 if i 号所处模式信号功能说明 豪容模式外设置低它来表示发生错误 这个信号的意义可以由各个外设 定义 协商阶段置高来表示外设支持i e e e1 2 8 4 标准 n i b b l e 模式置低来表示外设有准备好发送到主机的数据 然后被用作数据 b i t0 b i t4 b y t e 模式被用来表示有可月数据 反向空闲阶段被用来表示有可月数据 e c p 模式外设驱动此信号来请求与主机的通信 这个请求仅仅是一个 暗示 主机对传输方向有最终的控制权 这个信号提供了 一种点对点通信机制 这个信号最典型的用途是向主机产生一 个中断 在前向和反向 此信号都有效 3 1 111 2 8 4a c t i v e n a s t r b n s e l e c t l n 主机驱动 信号功能定义如表3 1 0 所示 表31 01 2 8 4a c t i v e n a s t r b n s e l e c t l n 功能定义 信号所处模式信号功能说明 兼容模式被主机置低来选择外设 协商阶段h o s t b u s y 置低时露高此信号来请求一种i e e e1 2 8 4 模式 n i b b l e 模式置高表示总线方向为外设到主机 置低来终止i e e e1 2 8 4 模 皿e e1 2 8 4 并行凄口的设计与实现 式 并且置总线方向为主机到外设 b y t e 模式 与n i b b l e 模式相i j 反向空闲阶段与n i b b l e 模式相同 e c p 模式在e c p 模式时被生机驱动为高 主机置低此信号来终止e c p 模式 并且返回兼容模式 3 1 1 2h o s ll o g i ch i g h 主机驱动 置高表示所有其它主机产生的信号处于合法状态 置低表示主机电源被 关掉 或者接口的信号处于非法状态 第四章正j e j 2 8 4 掷议分析 第四章i e e e1 2 8 4 协议分析 第二章说明了i e e e1 2 8 4 标准具有五种通信模式 这 章则对i e e e1 2 8 4 标准的这五种通信模式进行详细分析 说明各个模式下主机和外设的握手关 系 并且在本章的最后介绍了各个模式 除兼容模式之外 结束时必须经历 的过程 终止过程 4 1i e e e1 2 8 4 五种通信模式之间的转换 第 章介绍了i e e e1 2 8 4 标准的五种模式 这五种通信模式中的任何两个 模式之间的转换需要通过一个协商过程 n e g o t i a t i o n 只有协商成功才能实 现模式的转换 否则只能工作在兼容模式 同时 除兼容模式外 其它模式 想转换到另一种模式 首先进入终止阶段 t e r m i n a t i o n 然后进入兼容模式 从兼容模式空闲阶段可以协商进入目的模式 图4 1 说明了状态迁移过程 所 以 兼容模式是默认模式 它有三八意思 a b o r t e d 外设开始动作时 最初进入的模 式为兼容模式 进入兼容模式以 后 如果外设不忙 就可以通过 协商过程进入其它模式 l 其它模式终止后也进入兼容模 式 要从一个模式转换到另一个模 式 必须首先终止此模式 进入 兼容模式 然后进行协商 进入 目的模式 协商过程分为两步 1判定外设是否是i e e e1 2 8 4 设备 如果不是i e e e1 2 8 4 设备 协商失败 结柬协商 返回兼容模式 否则进行下 一步 图4 1 状态转换图 2 协商判定外设是否支持主机请求的通信模式 如果不支持 协商 失败 否则协商成功 1 6m e e1 2 8 4 并行接口的设计与实现 协商过程的握手关系见图4 2 瑚 下面对此图进行详细说明 1 主机通过数据线 d o d 7 向外设写入一个可扩展请求值 e x t e n s i b i l i t yb y t e 然后 将n s e l e c t i n 置高 n a u t o f d 置低 对某一 种模式进行协商 表4 1 列出了可扩展字节 2 作为回应 支持1 2 8 4 的设 d a t d 0 一w 玉丞面叵巫五五 一 备将n a c k 置低 将 s 1 t i n 厂 一 p e r r o r s e l e c t 和n f a u l t n a u t o f d 一 1 厂 嚣高 如果p e r r o r h n f a u l t n s t r o b 7 厂 一 不同时处于高电平 外设 p r 就不支持i e e e1 2 8 4 的协 c k 商 此时主机将n s e l e c t l n f a u l t 置低 结束协商尝试 随 l 后的连接将使用兼容模式 b u s y 进行数据传输 3 如果外设支持协商 主机 r 弋 l 厂 一 r 疆五面匠 匿匝 二二二 翌匦堕二二二二二厂 图4 2 协商过程握手 将把n s t r o b e 置低 从而地可扩展芋节锁存到外设中 然后主机将 n s t r o b e 和n a u t o f d 置高 4 外设通过置高n a e k 表示接口状态信号可读 5 主机这时可以读s e l e c t 如果是要协商进入n i b b l e 模式 那么s e l e c t 为低表示外设支持n i b b l e 模式 如果是要协商进入e c p b y t e e p p 模式 那么s e l e c t 为高表示外设支持这种模式 协商结束 表4l 主机向外设送出的可扩展字节 可扩展字节功能 1 0 0 00 0 0 0请求可扩展连接 0 1 0 00 0 0 0请求e p p 模式 0 0 1 l0 0 0 0请求带r l e 的e c p 模式 0 0 0 10 0 0 0请求e c p 模式 0 0 0 01 0 0 0保留 0 0 0 00 1 0 0 请求设备i d 用半字节模式返回数据 0 0 0 00 1 0 1 请求设备d 用字节模式返回数据 0 0 0 10 1 0 0请求设备i d 用带r l e 的e c p 模式返回数据 0 0 1 l0 1 0 0请求设备i d 用不带r l e 的e c p 模式返回数据 0 0 0 00 0 l o保留 第四章i e e e l 2 9 4 协议分析 4 2i e e e12 8 4 几种通信模式的握手协议 本节详细说明i e e e1 2 8 4 五种通信模式中的兼容模式 半字节模式 字 7 模式和e c p 模式中主机和外设的信号握手关系 至于e p p 模式 这里不作 介绍 42 1 兼容模式协议分析 兼容模式与早期p c 机中b i o s 所使用的数据传输协议类似 主机在某一 时刻向外设送出一个字节 随后主机与外设之间通过b u s y 和n a c k 实现握手 联系 握手关系见图43 姑1 这也是p c 与i e e e1 2 8 4 兼容设备采用的默认传 输模式 一二二 二二二堕豆巫更二一 二 n f a u l t 二卫塑 二圈卫 一 s e l 州 b f l l 四互了一 p e r m 二亘旺e 二四 了 一 b u s y 面五二 j 面 二 一 n c k l 厂 一 一 r l a u t o f e e d 一l 一 r i s e l e c t i n 图4 3 兼容模式下的握手关系图4 4 半字节模式握手关系 当主机检测到b u s y 为低 b u s y 0 时 主机就通过d 0 一d 7 向接口送一 个需要传输的字节 待数据线上数据稳定后 主机再发一个选通脉冲 使 n s t r o b e 有效 将数据总线上的字节打入外设的输入寄存器中 并使b u s y 有 效来阻塞下个字节直到当前的字节已经从输入锁存器中移出 当外设准备好 接收下个字节时 外设向接口发送一个负脉冲的回答信号n a c k 然后置低 b u s y 至此 一个字节处理过程完成 要传输第二个字符 就在重复上述这 一过程 4 2 2 半字节模式协议分析 半字节模式定义了 种可以被所有接口用于反向 即由外设到主机 方向数据传输的方法 每次在4 个状态端口传送一字节中的4 个位 剩下的 耋 姚 s i e e e1 2 8 4 并行接口的设计与实现 状态位和数据位提供握手联络服务 握手关 系见图4 4 当外设检测到n a u t o f d 有效 n a u t o f d 0 时 外设把要传送字节中的低 半字节放在状态线上 外设然后发一个n a c k 负脉冲 用于锁存数据 主机置 高n a u t o f d 表示它正在接收数据 现在不能继续接收更多的数据 外设霹 高n a c k 完成与主机的握手 主移 置低n a u t o f d 表示它能接收数据 外设 检测到n a u t o f d 变低 把高半字节放在状态线上 然后外发一个h a c k 负脉 冲 锁存数据 主机置高n a u t o f d 表示它正在接收数据 现在不能继续接 收更多的数据 外设置高n a c k 完成与主杌的握手 至此 完成一个字节的 传输 4 2 3 字节模式协议分析 字节模式定义的也是一种反向 即由外设到生机的数据传送方式 这 种方法用于双向数据线的情况 字2 声 模式的握手关系见图4 5 g l 外设检测到n a u t o f d 为低 把耍 发送的一个字节放在数据线上 然后 外设发一个n a c k 负脉冲来锁存数 据 主机置高n a u t o f d 表示它看到 n a c k 信号变低 并且它现在正在处 d a t a n a c k n a u o f e e d n t r o b e p e r r o r n a u l t s 1c t n s e l c t i n 巨4 5 字节模式传输时的握手关系 理数据 9 设然后更新状态线 b u s y 为它的前向通道状态值 表示前向通道 是否忙 n f a u l t 低 如果有另外鲢1 字节要发送 p e r r o r 为低 s e l e c t 为高 外设置高n a c k 完成字节握手 此时 主机发一个n s t r o b e 负脉冲 表示它 已经接收到此字节 4 2 4e c p 模式协议分析 建立 s e t u p 过程 这个过程是e c p 模式特有的 n i b b l e 模式 b y t e 模式 e p p 模式都 没有这个过程 这些模式在协商之后直接进入数据传输过程或者空闲阶 段 s e t u p 过程的握手为 1 主机置低n a u t o f d 来应答协商成功 2 外设升高p e r r o r 表示它现在正处于e c p 模式操作中 e c p 正向过程 扩展功能接口 e c p 模式可以实现双向的高速字节传输 传送数据与命令 荤 一几q豢触嘧穗 第四章i e e e l 2 8 4 协议分析 信息时使用不同的握手联络信号 在前向通道中 如果n a u t o f d 为低 传输 的是前向通道命令 如果n a u t o f d 为高 传输的是数据 在n a u t o f d 为低时 命令字节的b i t7 如果为0 则表示传输的是r l e 命令 如果b i t7 为1 则 表示传输的是通道地址 握手关系见图4 6 8 1 n a u t o f d b u s v 二二j 五面面函豇瓯 二二 7 n s e l e e t i n p e r r o r s e l e c t n i n i t 厂 一 厂 二二j 五 二 一 图4 6e c p 正向数据传输握手图4 7e c p 反向数据传输握手 除了n a u t o f d 之外 e c p 正向传输和兼容模式一样 e c p 反向过程 外设检测到n a u t o f d 为低时 知道主机可以接收数据 就把要发送的一 个字节放在数据线上 同时把b u s y 置为相对应的值 如发送的是数据 则 b u s y l 如发送的是命令 则b u s y 0 在b u s y 为低时 如果命令字节的b i t 7 为0 则表示传输的是r l e 命令 如果b i t7 为1 则表示传输的是反向通 道地址 然后外设