Доклад: Интерфейсы модемов

Интерфейс V.35 использует комбинацию несимметричных (V.24/V.28) и симметричных (V.35) сигналов. Поэтому максимальная длина соединительного кабеля та же, что и для интерфейса V.24/V.28 (RS-232). В качестве интерфейсного разъема между DTE—DCE используется 34-контактный разъем типа MRAC. Диаметр штырей/отверстий, используемых в 34-контактном разъеме, и соответствие контактов сигналов может отличаться в разных странах. В табл. 3.6 показано назначение сигналов и обозначение контактов разъема ISO 2593 для интерфейса V.35, а на рис. 3.16. приведено расположение его контактов.

В 1988 г. ITU-T отказался от стандарта V.35, заявив, что он устарел. Несмотря на столь категоричное официальное заявление, интерфейс V.35 продолжает существовать. В настоящее время, кроме различного рода высокоскоростных модемов, интерфейс V.35 применяется в мультиплексорах, маршрутизаторах и другом коммуникационном оборудовании, обеспечивая скорость передачи до 2 Мбит/с.

3.4. Интерфейсы Х.21 и X.21bis

Стандарт Х.21 впервые был опубликован в 1972 г. Он определяет физические характеристики и процедуры управления для интерфейса DTE—DCE в режиме синхронной передачи данных и может применяться как в сетях с коммутацией каналов, так и в сетях на выделенных линиях. Стандарт предусматривает дуплексную работу DTE при условии, что DCE связаны друг с другом реальными, а не виртуальными цифровыми линиями связи. Функциональные процедуры Х.21 формализованы в виде диаграмм состояний, рассмотрение которых выходит за рамки данной книги.

Рекомендация ITU-T Х.21 определяет формат передаваемых символов, которые представляются в коде МТК-5 (Международный Телеграфный Код №5). Данный интерфейс рассчитан на сквозную цифровую передачу. В нем в процесс установления соединения и разъединения полностью автоматизирован при помощи набора сигналов о состоянии соединения и о его неисправностях. В ходе передачи данных через интерфейс могут передаваться любые последовательности битов.

Создатели этого стандарта стремились максимально упростить его и, по нашему мнению, достигли своей цели. Так, соединение DTE с DCE требует существенно меньшего числа сигнальных линий, чем аналогичное соединение для интерфейса RS-232.

Назначение сигналов и линий интерфейса Х.21 приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7. Назначение сигналов и линии интерфейса Х.21

Рис. 3.17. Расположение контактов разъема интерфейса Х.21

Механические характеристики интерфейса Х.21 определены стандартом ISO 4903, предусматривающим использование 15-контактного разъема типа DB-15, изображенного на рис. 3,17.

Интерфейс Х.21 может находится либо в режиме переноса данных, либо в одном из многочисленных режимов управления. Управляющая информация в режимах управления передается в коде МТК-5. Применение потока управляющих символов открывает неограниченные возможности для выбора будущих управляющих механизмов. Такой подход является более гибким по сравнению с другими вариантами интерфейсов, использующими для каждого управляющего сигнала отдельную линию. В режиме управления важно правильно идентифицировать моменты появления символов. Для этого любой последовательности управляющих символов, посылаемых или принимаемых DTE, предшествуют два идущих подряд символа синхронизации SYN.

По ряду причин Х.21 не получил широкого распространения. Тем не менее для некоторых приложений он является оптимальным вариантом, особенно для таких, где требуются дуплексные выделенные каналы, работающие в синхронном режиме.

Рекомендация X.21bis

Рекомендация X.21bis была разработана для для обеспечения возможности подключения к сетям передачи данных общего пользования тех пользователей, которые используют для этого аналоговые выделенные или коммутируемые каналы и имеют синхронные модемы, работающие согласно рекомендациям серии V.

Выполнение рекомендации X.21bis обеспечивает взаимодействие между DTE, подсоединенным к сети через модем серии V в соответствии с рекомендацией X.21bis, и DTE, подсоединенным по рекомендации Х.21. При этом возможна как дуплексная передача (основной вариант), так и полудуплексная.

Электрические и механические характеристики цепей интерфейса DTE— DCE могут соответствовать рекомендациям V.28, Х.26 и иметь 25- или 37-кошакчный разъем, соответственно.

3.5. Параллельный порт

В последнее время в связи с резким ростом скоростей передачи современных модемов для КТСОП, использующих протоколы V.34, V.42bis, и невозможностью обеспечить надежную связь по последовательному порту при таких скоростях, ряд фирм-разработчиков модемов и программного обеспечения для них рассматривают параллельный интерфейс как достойную альтернативу интерфейсу RS-232. Подключение модема к параллельному порту обеспечивает передачу информации на скоростях до нескольких мегабит в секунду без потери данных даже при работе в многозадачных операционных системах.

3.5.1. Стандартный параллельный порт

Параллельный порт использует электрические сигналы ТТЛ-уровня. Структурная схема адаптера параллельного порта представлена на рис. 3.18.

Широкое распространение получили параллельные адаптеры, в которых практически все функции отдельных ТТЛ-микросхем объединены в одной типа 82С11, выполненной по КМОП-технологии.

Рис. 3.18. Структурная схема адаптера параллельного порта

Для того чтобы избежать ошибок и потери информации при передаче данных с ТТЛ-уровнями, максимальная длина кабеля для модема (или принтера) не должна превышать двух-трех метров. Подсоединение кабеля к адаптеру производится через 25-контактный разъем типа D-shell.

Стандарт IBM определяет три порта ввода-вывода с базовыми адресми ОЗВСЬ, 0378h и 0278h. Встроенный параллельный порт адрес ОЗВСЬ обычно не использует. Вместо этого, как правило, используется базовый адрес 0378h. При необходимости базовый адрес можно переназначить программным способом, либо при помощи DIP-переключателей или перемычек.

В IBM PC-совместимых компьютерах за параллельными портами закреплены специальные логические имена, поддерживаемые системой: LPT1, LPT2, LPT3. Имя устройства PRN является эквивалентным LPT1. Эти логические имена необязательно должны совпадать с указанными выше адресами портов ввода-вывода. При загрузке система анализирует наличие параллельных портов по каждому из трех базовых адресов. Поиск всегда выполняется в следующем порядке: ОЗВСЬ, 0378h и затем 0278h. Первому найденному параллельному порту присваивается имя LPT1, второму — LPT2, третьему — LPT3. В результате реализации такой схемы назначения имен можно быть уверенным в том, что в системе всегда будет порт LPT1 (PRN) не зависимо от присвоенного ему адреса порта ввода-вывода, при условии, что компьютер оборудован хотя бы одним адаптером параллельного порта.

Стандартный параллельный порт предназначен только для односторонней передачи информации. Работа же с каналами связи предполагает реализацию как передачи, так и приема данных. В связи с этим ряд разработчиков аппаратного обеспечения отошел от первоначальной схемы IBM.

3.5.2. Порт ЕРР

Фирмы Intel, Xircon, Zenith и ряд других, заинтересованных в улучшении характеристик параллельного порта, совместно разработали спецификацию улучшенного параллельного порта ЕРР (.Enhanced Parallel Port).

Порт ЕРР является двунаправленным, то есть обеспечивает параллельную передачу 8 бит в обоих направлениях. Это избавляет центральный процессор от необходимости выполнения медленных инструкций типа IN и OUT, позволяя программе заниматься непосредственно пересылкой данных. Порт ЕРР передает и принимает данные почти в шесть раз быстрее обычного параллельного порта. Этому также способствует то, что порт ЕРР имеет буфер, сохраняющий передавемые и принимаемые символы до того момента, когда модем или другое периферийное устройство будет готово их принять.

Специальный режим позволяет порту ЕРР передавать блоки данных непосредственно из ОЗУ компьютера в периферийное устройство и обратно, минуя процессор. Такое преимущество, однако, реализуется за счет использования, такого ценного ресурса компьютера, как канал прямого доступа к памяти.

Таблица 3.8. Назначение контактов и линий параллельного порта ЕРР

Порт ЕРР полностью совместим с обычным портом. Для использования его специфических функций требуется специальное программное обеспечение. При использовании надлежащего программного обеспечения порт ЕРР может передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбит/с. Назначение контактов разъема DB-25 для стандартного и ЕРР портов приведено в табл. 3.8.

Подобно интерфейсу SCSI спецификация порта ЕРР позволяет подключать в цепочку до 64 периферийных устройств.

3.5.3. Порт ЕСР

Дальнейшим развитием порта ЕРР явился порт с расширенными функциями ЕСР (Extended Capability Port).

Порт ЕСР, разработанный компаниями Microsoft, Hewlett-Packard и рядом других, обеспечивает еще большую по сравнению с портом ЕРР скорость передачи. Как и в ЕРР, в порту ЕСР сохранен тот же режим обмена данными через канал прямого доступа к памяти. Также реализован режим работы, позволяющий снизить загрузку центрального процессора при передаче данных через порт. Порт ЕСР позволяет подключать до 128 периферийных устройств.

Одной из наиболее важных функций, впервые реализованной в ЕСР, является сжатие данных. Это позволяет резко повысить реальную скорость передачи. Данная функция не является обязательной, поэтому порты, периферийные устройства и программы могут ее и не поддерживать. Однако выигрыш от сжатия данных можно получить только тогда, когда режим компрессии поддерживается как портом ЕСР или управляющей программой, так и периферийным устройством. Только в этом случае может быть реализована функция сжатия данных. Если обоюдной поддержки не будет, компьютер будет обмениваться с периферийным устройством без сжатия.

Для сжатия данных используется метод RLE (Run-Lehgt Encoding). Согласно алгоритму этого метода длинная последовательность одинаковых символов передается всего лишь двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, а второй — число повторений. При этом стандарт ЕСР допускает сжатие и распаковку данных как программно, путем применения драйвера, так и аппаратно схемой порта.

3.5.4. Порт IEEE 1284

Фирменные стандарты ЕРР и ЕСР были включены в стандарт Американского института инженеров по электротехнике и электронике IEEE 1284.

Порт IEEE 1284 способен работать как с портом ЕРР, так и с ЕСР. Это достигается за счет выполнения требований совместимости с ранее разработанными и уже широко распространенными спецификациями.

Дополнительно к функциям уже рассмотренных портов, порт IEEE 1284 позволяет периферийному устройству послать сигнал при аварии. Всякий раз при возникновении ошибки параллельный порт в состоянии послать сигнал прерывания IRQ. Следует заметить, что сигнал ошибки обычного параллельного порта (контакт 15 разъема DB-25) не использовал прерывания процессора и мог быть обнаружен, если только сама программа предусматривает контроль этого сигнала.

3.6. Интерфейс PC Card (PCMCIA)

3.6.1. Общие сведения

В последнее время для расширения ресурсов компьютера применяются так называемые платы PC Card, имеющие стандартный интерфейс PCMCIA, который также называют PC Card. Платы PC Card могут содержать дополнительную оперативную память, жесткие диски, сетевые адаптеры, навигационные приемники GPS и, конечно же, модемы для коммутируемых телефонных сетей общего пользования, сотовых систем связи и для локальных радиосетей. Интерфейсом PCMCIA комплектуются практически все переносные компьютеры и большинство настольных модели. Модемные платы PC Card часто содержат в своем составе и другие коммуникационные устройства, например сетевые адаптеры. Внешний вид таких устройств приведен на рис. 3.19.

Стандарт первого поколения PCMCIA 1.0 был выпущен в сентябре 1990 г. и определял использование карт памяти в качестве средств хранения данных.

Однако уже через год он был модифицирован и стал описывать более унифицированный интерфейс, подходящий для устройств как памяти, так и ввода-вывода. Новая версия 2.0 этого стандарта предусматривает применение плат большей толщины, что позволило использовать расширенную номенклатуру интегральных схем. Эта версия стандарта предусматривает также возможность выполнения программ, записанных в платах PCMCIA, непосредственно из этой памяти, без необходимости загрузки кода в стандартное ОЗУ компьютера.

Стандарт PCMCIA представляет собой нечто большее, нежели просто набор требований к размерам платы и разводке контактов шины. Этот стандарт описывает форматы файлов и структуры данных, метод передачи платой информации о своей конфигурации и возможностях главному компьютеру, независимые от типа устройства средства доступа к аппаратным средствам платы и программные связи, независимые от операционных систем.

3.6.2. Архитектура PC Card

Стандарт PCMCIA предусматривает 16-разрядный интерфейс и одну линию запроса прерывания (IRQ). Система расширения PCMCIA объединяет все — от компьютера и унифицированного гнезда для плат PC Card до программных вызовов, обеспечивающих связь программных средств с системой расширения PCMCIA. Эта система расширения в общем виде представлена на рис. 3.20.

Рис. 3.19. Общий вид модемных PC Card

Рис. 3.20. Система расширения PCMCIA

Устройство, поддерживающее стандарт PCMCIA, может иметь от одного до 255 адаптеров PCMCIA. Каждый адаптер обслуживает до 16 отдельных портов PCMCIA. Таким образом, стандар PCMCIA 2.0 предусматривает возможность объединения в одной системе до 4080 плат PC Card.

Регистры памяти и ввода-вывода каждой платы PC Card отображаются в адресном пространстве компьютера. Компьютер осуществляет доступ к ресурсам PCMCIA-карты через одно или несколько окон, представляющих собой блоки памяти или регистров с прямой адресацией. Вся память платы может быть собрана в одном окне больших размеров (если нужно ее просто расширить), или же к ней обращаются постранично (как к EMS-памяти) через одно или несколько окон. PCMCIA-карта сама устанавливает режим доступа на основании данных о конфигурации, хранящихся в ее собственной памяти.

Для обеспечения логической связи между PCMCIA-картой и персональным компьютером разработан программный интерфейс под названием Socket Services. С помощью набора функциональных вызовов по прерыванию IRQ lAh программа может получить доступ к функциям PC Card. Интерфейс Socket Services делает доступ к плате аппаратно-независимым — примерно так же, как BIOS для PC. В действительности, интерфейс Socket Services разработан так, чтобы его можно было встраивать в BIOS компьютера типа IBM PC. Но интерфейс Socket Services иногда реализуется в виде драйвера устройства, так что возможности существующих компьютеров также можно дополнять функциональными возможностями PCMCIA.

С помощью Socket Services компьютер формирует окна, используемые PCMCIA-картой для доступа. После этого память или регистры могут непосредственно адресоваться компьютером. Отдельные или сгруппированные байты могут считываться или записываться с помощью функциональных вызовов Socket Services.

В 1992 г. был утвержден стандарт Card Services, определяющий программный интерфейс для доступа к PCMCIA-картам. Этот стандарт устанавливает набор программных вызовов, обеспечивающих связь с теми частями интерфейса Socket Services, которые не зависят от операционной системы компьютера. Подобно Socket Services интерфейс Card Services связан с прерыванием lAh и может быть реализован либо в виде драйвера, либо в качестве встроенного блока операционной системы. Для операционных систем, работающих в защищенном режиме необходим последний вариант исполнения интерфейса Card Services.

Система конфигурации PCMCIA, получившая название "Структура идентификации платы" (CIS — Card Identification Structure), или "метаформат" платы, предусматривает обеспечение необходимой связи между PCMCIA-картой и компьютером при помощи нескольких уровней или слоев совместимости. Так же как в случае с аппаратным интерфейсом, каждый следующий слой CIS все в большей степени отражает специфику конкретного устройства.

Только первый слой, так называемый базовый слой совместимости (Basic Compability Layer), является обязательным. Этот слой показывает, как организована память платы. Для этого нужны только два вида информации: структура данных, используемых самим слоем, и такие физические характеристики устройства, как количество головок, цилиндров, а также секторов реального или виртуального диска.

Следующий вышележащий слой называется слоем формата записи данных (Data Recording Format Layer). Он указывает, каким образом организуется запись данных на блочном уровне. Стандарт 2.0 предусматривает четыре формата: непроверяемые блоки, блоки с коррекцией ошибок по контрольной сумме, блоки с контролем ошибок циклическим избыточным кодом и данные вне блоков, организованные не так, как на диске.

Третий слой CIS, слой организации данных (Data Organization Layer), определяет способ логической организации данных на плате, т.е. указывает тот формат операционной системы, которому соответствуют данные. Различают четыре возможных варианта: DOS; файловая система Flash компании Microsoft для флэш-памяти; образ ПЗУ "выполнение на месте" (eXecute In Place, или XI Р); и специфическая прикладная организация.

Четвертый слой CIS предназначен для конкретных системных (system specific) стандартов, которые соответствуют определенным операционным условиям. Например, стандарт XIP определяет, каким образом код программ, записанный в платах ПЗУ, будет считываться и выполняться.

Установочная информация для всех этих слоев хранится в зарезервированной области памяти PCMCIA-карты, называемой памятью атрибутов (Atrib-ute Memory). Эта область изолирована от обычной памяти платы, которая в PCMCIA 2.0 называется общей памятью (Common Memory). Структура данных CIS представляет собой последовательно соединенную цепочку информационных блоков, именуемых кортежами, длина каждого из которых может составлять до 128 байт. Чтобы обеспечить для всех систем общее начало отсчета при поиске данных CIS, первый кортеж метафайла располагается по первому адресу памяти атрибутов. Благодаря этому данные будут находится в пределах адресного пространства даже тех микропроцессоров, которые способны работать только с одним мегабайтом ОЗУ. Поскольку система CIS должна функционировать в любом PC или другом компьютере, предусматривается доступ к памяти только по 8-разрядной шине.

Таблица 3.9. Кортежи конфигурации PCMCIA 2

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5