57_60.PDF

S P R Z Ę T

PrzyjÍ³o siÍ, øe karta

z†magistral¹ ISA, to coú

archaicznego, ale prostego

w†uøyciu dla osÛb

pragn¹cych napisaÊ w³asne

oprogramowanie

i†korzystaj¹cych z†systemu

operacyjnego DOS.

Czy inaczej jest

w†przypadku kart PCI?

DOS, Turbo Pascal i nowa karta pomiarowa PCI

Okazuje siÍ, øe w†typowych zastoso-

waniach rÛønica nie jest aø tak zna-

cz¹ca. Aby tego dowieúÊ przedstawio-

no pokrÛtce specyfikacjÍ standardu

magistrali i†urz¹dzeÒ PCI oraz zapre-

zentowano dwie karty kontrolno-po-

miarowe firmy Advantech, ilustruj¹c

przy tym sposob ich obs³ugi przyk³a-

dami krÛtkich programÛw napisanych

w†jÍzyku Turbo Pascal.

- pozosta³e 192 bajty przeznaczono na

rejestry specyficzne dla danego urz¹-

dzenia.

StrukturÍ nag³Ûwka pamiÍci konfigu-

racyjnej przedstawiono w† tab. 1 (kolo-

rem szarym oznaczono rejestry, ktÛre

musz¹ byÊ predefiniowane).

Konfiguracja urz¹dzeÒ PCI, nie wyma-

gaj¹ca jak wiadomo zwÛr konfiguracyj-

nych (by³o to typowe rozwi¹zanie sto-

sowane w†kartach rozszerzeÒ ISA) i†po-

legaj¹ca na wpisaniu odpowiednich war-

toúci do poszczegÛlnych (przyporz¹dko-

wanych danemu urz¹dzeniu) rejestrÛw

przebiega automatycznie podczas uru-

chomienia komputera, przed rozpoczÍ-

ciem testÛw POST ( PowerOnSelfTest ).

wykorzystuj¹ce porty umieszczone

w†przestrzeni wejúcia-wyjúcia. Jednym

z†mechanizmÛw jest wykorzystanie

procedur BIOS. Specyfikacja PCI 2.1

wprowadzi³a funkcjÍ B1h do przerwa-

nia programowego INT 1Ah. Udo-

stÍpnia ona wiele podfunkcji umoøli-

wiaj¹cych miÍdzy innymi:

Tab. 1. Struktura nagłówka pamięci

konfiguracyjnej urządzenia PCI

Magistrala i†urz¹dzenia PCI

32-bitowa magistrala PCI ( Peripherial

Component Interconnect ) opracowana zo-

sta³a przez firmÍ Intel. Zgodnie ze spe-

cyfikacj¹ (v 2.1), w†jednym systemie mo-

øe wspÛ³pracowaÊ do 256 magistral PCI,

przy czym kaøda z†nich moøe obs³ugiwaÊ

do 32 urz¹dzeÒ PCI, a†kaøde urz¹dzenie

moøe pe³niÊ do 8†funkcji. Magistrala mo-

øe pracowaÊ z†czÍstotliwoúci¹ do 66MHz,

co daje przepustowoúÊ w†granicach 132

Mb/s (dla porÛwnania - w†przypadku

magistrali zewnÍtrznej ISA przepusto-

woúÊ wynosi jedynie 8,33Mb/s).

Urz¹dzenia PCI wyposaøone s¹

w†256-bajtow¹ pamiÍÊ konfiguracyjn¹,

w†ktÛrej przechowywane s¹ informacje

niezbÍdne do ich skonfigurowania. Pa-

miÍÊ ta podzielona jest na dwie czÍúci:

- pocz¹tkowe 64 bajty s¹ przeznaczone

na nag³Ûwek, ktÛrego struktura jest

jednakowa dla wszystkich urz¹dzeÒ

PCI (z wyj¹tkiem uk³adÛw sprzÍgaj¹-

cych dwie magistrale PCI),

Identyfikator

urządzenia producenta

Rejestr stanu Rejestr komend 01

Kod klasy urządzenia Nr wersji 02

BIST Typ na− Minimalny Rozmiar 03

główka czas linii

transmisji cache

Adres bazowy 0 04

Adres bazowy 1 05

Adres bazowy 2 06

Adres bazowy 3 07

Adres bazowy 4 08

Adres bazowy 5 09

Wskaźnik CardBus CIS 10

Dodatkowy identyfi− Dodatkowy identyfi− 11

kator urządzenia kator producenta

Adres bazowy rozszerzenia ROM 12

Zarezerwowane 13

Zarezerwowane 14

Częstość Długość Linia INTLinia IRQ 15

transmisji

Mechanizmy dostÍpu do

pamiÍci konfiguracyjnej

urz¹dzeÒ PCI

Ze wzglÍdu na wymagan¹ duø¹ po-

jemnoúÊ, pamiÍÊ konfiguracyjna urz¹-

dzeÒ PCI nie zosta³a umieszczona

w†przestrzeni wejúcia-wyjúcia. Dlatego

magistrala PCI wykorzystuje trzy ob-

szary dostÍpowe: pamiÍÊ operacyjn¹,

przestrzeÒ wejúcia-wyjúcia i†pamiÍÊ

konfiguracyjn¹.

Aby zachowaÊ zgodnoúÊ z†wczeúniej-

szymi systemami i†umoøliwiÊ imple-

mentacjÍ magistral ISA i†EISA w†sys-

temach PCI, zosta³y zdefiniowane od-

powiednie mechanizmy dostÍpu do pa-

miÍci konfiguracyjnej urz¹dzeÒ PCI,

Elektronika Praktyczna 5/2002

S P R Z Ę T

- wykrycie wersji PCI BIOS,

- wykrycie urz¹dzenia PCI,

- odczytanie i†zapisanie danych w†rejes-

trach konfiguracyjnych urz¹dzenia PCI,

- odczytanie i†zapisanie informacji do-

tycz¹cych przypisania kana³Ûw prze-

rwaÒ.

Odczytanie adresu bazowego przydzie-

lonego danemu urz¹dzeniu PCI (w na-

szych rozwaøaniach bÍdzie to oczywiú-

cie wybrana karta kontrolno-pomiarowa)

okazuje siÍ wiÍc niezbyt skomplikowa-

ne. Teoretycznie (przy za³oøeniu, øe

nasz BIOS jest zgodny ze specyfikacj¹

PCI 2.1) konieczne staje siÍ wykorzysta-

nie jedynie dwÛch podfunkcji.

Pierwsz¹ z†nich jest podfunkcja

FIND_PCI_DEVICE wyszukuj¹ca w†sys-

temie urz¹dzenie wyspecyfikowane jed-

noznacznie przez identyfikator produ-

centa ( VendorID - szesnastobitowa war-

toúÊ okreúlana przez PCI SIG ( Special

Interest Group ) oraz identyfikator urz¹-

dzenia ( DeviceID - szesnastobitowa war-

toúÊ okreúlana przez producenta urz¹-

dzenia). W†przypadku jego znalezienia

(oczywiúcie w†sytuacji wystÍpowania

kilku identycznych urz¹dzeÒ procedurÍ

naleøy powtarzaÊ inkrementuj¹c przy

tym wartoúÊ indeksu urz¹dzenia poda-

wan¹ w†rejestrze SI, poczynaj¹c od

wartoúci ì0î) w†rejestrze BX zwracana

jest wartoúÊ bÍd¹ca argumentem pozo-

sta³ych podfunkcji dotycz¹cych dostÍpu

do pamiÍci konfiguracyjnej urz¹dzenia

PCI i†okreúlaj¹ca numer magistrali PCI

(w produkowanych obecnie kompute-

rach klasy PC opartych na architektu-

rze PCI wykorzystywana jest tylko jed-

na taka magistrala), numer urz¹dzenia

oraz numer funkcji (istotny w†przypad-

ku zintegrowanych urz¹dzeÒ mog¹cych

pe³niÊ kilka funkcji).

Dysponuj¹c tymi danymi jesteúmy

w†stanie, za pomoc¹ dwukrotnego wy-

korzystania podfunkcji READ_CON-

FIG_WORD (rozwaøamy ca³y czas wy-

korzystanie systemu operacyjnego DOS

i†jÍzyka Turbo Pascal, z†poziomu ktÛ-

rego nie mamy niestety moøliwoúci do-

stÍpu do 32-bitowych rejestrÛw) odczy-

taÊ wartoúÊ przydzielonych adresÛw

bazowych (w uzyskanych 32-bitowych

wartoúciach bit 1 jest bitem zarezerwo-

wanym, natomiast bit 0 okreúla czy

adres umieszczony jest w†przestrzeni

wejúcia/wyjúcia, wartoúÊ 1 czy w†pa-

miÍci operacyjnej, wartoúÊ 0). Przyk³a-

dowy program odczytuj¹cy zawartoúÊ

rejestrÛw adresÛw bazowych zawiera

plik pci.pas (dostÍpny po adresem

www.advantech.pl oraz na p³ycie CD-

EP5/2002B).

Po odczytaniu zawartoúci wszystkich

rejestrÛw adresÛw bazowych i†wybraniu

w³aúciwej wartoúci (urz¹dzeniu moøe

byÊ przydzielonych kilka adresÛw ba-

zowych) moøemy przyst¹piÊ do w³aúci-

wej obs³ugi urz¹dzenia PCI, ktÛra moøe

Rys. 1

siÍ nie rÛøniÊ od obs³ugi standardowej

karty ISA z†adresem bazowym ustawio-

nym za pomoc¹ zwÛr konfiguracyjnych.

Dla przyk³adu przyjrzymy siÍ

dwÛm†wybranym kartom kontrolno-po-

miarowym firmy Advantech.

z†rejestru Board ID umoøliwia identyfi-

kacjÍ karty spoúrÛd kilku identycznych

kart pracuj¹cych w†jednym komputerze

(czterobitowa wartoúÊ ustawiana jest za

pomoc¹ DIP-switch'a†znajduj¹cego siÍ

na karcie). Dwa pozosta³e rejestry zwi¹-

zane s¹ z†moøliwoúciami karty dotycz¹-

cymi generowania przerwaÒ (czyli

umoøliwiaj¹ miÍdzy innymi w³¹czenie/

wy³¹czenie tej funkcji, ustawienia ak-

tywnego zbocza sygna³u†wywo³uj¹cego

przerwanie, odczyt statusu, kasowanie

bitu ø¹dania obs³ugi przerwania). Kod

ürÛd³owy przyk³adowego programu wy-

konuj¹cego odczyt stanu wejúÊ cyfro-

wych i†ustalaj¹cego na tej podstawie

stan wyjúÊ przekaünikowych zawarto

w†pliku pci1762.pas (dostÍpny pod ad-

resem www.advantech.pl oraz na p³ycie

CD-EP5/2002B).

Karta PCI-1762:

wejúcia/wyjúcia cyfrowe

Jest to jedna z†najprostszych kart

kontrolno-pomiarowych z†magistral¹

PCI spoúrÛd dostÍpnych w†ofercie Ad-

vantech, lecz wykorzystuj¹c j¹ z†pro-

gramem wykonuj¹cym odpowiedni al-

gorytm (trzeba go przygotowaÊ) moøna

zbudowaÊ prosty uk³ad sterowania sek-

wencyjnego. Karta wyposaøona jest

w†szesnaúcie wejúÊ cyfrowych z†optoi-

zolacj¹ 2500V DC (z szerokim zakresem

napiÍÊ wejúciowych 10...50V DC ) oraz

szesnaúcie wyjúÊ przekaünikowych

(konfigurowalnych za pomoc¹ zwÛr ja-

ko wyjúcia NO lub NC). Dodatkowo

umoøliwia takøe wywo³ywanie za po-

moc¹ dwÛch wejúÊ cyfrowych (IDI_0,

IDI_8) ø¹danie przerwania.

W†przestrzeni adresowej wejúcia-wyj-

úcia karta wykorzystuje szeúÊ szesna-

stobitowych rejestrÛw. Ich rozmieszcze-

nie przedstawiono w† tab. 2 .

Obs³uga karty jest wiÍc bardzo pros-

ta. Trzy pierwsze rejestry pozwalaj¹ na

w³¹czenie/wy³¹czenie poszczegÛlnych

przekaünikÛw, odczyt ich stanu, oraz

odczyt stanu wszystkich szesnastu

wejúÊ cyfrowych. WartoúÊ odczytywana

Karta PCI-1713: wejúcia

analogowe

Karta przeznaczona jest do wykony-

wania szybkich pomiarÛw sygna³Ûw

analogowych. Jej schemat blokowy

przedstawiono na rys. 1 . KartÍ wypo-

saøono w†przetwornik analogowo-cyfro-

wy o†rozdzielczoúci 12 bitÛw i†czasie

konwersji umoøliwiaj¹cym wykonywa-

nia pomiarÛw z†czÍstotliwoúci¹ do

100kHz. Zastosowane multipleksery mo-

g¹ do³¹czyÊ aø 32 wejúcia analogowe ze

wspÛln¹ mas¹, ktÛre dodatkowo mog¹

byÊ konfigurowane jako wejúcia rÛøni-

cowe (co wi¹øe siÍ jednak z†dwukrot-

Elektronika Praktyczna 5/2002

S P R Z Ę T

Tab. 2. Rozmieszczenie rejestrów

karty PCI−1762 w przestrzeni

adresowej wejścia−wyjścia

Przemiesz− Rejestr

Rejestr

Jak juø wspomniano, jest on zbudowa-

ny w†oparciu o†uk³ad programowalnych

licznikÛw 82C54, ktÛrego dwa pierwsze

liczniki po³¹czono kaskadowo, a†na

wejúcie pierwszego z†nich podano syg-

na³ zegarowy o†czÍstotliwoúci 10MHz.

Wprowadzaj¹c liczniki w†drugi tryb

pracy i†programuj¹c odpowiednio war-

toúci pocz¹tkowe obydwu licznikÛw

jesteúmy w†stanie ustaliÊ†czÍstotliwoúÊ

prÛbkowania zgodnie ze swoimi wyma-

ganiami. Drugim niezbÍdnym krokiem

jest skonfigurowanie uk³adÛw wyboru

kana³Ûw i†wzmocnieÒ (wprowadzane

wartoúci zapisywane s¹ w†pamiÍci kon-

figuracyjnej SRAM i†pozwalaj¹ na wy-

konywanie pomiarÛw w†wielu kana³ach

pomiarowych ustawionych na rÛøne za-

kresy wejúciowe). Kaødemu wykorzysty-

wanemu kana³owi pomiarowemu nale-

øy przyporz¹dkowaÊ odpowiedni

wspÛ³czynnik wzmocnienia (zgodnie

z†tabel¹ zamieszczon¹ w†instrukcji uøyt-

kownika) i†wpisaÊ go do rejestru A/D

Channel Range Setting , po uprzednim

wpisaniu numeru tego kana³u do rejes-

trÛw Start Channel i† Stop Channel ,

ktÛre tworz¹ w†sumie szesnastobitowy

rejestr MUX Control . Po wykonaniu tej

procedury do rejestrÛw naleøy wpisaÊ

numery okreúlaj¹ce kana³y, z†ktÛrych bÍ-

dziemy pobieraÊ prÛbki (w przyk³ado-

wym programie wykorzystywany jest

tylko kana³ AI0, dlatego teø wartoúÊ ì0î

wpisana zosta³a pod adresy dwBase-

Addr+4 i† dwBaseAddr+5 ). Po wykonaniu

tych krokÛw pozostaje tylko wpisaÊ od-

powiedni¹ wartoúÊ do rejestru Control

konywania pomiarÛw (w przyk³adowym

programie wpisywana wartoúÊ 02h ozna-

cza korzystanie ze sprzÍtowego wyzwa-

lania pomiarÛw za pomoc¹ programo-

walnego uk³adu 82C54, bez obs³ugi

przerwaÒ sprzÍtowych).

Po rozpoczÍciu wykonywania pomia-

rÛw karta dzia³a autonomicznie - auto-

matycznie wykonuj¹c konwersjÍ A/D

i†ìwrzucaj¹cî uzyskane w†ten sposÛb

wyniki do pamiÍci FIFO. Poniewaø jej

pojemnoúÊ jest ograniczona, to program

w†odpowiednim czasie odczytuje jej za-

wartoúÊ, tak aby nie pobrane jeszcze

wartoúci nie zosta³y zagubione. Do tego

celu wykorzystywany jest dziewi¹ty bit

rejestru Status Register (flaga FIFO Half-

Full ), ustawiany w†przypadku wype³nie-

nia po³owy (pierwszej lub drugiej) do-

stÍpnej pamiÍci FIFO. W†przypadku od-

Tab. 3. Rozmieszczenie rejestrów

karty PCI−1713 w przestrzeni

adresowej wejścia−wyjścia

Przemiesz− Rejestr Rejestr

czenie odczytywany zapisywany

0 A/D Data Software

A/D Trigger

2 − A/D Channel

Range Setting

4 − MUX Control

6 Status Register Control Register

8 − Clear Interrupt

and FIFO

... − −

24 82C54 Counter 0 82C54 Counter 0

26 82C54 Counter 1 82C54 Counter 1

28 82C54 Counter 2 82C54 Counter 2

czenie odczytywany

zapisywany

Relay Output Relay Output

Status

Isolated Digital

−

Input

4 Board ID Register −

6 Interrupt Status Interrupt Control

nym zmniejszeniem liczby dostÍpnych

wejúÊ). W†karcie zastosowano pe³n¹ izo-

lacjÍ galwaniczn¹ czÍúci analogowej

(przetwornik A/C wraz z†multipleksera-

mi analogowymi i†programowalnym

wzmacniaczem pozwalaj¹cym na regu-

lacjÍ wejúciowego zakresu napiÍciowe-

go) od czÍúci cyfrowej, w†ktÛrej znajdu-

j¹ siÍ miÍdzy innymi: uk³ad wyzwala-

nia przetwornika A/C (zbudowany

w†oparciu o†uk³ad programowalnych

licznikÛw 82C54, pozwalaj¹cy dodatko-

wo na wyzwalanie przetwornika A/C za

pomoc¹ zewnÍtrznego sygna³u EXT-

TRG), pamiÍÊ FIFO (pozwalaj¹ca na bu-

forowanie otrzymanych prÛbek), uk³ad

generowania przerwaÒ (istnieje moøli-

woúÊ generowania sygna³u ø¹dania

przerwania po wykonaniu pojedyncze-

go pomiaru lub po przepe³nieniu po³o-

wy pamiÍci FIFO) oraz uk³ady steruj¹-

ce odpowiedzialne za wybÛr kana³u po-

miarowego i†wzmocnienia.

Ze wzglÍdu na bardziej rozbudowa-

n¹ wewnÍtrzn¹ strukturÍ, karta zajmu-

je w†przestrzeni adresowej wejúcia-wyj-

úcia nieznacznie wiÍkszy obszar niø

prostsza karta wejúÊ-wyjúÊ cyfrowych.

Rozmieszczenie wykorzystywanych

przez ni¹ rejestrÛw przedstawiono

w† tab. 3 .

W†celu poznania sposobu stosowania

tej karty do wykonywania szybkich po-

miarÛw analogowych naleøy przeanalizo-

waÊ program, ktÛrego kod ürÛd³owy za-

wiera plik pci1713.pas (dostÍpny po ad-

resem www.advantech.pl oraz na p³ycie

CD-EP5/2002B). Program pozwala na

wykonanie z†okreúlon¹ czÍstotliwoúci¹

prÛbkowania zadanej liczby pomiarÛw

analogowych w†wybranym kanale wej-

úciowym.

Pierwszym krokiem wykonywanym

przez program jest konfigurowanie

uk³adu wyzwalania przetwornika A/C.

−

82C54 Counter

Control

czytania tego rejestru z†ustawionym bi-

tem dziewi¹tym, program przepisuje za-

wartoúÊ po³owy pamiÍci FIFO do swojej

tablicy danych.

Podsumowanie

Okazuje siÍ, øe w†przypadku kart

PCI, dla ktÛrych dysponujemy opisem

wykorzystywanych w†przestrzeni adre-

sowej wejúcia/wyjúcia rejestrÛw, obs³u-

ga z†poziomu DOS nie jest rzecz¹

skomplikowan¹. Zaznajomiwszy siÍ

z†procedurami dostÍpu do pamiÍci

konfiguracyjnej urz¹dzeÒ PCI jesteúmy

w†stanie nie tylko odczytywaÊ jej za-

wartoúÊ, ale takøe zmieniaÊ wartoúci

zapisanych w†niej parametrÛw (np.

w†przypadku koniecznoúci zmiany ad-

resu bazowego). Korzystaj¹c z†systemu

operacyjnego DOS, ktÛry jak wiadomo

mimo swojego juø doúÊ powaønego

wieku ma teø swoje zalety, moøemy

nadal budowaÊ systemy akwizycji da-

nych i†sterowania.

Jacek Bonecki,

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

advantech@elmark.com.pl

Dodatkowe informacje

W artykule wykorzystano fragmenty ksi¹¿ki

„Anatomia PC” (Piotr Metzger, wyd. HELION

1996).

Kody Ÿród³owe przytoczonych w artykule pro-

gramów dostêpne s¹ w Internecie pod adresem

http://www.advantech.pl oraz na p³ycie CD-EP5/

2002B.

Dystrybutorem sprzêtu pomiarowego firmy

Advantech jest Elmark Automatyka Sp. z o.o.

Elektronika Praktyczna 5/2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: