AOA 21.pdf

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

WYŁĄCZNOŚĆ DO PUBLIKOWANIA TEGO TŁUMACZENIA

POSIADA RAG

HTTP://WWW.R-AG.PRV.PL

„THE ART OF ASSEMBLY LANGUAGE ”

tłumaczone by KREMIK

Konsultacje naukowe: NEKRO

wankenob@priv5.onet.pl

nekro@pf.pl

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

ROZDZIAŁ DWUDZIESTY PIERWSZY: PORTY RÓWNOLEGŁE

Oryginalny projekt IBM’owski dostarczał wsparcia dla trzech portów równoległych drukarki, które

IBM nazwał LPT1:,LPT2:, i LPT3:. IBM prawdopodobnie przewidział maszyny, które będą wspierały drukarki

mozaikowe, drukarkę z głowicą wirującą i być może inne typy drukarek dla różnych celów, wszystkie na jednej

maszynie (drukarki laserowe miały pojawić się dopiero kilka lat później) . Z pewnością IBM nie przewidywał

ogólnego zastosowania tych portów równoległych, gdyż prawdopodobnie zaprojektował by je inaczej. Dzisiaj,

porty równoległe PC sterują klawiaturą, dyskami, streamerami, kontrolerami SCSI, kontrolerami ethernet (lub

innymi sieciowymi), kontrolerem joysticka, pomocniczymi blokami klawiszy i różnymi urządzeniami, no i

oczywiście drukarkami. Rozdział ten nie będzie próbował opisywać jak stosować port równoległy dla tych

wszystkich różnych celów – ta książka już jest dość duża. Jednak gruntowne omówienie jak interfejs równoległy

steruje drukarką i aplikacją portu równoległego (komunikacja krzyżowa) powinno dostarczyć nam dosyć

pomysłów na implementację kolejnego wielkiego urządzenia równoległego.

21.1 PODSTAWOWE INFORMACJE O PORCIE RÓWNOLEGŁYM

Są dwa podstawowe metody transmisji danych nowoczesnych obliczeń: równoległa transmisja danych

szeregowa transmisja danych. Przy szeregowej transmisji danych (zobacz „Port szeregowy PC”) jedno

urządzenie wysyła dane do innego jako pojedynczy bit w czasie po jednej linii. W transmisji równoległej, jedno

urządzenie wysyła dane do innego jako kilka bitów w czasie (równolegle) kilkoma różnymi liniami. Na

przykład, port równoległy PC dostarcza ośmiu lini danych w porównaniu do jednej lini danych portu

szeregowego. Dlatego też, wydawałoby się, że port równoległy mógłby transmitować dane osiem razy szybciej

ponieważ jest osiem razy więcej linii w kablu. Podobnie wydawałoby się, że kabel szeregowy, w takiej samej

cenie jak kabel równoległy, mógłby iść osiem razy wolniej ponieważ jest mnij lini w kablu. Mamy kolejny

problem z metodami komunikacji równoległej kontra szeregowej: szybkość kontra koszt.

W praktyce, komunikacja równoległa nie jest osiem razy szybsza niż komunikacja szeregowa, także

kable równoległe nie kosztują osiem razy więcej. Generalnie, ci, którzy projektowali kable szeregowe (np.

kable ethernetowe) użyli najlepszych materiałów i ekranowania. Podnosi to koszt kabli ale pozwala

transmitować dane, bit w czasie, dużo szybciej. Co więcej, lepsze kable pozwalają na większy dystans pomiędzy

urządzeniami. Kable równoległe, z drugiej strony, są generalnie tańsze i zaprojektowane dla bardzo krótkich

połączeń (mniej więcej od sześciu do dziesięciu stóp). Problemy świata rzeczywistego z szumem elektrycznym

i przesłuchem tworzy problemy kiedy używamy długich kabli równoległych i ogranicza szybkość systemu przy

transmisji danych. Faktycznie, oryginalna specyfikacja portu drukarki Centronics wskazuje na nie więcej niż

1000 znaków/ sekundę częstotliwości transmisji danych, więc wiele drukarek zaprojektowano do obsługi

danych dla tej częstotliwości transmisji. Większość portów równoległych może łatwo przewyższyć osiągami tą

wartość; jednakże czynnikiem ograniczającym jest jeszcze kabel, żadne wrodzone ograniczenie w

nowoczesnych komputerach.

Chociaż system komunikacji równoległej może używać różnej liczby linii do transmisji danych,

większość systemów równoległych używa ośmiu lini danych do transmisji bajtu w czasie. Jest kilka godnych

uwagi wyjątków. Na przykład interfejs SCSI jest interfejsem równoległym, nowsze wersje standardu SCSI

pozwalają na ośmio- szesnasto- a nawet trzydziesto dwu bitowy transfer danych. W rozdziale tym

skoncentrujemy się na transferach o rozmiarze bajta ponieważ port równoległy PC dostarcza ośmiobitowej danej

Typowy system komunikacji równoległej może być jednokierunkowy (unidirectional) lub dwu

kierunkowy (bidirectional). Port równoległy PC wspiera komunikację jednokierunkowa (z PC do drukarki),

więc rozpatrzymy najpierw ten najprostszy przypadek.

W systemie jednokierunkowej komunikacji równoległej są dwie rozpoznawalne węzły: węzeł

transmisji i węzeł odbioru. Węzeł transmisji umieszcza dane na lini danych i informuje węzeł odbioru , że dana

jest dostępna; wtedy węzeł odbioru odczytuje linię danych i informuje węzeł transmisji ,że pobrał dane.

Odnotujmy jak te dwa węzły synchronizują swój dostęp do lini danych – węzeł odbioru nie odczytuje lini

danych dopóki węzeł transmisji nie przekaże mu tego, węzeł transmisji nie umieszcza nowej wartości na lini

danych dopóki węzeł odbioru nie usunie danych i nie przekaże węzłowi transmisji, że ma dane. Uzgodnienie

(handshaking) jest terminem, które opisuje jak te dwa węzły koosdynuja transfer danych.

Właściwa implementacja uzgodnienia wymaga dwóch dodatkowych linii. Linia strobe (lub strobowanie

danych) jest tym czego używa węzeł transmisji do przekazania węzłowi odbioru , że dana jest dostępna. Linia

acknowledge (potwierdzenia) jest tym czego węzeł odbioru używa do przekazania węzłowi transmisji, że

pobrał już dane i jest gotów na więcej. W rzeczywistości port równoległy dostarcza trzeciej lini uzgodnienia,

busy, której węzeł odbiorczy może użyć do przekazania węzłowi transmisji, że jest zajęty i węzeł transmisji nie

próbował wysyłać danych. Typowa sesja transmisji danych wygląda podobnie jak następuje:

Węzeł transmisji:

1) Węzeł transmisji sprawdza linię busy aby sprawdzić czy odbiór jest zajęty. Jeśli linia busy jest

aktywna, nadajnik czeka w pętli dopóki linia busy stanie się nieaktywna

2) Węzeł transmisji umieszcza dane na lini danych

3) Węzeł transmisji aktywuje linię strobe

4) Węzeł transmisji czeka w pętli aż linia potwierdzenia stanie się aktywna

5) Węzeł transmisji ustawia nieaktywna strobe

6) Węzeł transmisji czeka w pętli aż linia potwierdzenia stanie się nieaktywna

7) Tan transmisji powtarza kroki od jeden do sześć dla każdego bajtu jaki musi przesłać

Węzeł odbiorczy:

1) Węzeł odbiorczy ustawia linię busy nieaktywną (zakładając gotowość do akceptacji danej)

2) Węzeł odbiorczy oczekuje w pętli dopóki linia strobe nie stanie się aktywna.

3) Węzeł odbiorczy odczytuje daną z lini danych (i przetwarza tą daną, jeśli to konieczne)

4) Węzeł odbiorczy aktywuje linię potwierdzenia

5) Węzeł odbiorczy oczekuje w pętli dopóki linia strobe nie stanie się nieaktywna

6) Węzeł odbiorczy ustawia nieaktywną linię potwierdzenia

7) Węzeł odbiorczy powtarza kroki od jeden do sześć dla każdego dodatkowego bajtu jaką musi odebrać

Ostrożnie korzystajmy z tych kroków, węzły odbiorczy i transmisji starannie koordynują swoje działania więc

węzeł transmisji nie próbuje odłożyć kilku bajtów na linie danych zanim węzeł odbiorczy nie skonsumuje ich a

węzeł odbiorczy nie próbuje czytać danych, których nie wysłał węzeł transmisji.

Dwukierunkowa transmisja danych jest często niczym więcej niż dwom jednokierunkowymi

transmisjami danych z rolą węzła transmisji i odbiorczego odwróconą dla drugiego kanału komunikacji.

Niektóre porty równoległe PC (szczególnie w systemach PS/2 i wielu notebookach) dostarczają

dwukierunkowego portu równoległego. Dwukierunkowa transmisja danych na takim sprzęcie nieco bardziej

złożona niż w systemach, które implementują komunikację dwukierunkową z dwóch portów

jednokierunkowych. Komunikacja dwukierunkowa w dwukierunkowym porcie równoległym wymaga

dodatkowego zbioru lini sterujących, więc te dwa węzły mogą określić kto zapisuje do wspólnej lini danych w

czasie.

21.2 SPRZĘT PORTU RÓWNOLEGŁEGO

Standardowy jednokierunkowy port równoległy w PC dostarcza więcej niż 11 lini opisanych w

poprzedniej sekcji (osiem lini danych , trzy linie uzgodnienia). Port równoległy PC dostarcza następujących

sygnałów:

Numer końcówki złącza

Kierunek I/O

Aktywność Biegunowość

Opis sygnałów

wyjście

Strobe (sygnał dostępnej danej

2 –9

wyjście

Linia danych (bit 0 to pin 2, bit 7 to

pin 9

wejście

Linia potwierdzenia (aktywna kiedy

zdalny system pobrał daną)

wejście

Linia busy (aktywna kiedy system

zdalny jest zajęty i nie można

zaakceptować danej

wejście

Brak papieru (aktywna kiedy w

drukarce brak papieru)

wejście

Wybór. Aktywna kiedy jest

wybrana drukarka.

wyjście

Autoprzesuw. Aktywna kiedy

drukarka automatycznie przesuwa

linię po każdym powrocie karetki

wejście

Błąd. Aktywna kiedy mamy błąd

drukarki

wyjście

Inicjalizacja. Sygnał ten powoduje,

że drukarka sam się inicjalizuje.

wyjście

Wybór wejścia. Sygnał ten, kiedy

jest

nieaktywny,

wymusza

autonomiczną drukarkę

18 - 25

Sygnał uziemienia

Tablica 79; Sygnały portu równoległego

Zauważmy, że port równoległy dostarcza 12 lini wyjściowych (osiem lini danych, strobe,

autoprzesuwania, inicjalizacji i wyboru wejścia0 i pięć lini wejściowych (potwierdzenia, busy, brak papieru,

wyboru i błędu). Pomimo, że port jest jednokierunkowy, jest dobrą mieszanką dostępnych lini wejściowych i

wyjściowych w porcie. Wiele urządzeń (jak dysk lub streamer), które wymagają dwukierunkowego transferu

danych używają tych dodatkowych lini do wykonania dwukierunkowego transferu danych

W dwukierunkowym porcie równoległym ( system PS/2 i laptopy), linia danych i strobe, oba , są

liniami wejściowymi i wejściowymi. Jest bit w rejestrze sterującym powiązanym z portem równoległym, który

jest wybrany, który steruje kierunkiem w danym momencie (nie możemy przekazać danych w obu kierunkach

równocześnie).

Są trzy adresy I/O powiązane z typowym PC porcie równoległym. Adres te należą do rejestru danych,

rejestru statusu i rejestru sterującego. Rejestr danych jest ośmiobitowym portem odczyt / zapis. Odczytując

rejestr danych ( w trybie jednokierunkowym) zwracamy wartość ostatnio zapisaną do rejestru danych. Rejestr

sterujący i statusu dostarcza interfejsu do innych lini I/O. Organizacja tego portu jest następująca:

Bit dwa (potwierdzenie drukarki) jest dostępny tylko na PS/2 i innych systemach, które wspierają

dwukierunkowy port drukarki. Inne systemy nie używają tego bitu

Rejestr sterujący portu równoległego jest rejestrem wyjściowym. Odczytując tą lokację zwracamy ostatnią

wartość zapisaną do rejestru sterującego z wyjątkiem bitu pięć, który jest tylko do zapisu. Bit pięć, bit kierunku

danej, jest dostępny tylko w PS/2 i innych systemach, które wspierają dwukierunkowy port równoległy. Jeśli

zapiszemy zero do tego bitu, linia strobe i danej są bitami wyjściowymi, podobnie jak jednokierunkowy port

równoległy. Jeśli zapisujemy jeden do tego bitu, wtedy linie strobe i danej są wejściowe. Odnotujmy, że w

trybie wejściowym (bit 5 =1), bit zero rejestru sterującego jest w rzeczywistości wejściowym. Notka: zapiszmy

jeden do bitu cztery rejestru sterującego odblokowującego IRQ drukarki (IRQ 7). Jednakże , cecha ta nie działa

na wszystkich systemach , więc bardzo mało programów próbuje używać przerwań z portu równoległego. Kiedy

jest aktywny, port równoległy będzie generował int 0Fh kiedy drukarka potwierdza transmisję danych.

Ponieważ PC wspiera do trzech oddzielnych portów równoległych, może być nie mniej niż trzy zbiory

tych rejestrów portów równoległych w systemie w tym samym czasie. Są trzy adresy bazowe portu

równoległego powiązane z trzema możliwymi portami równoległymi :3BCh, 378h i 278h. Będziemy się odnosili

do tego jako adresów bazowych dla LPT1: , LPT2:, i LPT3:, odpowiednio. Rejestr danych portu równoległego

jest zawsze ulokowany pod adresem bazowym dla portu równoległego, rejestr stanu pojawia się pod adresem

bazowym plus jeden a rejestr sterujący pojawia się pod adresem bazowym plus dwa. Na przykład , dla LPT1:,

rejestr danych jest pod adresem I/O 3BCh, rejestr statusu pod adresem I/O 3BDh a rejestr sterujący pod adresem

I/O 3BEh.

Jest jedno ważne zakłócenie. Adresy I/O dla LPT1:, LPT2:, i LPT3: dane powyżej są adresami

fizycznymi dla portu równoległego. BIOS dostarcza również adresów logicznych dla tych portów

równoległych. Pozwala to użytkownikom ponownie odwzorować ich drukarki (ponieważ większość programów

tylko zapisuje do LPT1. Wykonując to, BIOS rezerwuje osiem bajtów w przestrzeni zmiennej BIOS (40:8,

40:0A, 40:0C i 40:0E). Lokacja 40:8 zawiera adres bazowy dla logicznego LPT1: , lokacja 40:0A zawiera adres

bazowy dla logicznego LPT2:, itd. Kiedy oprogramowanie uzyskuje dostęp do LPT1:, LPT2:, itd., generalnie

uzyskuje dostęp do portu równoległego, którego adres bazowy pojawia się w jednej z tych lokacji.

21.3 STEROWANIE DRUKARKI POPRZEZ PORT RÓWNOLEGŁY

Chociaż jest wiele urządzeń które przyłącza się do portu równoległego PC, drukarki wykonują

największą ilość takich połączeń. Dlatego też, opisanie jak sterować drukarką z portu równoległego PC jest

prawdopodobnie najlepszym pierwszym przykładem do przedstawienia. Jak przy klawiaturze, nasze

oprogramowanie może działać na trzech różnych poziomach: może drukować dane stosując DOS, stosując

BIOS lub przez zapisanie bezpośrednio do sprzętu portu równoległego. Podobnie jak przy interfejsie klawiatury

, stosowanie DOS lub BIOS jest najlepszym podejściem jeśli chcemy utrzymać kompatybilność z innymi

urządzeniami podłączonymi do portu równoległego. Oczywiście, jeśli sterujemy jakimś innym typem

urządzenia, przejście bezpośrednio do sprzętu jest tylko naszym wyborem. Jednakże, BIOS dostarcza dobrego

wsparcia dla drukarek, więc podejście bezpośrednio do sprzętu jest rzadko koniecznością jeśli po prostu chcemy

wysłać dane do drukarki.

21.3.1 DRUKOWANIE POPRZEZ DOS

MS-DOS dostarcza dwóch funkcji jakie możemy użyć wysyłając dane do drukarki. Funkcja DOS’a

05h zapisuje znak w rejestrze dl bezpośrednio do drukarki. Funkcja 40h, z logicznym numerem pliku 04h,

również wysyła daną do drukarki. Ponieważ rozdział o DOS i BIOS dokładnie opisał te funkcje, nie będziemy

ich omawiać dalej tutaj.

21.3.2 DRUKOWANIE POPRZEZ BIOS

Chociaż DOS dostarcza stosownego zbioru funkcji dla wysyłania znaków do drukarki, nie dostarcza

funkcji, która pozwoli nam zainicjalizować drukarki lub uzyskać bieżącego stanu drukarki. Dlatego też DOS

tylko drukuje do LPT1:. Podprogram BIOS’a PC int 17h dostarcza trzech funkcji, drukuj, inicjalizuj i status.

Możemy zastosować te funkcje do każdego portu równoległego w systemie. Funkcja drukuj jest przybliżonym

odpowiednikiem funkcji DOS’a drukowani znaku. Funkcja inicjalizacji inicjalizuje drukarkę przy użyciu

systemowej informacji zależnej czasowo. Status drukarki zwraca informację z portu stanu drukarki wraz z

informacją limitu czasu.

21.3.3 PODPROGRAM OBSŁUGI PRZERWANIA INT 17H

Być może najlepszym sposobem zobaczenia jak funkcje BIOS działają jest napisanie zastępczego ISR’a

17h dla drukarki. Sekcja ta wyjaśni protokół uzgodnienia i zmienne używane przez drukarkę. Opisuje również

działanie i zwrot wyniku powiązanego z każdą maszyną.

Jest osiem zmiennych w przestrzeni zmiennych BIOS (segment 40h) jakich używa drukarka. Poniższa

tabela opisuje każdą z tych zmiennych.

Adres

Opis

40:08

Adres bazowy urządzenia LPT1:

40:0A

Adres bazowy urządzenia LPT2:

40:0C

Adres bazowy urządzenia LPT3:

40:0E

Adres bazowy urządzenia LPT4:

40:78

Wartość ograniczenia czasu LPT1:. Oprogramowanie portu

drukarki powinno zwracać błąd jeśli drukarka nie odpowiada w

stosownej ilości czasu. Zmienna ta (jeśli nie zero) określa jak wiele

pętli z 65,536 iteracji urządzenie będzie oczekiwało na

potwierdzenie z drukarki. Jeśli zero, urządzenie będzie czekało

zawsze

40:79

Wartość ograniczenia czasu LPT2: .Jak wyżej

40:7A

Wartość ograniczenia czasu LPT3: .Jak wyżej

40:7B

Wartość ograniczenia czasu LPT4: .Jak wyżej

Tablica 80: Zmienne BIOS portu równoległego

Zwrócimy uwagę na drobne odchylenie w protokole uzgodnienia w powyższym kodzie. Sterownik

drukarki nie oczekuje na potwierdzenie z drukarki po wysłaniu znaku. Zamiast tego, sprawdza aby zobaczyć czy

drukarka wysłała potwierdzenie dla poprzedniego znaku zanim wyśle znak. Zajmuje to małą ilość czasu

ponieważ program drukując znaki może kontynuować działanie równolegle z odebraniem potwierdzenia z

drukarki. Odnotujmy również, że to szczególne urządzenie nie monitoruje lini busy. Prawie każda istniejąca

drukarka pozostawia tą linie nieaktywną (not busy), więc nie musimy jej sprawdzać. Jeśli napotkamy drukarkę,

która manipuluje linią busy, modyfikacja tego kodu jest banalna. Poniższy kod implementuje usługę int 17h

; INT17.ASM

;

; Krótki bierny TSR, który zamienia program obsługi BIOS’a int 17h. Ten podprogram demonstruje

; funkcjonowanie każdej z funkcji int 17h, której standardowo dostarcza BIOS.

;

; Zauważmy, że kod ten nie aktualizuje int 2Fh (przerwania równoczesnych procesów) ani też nie możemy

; usunąć tego kodu z pamięci z wyjątkiem przeładowania. Jeśli chcemy móc zrobić te dwie rzeczy (jak również

; sprawdzić poprzednią instalację), zobacz rozdział o programach rezydentnych. Kod taki zostanie pominięty

; w tym programie z powodu ograniczenia długości

;

; cseg i EndResident muszą pojawić się przed segmentem biblioteki standardowej!

cseg

segment para public ‘code’

cseg

ends

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: