Программирование порта LPT в Visual Basic. Использование принтерного порта для управления внешними устройствами

Дмитрий Иванов, 21 Сентября 2009 Статья доработана и обновлена 23 Января 2012

За время существования этого сайта мне довольно часто задают один и тот же вопрос, который можно описать примерно следующим образом:

В итоге решил описать этот вопрос подробнее и написать статью. Да, действительно, сейчас стационарных PC с LPT портом нужно поискать (т.е. далеко не каждая "мать" сейчас идет в комплекте с LPT портом). Про ноутбуки вообще говорить не приходится. Современные модели LPT порт вообще не применяют. Только очень дорогие и специализированные машины, типа DELL, могут "похвастаться" наличием этого порта.

Также, сейчас в продаже можно свободно приобрести вот такие устройства, называемые LPT-USB переходниками.

Инстркуция гласит что этот прибор полностью совместим с различными принтерами, сканерами и т.д. Подключаем переходник к USB порту, устанавливаем драйвера. Смотрим диспетчер устройств. Скорее всего в ветке "Порты LPT/COM" ни чего не появилось (хотя бывают исключения). Скорее всего повится либо новая ветка со странным устройством с именем, например, LPT1USB либо в разделе USB устройств появится странная запись о "USB устройстве поддержки LPT принтеров" . Пробуем запустить какой-нибудь пример из статей выше. И ни тут то было - ни чего не работает. Пробуем адрес порта LPT1 - ни чего не работает. Пробуем адресс порта LPT2. К сожалению, такая модернизация адреса в запросах тоже ни к чему не приводит - светодиоды как не загорались так и не загораются.

Чтобы разобраться в чем тут дело давайте вернемся на время к обычному "родному железному" LPT порту - LPT1, который из материнской платы "торчит". Зайдем в диспетчер устройств, заглянем в свойства нашего порта. Там мы увидим вот такую картину. Отлично видно, что система прописала базовый адрес ввода-вывода 0x378 и запрос на прерывание номер 7. Все правильно.

Теперь погрузимся на уровень программирования. В примерах статей выше мы минуя систему защиты ввода-вывода легальными и нелегальными способами напрямую общались с реально существующим регистром ввода-вывода, которому присвоен адрес 0x378. Тут все понятно. Незабудем также о том, что Windows рекомендует работать с LPT портом используя вызовы API функций - OpenFile(), WriteFile(), ReadFile() . Приложения, которые используют LPT порт для обмена информацией по парралельному интерфейсу с внешними устройствами (принтер, например) так и делает. У него нет задачи установить на каком-либо бите регистра Data лигическую еденицу. Ему (приложению) нужно просто отправить пакет данных, а кто там будет какие линиии при этом "дергать" и считывать его не сильно интересует. Эти операции проводит системный драйвер LPT порта. Он подгружается в память при загрузке ОС. Когда мы вызываем функцию OpenFile("LPT1", ....) мы по сути дела обращаемся к драйверу порта, который имеет символическое имя LPT1. Драйвер делает кучу всякой работы - запрещает доступ к порту другим процессам, настраивает параметры протокола передачи данных, собственно реализует эту передачу, но в конечном итоге все это сводится к прямому управлению отдельными битами LPT порта на уровне ядра ОС.

А теперь попробуем поработать с нашим переходником USB-LPT. Начнем как не покажется странным, с API вызовов. Запускаем OpenFile("LPT1USB", ...) (смотря как этот переходник диспетчере устройств назовется, если вообще назовется). Что при этом происходит? Дело в том, что теперь мы будем работать не с драйвером LPT порта ОС а с драйвером этого переходника! Вот в чем фокус то! Он принимает пакет данных от нашего пользовательского приложения и в нужном формате через систмный драйвер USB отсылает этот пакет на USB контроллер, "ноги" которого торчат из внешней LPT розетки на проводе (ну это так, "грубое объяснение"). Видете, здесь нет ни какого намека на обращение к регистрам по адресам 0x378(0x278), т.к. их просто нет!

Поэтому, когда Вы патаетесь запускать примеры данного раздела и обращаться напрямую по адресам 0x378 (если этот "псевдо порт" назвался LPT1USB или что-то в этом духе), 0x278 (LPT2_...) и т.д. ни чего не происходит. Их просто нет! А вот программа котороая работает через API вызовы ни чего не заметит - вся низкоуровневая работа делается драйвером, а каким драйвером и куда пойдут пакеты данных (в реальный порт ввода-вывода или в USB хост-контроллер) - приложению неважно! Попробуйте открыть свойства "псевдопорта" в диспетчере устройств. Нет вкладки с ресурсами? Есть, но там каие-то неадекватные значения или вкладка деактивировнна? В том то и дело.

Почему 99%? Потомоу что есть самодельниые USB-LPT переходники, которые определяются Windows как полноценный порт LPT1 и ему присваивается вполне обыденный адрес 0x378. Обращения на прямую к пинам порта проходят успешно! Однако это очень нестандартная конструкция (в первую очередь драйвер, который занимается перехватом обращений по базовому адресау порта LPT1). Все это не очень надежно (обновление ОС - и конструкция теряет работоспосбность) и для использования рекомендовано быть может только с натяжкой.

Как ни покажется странным - решение ЕСТЬ. Вы всегда сможете добавить настоящий LPT порт в свой настольный компьютер или ноутбук. Во-первых, забудте сразу о переходниках с интерфейсом USB. Для решения этой задачи необходимо приробрести PCI-LPT переходник для настольного PC (необходимо наличие свободного PCI слота) или PCMCIA-LPT переходник для ноутбука (см. фото ниже).

В случае использования этих устройств ни каких проблем нет. Определяются они как настоящие "родные" LPT порты. Соответствующая запись будет добавлена в диспетчер устройств во вклдаку "LPT/COM порты" . Прямое обращение к пинам порта будет работать.

Порт параллельного интерфейса был введен в PC для подключения принтера - отсюда и пошло его название LPT-порт (Line PrinTer - построчный принтер). Традиционный, он же стандартный, LPT-порт (так называемый SPP-порт) ориентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет и вводить данные. Существуют различные модификации LPT-порта - двунаправленный, EPP, ECP и другие, расширяющие его функциональные возможности, повышающие производительность и снижающие нагрузку на процессор. Поначалу они являлись фирменными решениями отдельных производителей, позднее был принят стандарт IEEE 1284.

С внешней стороны порт имеет 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов, выведенные на разъем-розетку DB-25S. В LPT-порте используются логические уровни ТТЛ, что ограничивает допустимую длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует - схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Из-за этого порт является уязвимым местом компьютера, страдающим при нарушении правил подключения и заземления устройств. Поскольку порт обычно располагается на системной плате, в случае его «выжигания» зачастую выходит из строя и его ближайшее окружение, вплоть до выгорания всей системной платы.

С программной стороны LPT-порт представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода-вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7 или IRQ5. В расширенных режимах может использоваться и канал DMA.

Порт имеет поддержку на уровне BIOS - поиск установленных портов во время теста POST и сервисы печати Int 17h (см. п. 8.3.3) обеспечивают вывод символа (по опросу готовности, не используя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Практически все современные системные платы (еще начиная с PCI-плат для процессоров 486) имеют встроенный адаптер LPT-порта. Существуют карты ISA с LPT-портом, где он чаще всего соседствует с парой СОМ-портов, а также с контроллерами дисковых интерфейсов (FDC+IDE). LPT-порт обычно присутствует и на плате дисплейного адаптера MDA (монохромный текстовый) и HGC (монохромный графический «Геркулес»). Есть и карты PCI с дополнительными LPT-портами.

К LPT-портам подключают принтеры, плоттеры, сканеры, коммуникационные устройства и устройства хранения данных, а также электронные ключи, программаторы и прочие устройства. Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами - получается сеть, «сделанная на коленке» (LapLink).

1.1. Традиционный LPT-порт

Традиционный, он же стандартный, LPT-порт называется стандартным параллельным портом (Standard Parallel Port, SPP), или SPP-портом, и является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics (см. п. 8.3.1). Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 1.1) соответствуют интерфейсу Centronics.

Таблица 1.1. Разъем стандартного LPT-порта

Контакт DB-25S	№ провода в кабеле	Назначение I/O¹	Бит²	Сигнал
1	1	O/I	CR.0\	Strobe#
2	3	O(I)	DR.0	Data 0
3	5	O(I)	DR.1	Data 1
4	7	O(I)	DR.2	Data 2
5	9	O(I)	DR.3	Data 3
6	11	O(I)	DR.4	Data 4
7	13	O(I)	DR.5	Data 5
8	15	O(I)	DR.6	Data 6
9	17	O(I)	DR.7	Data 7
10	19	I³	SR.6	Ack#
11	21	I	SR.7\	Busy
12	23	I	SR.5	PaperEnd (PE)
13	25	I	SR.4	Select
14	2	O/I	CR.1\	Auto LF# (AutoFeed#)
15	4	I	SR.3	Error#
16	6	O/I	CR.2	Init#
17	8	O/I	CR.3\	Select In#
18-25	10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26	-	-	-

¹ I/O задает направление передачи (вход-выход) сигнала порта. O/I обозначает выходные линии, состояние которых считывается при чтении из портов вывода; O(I) - выходные линии, состояние которых может быть считано только при особых условиях (см. ниже).

² Символом «\» отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии).

³ Вход Ack# соединен резистором (10 кОм) с питанием +5 В.

Адаптер SPP-порта содержит три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода-вывода, начиная с базового адреса порта BASE (3BCh, 378h или 278h).

Data Register (DR) - регистр данных, адрес=BASE. Данные, записанные в этот регистр, выводятся на выходные линии Data. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигналам на тех же линиях, что не всегда одно и то же.

Status Register (SR) - регистр состояния (только чтение), адрес=BASE+1. Регистр отображает 5-битный порт ввода сигналов состояния принтера (биты SR.4-SR.7) и флаг прерывания. Бит SR.7 инвертируется - низкому уровню сигнала соответствует единичное значению бита в регистре, и наоборот.

Ниже описано назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера контактов разъема порта).

♦ SR.7 - Busy - инверсное отображение состояния линии Busy (11): при низком уровне на линии устанавливается единичное значения бита - разрешение на вывод очередного байта.

♦ SR.6 - Ack (Acknowledge) - отображение состояния линии Ack# (10).

♦ SR.5 - РЕ (Paper End) - отображение состояния линии Paper End (12). Единичное значение соответствует высокому уровню линии - сигналу о конце бумаги в принтере.

♦ SR.4 - Select - отображение состояния линии Select (13). Единичное значение соответствует высокому уровню линии - сигналу о включении принтера.

♦ SR.3 - Error - отображение состояния линии Error# (15). Нулевое значение соответствует низкому уровню линии - сигналу о любой ошибке принтера.

♦ SR.2 - PIRQ - флаг прерывания по сигналу Ack# (только для порта PS/2). Бит обнуляется, если сигнал Ack# вызвал аппаратное прерывание. Единичное значение устанавливается по аппаратному сбросу и после чтения регистра состояния.

♦ SR - зарезервированы.

Control Register (CR) - регистр управления, адрес=ВАSЕ+2, допускает запись и чтение. Регистр связан с 4-битным портом вывода управляющих сигналов (биты 0–3) для которых возможно и чтение; выходной буфер обычно имеет тип «открытый коллектор». Это позволяет корректно использовать линии данного регистра как входные при программировании их в высокий уровень. Биты 0, 1, 3 инвертируются.

Ниже описано назначение бит регистра управления.

♦ CR - зарезервированы.

♦ CR.5 - Direction - бит управления направлением передачи (только для портов PS/2, см. ниже). Запись единицы переводит порт данных в режим ввода. При чтении состояние бита не определено.

♦ CR.4 - AckINTEN (Ack Interrupt Enable) - единичное значение разрешает прерывание по спаду сигнала на линии Ack# - сигнал запроса следующего байта.

♦ CR.3 - Select In - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Select In# (17) - сигналу, разрешающему работу принтера по интерфейсу Centronics.

♦ CR.2 - Init - нулевое значение бита соответствует низкому уровню на выходе Init# (16) - сигнал аппаратного сброса принтера.

♦ CR.1 - Auto LF - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Auto LF# (14) - сигналу на автоматический перевод строки (LF - Line Feed) по приему байта возврата каретки (CR). Иногда сигнал и бит называют AutoFD или AutoFDXT.

♦ CR.0 - Strobe - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Strobe# (1) - сигналу стробирования выходных данных.

Запрос аппаратного прерывания (обычно IRQ7 или IRQ5) вырабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выводе 10 разъема интерфейса (Ack#) при установке CR.4=1. Во избежание ложных прерываний контакт 10 соединен резистором с шиной +5 В. Прерывание вырабатывается, когда принтер подтверждает прием предыдущего байта. Как уже было сказано, BIOS это прерывание не использует и не обслуживает.

Перечислим шаги процедуры вывода байта по интерфейсу Centronics с указанием требуемого количества шинных операций процессора.

1. Вывод байта в регистр данных (1 цикл IOWR#).

2. Ввод из регистра состояния и проверка готовности устройства (бит SR.7 - сигнал Busy). Этот шаг зацикливается до получения готовности или до срабатывания программного тайм-аута (минимум 1 цикл IORD#).

3. По получению готовности выводом в регистр управления устанавливается строб данных, а следующим выводом строб снимается. Обычно, чтобы переключить только один бит (строб), регистр управления предварительно считывается, что к двум циклам IOWR# добавляет еще один цикл IORD#.

Видно, что для вывода одного байта требуется 4–5 операций ввода-вывода с регистрами порта (в лучшем случае, когда готовность обнаружена по первому чтению регистра состояния). Отсюда вытекает главный недостаток вывода через стандартный порт - невысокая скорость обмена при значительной загрузке процессора. Порт удается разогнать до скоростей 100–150 Кбайт/с при полной загрузке процессора, что недостаточно для печати на лазерном принтере. Другой недостаток функциональный - сложность использования в качестве порта ввода.

Стандартный порт асимметричен - при наличии 12 линий (и бит), нормально работающих на вывод, на ввод работает только 5 линий состояния. Если необходима симметричная двунаправленная связь, на всех стандартных портах работоспособен режим полубайтного обмена - Nibble Mode. В этом режиме, называемом также Hewlett Packard Bi-tronics, одновременно принимаются 4 бита данных, пятая линия используется для квитирования. Таким образом, каждый байт передается за два цикла, а каждый цикл требует по крайней мере 5 операций ввода-вывода.

Схемотехника выходных буферов данных LPT-портов отличается большим разнообразием. На многих старых моделях адаптеров SPP-порт данных можно использовать и для организации ввода. Если в порт данных записать байт с единицами во всех разрядах, а на выходные линии интерфейса через микросхемы с выходом типа «открытый коллектор» подать какой-либо код (или соединить ключами какие-то линии со схемной землей), то этот код может быть считан из того же регистра данных. Однако выходным цепям передатчика информации придется «бороться» с выходным током логической единицы выходных буферов адаптера. Схемотехника ТТЛ такие решения не запрещает, но если внешнее устройство выполнено на микросхемах КМОП, их мощности может не хватить для «победы» в этом шинном конфликте. Однако современные адаптеры часто имеют в выходной цепи согласующий резистор с сопротивлением до 50 Ом. Выходной ток короткого замыкания выхода на землю обычно не превышает 30 мА. Простой расчет показывает, что даже в случае короткого замыкания контакта разъема на землю при выводе «единицы» на этом резисторе падает напряжение 1,5 В, что входной схемой приемника будет воспринято как «единица». Поэтому нельзя полагать, что такой способ ввода будет работать на всех компьютерах. На некоторых старых адаптерах портов выходной буфер отключается перемычкой на плате. Тогда порт превращается в обыкновенный порт ввода.

1.2. Расширения параллельного порта

Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2.

Двунаправленный порт 1 (Туре 1 parallel port) - интерфейс, введенный в PS/2. Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном режиме. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит CR.5: 0 - буфер данных работает на вывод, 1 - на ввод. Не путайте этот порт, называемый также enhanced bi-directional, с EPP. Данный тип порта «прижился» и в обычных компьютерах, в CMOS Setup он может называться PS/2 или Bi-Di.

Порт с прямым доступом к памяти (Туре 3 DMA parallel port) применялся в PS/2 моделей 57, 90, 95. Был введен для повышения пропускной способности и разгрузки процессора при выводе на принтер. Программе, работающей с портом, требовалось только задать в памяти блок данных, подлежащих выводу, а затем вывод по протоколу Centronics производился без участия процессора.

Позже появились другие адаптеры LPT-портов, реализующие протокол обмена Centronics аппаратно, - Fast Centronics. Некоторые из них использовали FIFO-буфер данных - Parallel Port FIFO Mode. He будучи стандартизованными, такие порты разных производителей требовали наличия собственных специальных драйверов. Программы, использующие прямое управление регистрами стандартных портов, не могли задействовать их дополнительные возможности. Такие порты часто входили в состав мультикарт VLB. Существуют их варианты с шиной ISA, а также встроенные в системную плату.

1.3. Стандарт IEEE 1284

Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, описывает порты SPP, EPP и ECP. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через параллельный порт:

♦ Режим совместимости (Compatibility Mode) - однонаправленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим соответствует SPP-порту.

♦ Полубайтный режим (Nibble Mode) - ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена подходит для любых адаптеров, поскольку задействует только возможности стандартного порта.

♦ Байтный режим (Byte Mode) - ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi-Directional или PS/2 Туре 1, см. выше).

♦ Режим EPP (EPP Mode) - двунаправленный обмен данными (EPP означает Enhanced Parallel Port). Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту. Эффективен при работе с устройствами внешней памяти и адаптерами локальных сетей.

♦ Режим ECP (ECP Mode) - двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA (ECP означает Extended Capability Port). Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров (здесь может использоваться сжатие) и различных устройств блочного обмена.

Стандарт определяет способ, по которому ПО может определить режим, доступный и хосту (PC), и периферийному устройству (или присоединенному второму компьютеру). Режимы нестандартных портов, реализующих протокол обмена Centronics аппаратно (Fast Centronics, Parallel Port FIFO Mode), могут и не являться режимами IEEE 1284, несмотря на наличие в них черт EPP и ECP.

В компьютерах с LPT-портом на системной плате режим - SPP, EPP, ECP или их комбинация - задается в BIOS Setup. Режим совместимости полностью соответствует SPP-порту. Остальные режимы подробно рассмотрены ниже.

При описании режимов обмена фигурируют следующие понятия:

♦ хост - компьютер, обладающий параллельным портом;

♦ ПУ - периферийное устройство, подключаемое к этому порту;

♦ Ptr - в названиях сигналов обозначает передающее ПУ;

♦ прямой канал - канал вывода данных от хоста в ПУ;

♦ обратный канал - канал ввода данных в хост из ПУ.

1.3.1. Полубайтный режим ввода - Nibble Mode

Полубайтный режим предназначен для двунаправленного обмена и может работать на всех стандартных портах. Порты имеют 5 линий ввода состояния, используя которые ПУ может посылать в хост байт тетрадами (nibble - полубайт, 4 бита) за два приема. Сигнал Ack#, вызывающий прерывание, которое может использоваться в данном режиме, соответствует биту 6 регистра состояния, что усложняет программные манипуляции с битами при сборке байта. Сигналы порта приведены в табл. 1.2, временные диаграммы - на рис. 1.1.

Таблица 1.2. Сигналы LPT-порта в полубайтном режиме ввода

Контакт	Сигнал SPP	I/O	Бит	Описание
14	AutoFeed#	O	CR.1\	HostBusy - сигнал квитирования. Низкий уровень означает готовность к приему тетрады, высокий подтверждает прием тетрады
17	SelectIn#	O	CR.3\
10	Ack#	I	SR.6	PtrClk. Низкий уровень означает готовность тетрады, высокий - ответ на сигнал HostBusy
11	Busy	I	SR.7	Прием бита данных 3, затем бита 7
12	РЕ	I	SR.5	Прием бита данных 2, затем бита 6
13	Select	I	SR.4	Прием бита данных 1, затем бита 5
15	Error#	I	SR.3	Прием бита данных 0, затем бита 4

Рис. 1.1. Прием данных в полубайтном режиме

Прием байта данных в полубайтном режиме состоит из следующих фаз:

2. ПУ в ответ помещает тетраду на входные линии состояния.

3. ПУ сигнализирует о готовности тетрады установкой низкого уровня на линии PtrClk.

4. Хост устанавливает высокий уровень на линии HostBusy, указывая на занятость приемом и обработкой тетрады.

6. Шаги 1–5 повторяются для второй тетрады.

Полубайтный режим сильно нагружает процессор, и поднять скорость обмена выше 50 Кбайт/с не удается. Безусловное его преимущество в том, что он работает на всех портах. Его применяют в тех случаях, когда поток данных невелик (например, для связи с принтерами). Однако при связи с адаптерами локальных сетей, внешними дисковыми накопителями и CD-ROM прием больших объемов данных требует изрядного терпения со стороны пользователя.

1.3.2. Двунаправленный байтный режим - Byte Mode

В этом режиме данные принимаются с использованием двунаправленного порта, у которого выходной буфер данных может отключаться установкой бита CR.5=1. Как и предыдущие, режим является программно-управляемым - все сигналы квитирования анализируются и устанавливаются драйвером. Сигналы порта описаны в табл. 1.3, временные диаграммы - на рис. 1.2.

Таблица 1.3. Сигналы LPT-порта в байтном режима ввода-вывода

Контакт	Сигнал SPP	Имя в байтном режиме	I/O	Бит	Описание
1	Strobe#	HostClk	O	CR.0\	Импульс (низкого уровня) подтверждает прием байта в конце каждого цикла
14	AutoFeed#	HostBusy	О	CR.1\	Сигнал квитирования. Низкий уровень означает готовность хоста принять байт; высокий уровень устанавливается по приему байта
17	SelectIn#	1284Active	О	CR.3\	Высокий уровень указывает на обмен в режиме IEEE 1284 (в режиме SPP уровень низкий)
16	Init#	Init#	O	CR.2	Не используется; установлен высокий уровень
10	Ack#	PtrClk	I	SR.6	Устанавливается в низкий уровень для индикации действительности данных на линиях Data. В низкий уровень устанавливается в ответ на сигнал HostBusy
11	Busy	PtrBusy	I	SR.7\	Состояние занятости прямого канала
12	PE	AckDataReq¹	I	SR.5
13	Select	Xflag¹	I	SR.4	Флаг расширяемости
15	Error#	DataAvail#¹	I	SR.3	Устанавливается ПУ для указания на наличие обратного канала передачи
2-9	Data	Data	I/O	DR	Двунаправленный (прямой и обратный) канал данных

Рис. 1.2. Прием данных в байтном режиме

Фазы приема байта данных перечислены ниже.

1. Хост сигнализирует о готовности приема данных установкой низкого уровня на линии HostBusy.

2. ПУ в ответ помещает байт данных на линии Data.

3. ПУ сигнализирует о действительности байта установкой низкого уровня на линии PtrClk.

4. Хост устанавливает высокий уровень на линии HostBusy, указывая на занятость приемом и обработкой байта.

5. ПУ отвечает установкой высокого уровня на линии PtrClk.

6. Хост подтверждает прием байта импульсом HostClk.

Шаги 1–6 повторяются для каждого следующего байта. Квитирование осуществляется парой сигналов HostBusy и PtrClk; ПУ может и не использовать сигнал HostClk (это приглашение к выдаче следующего байта, напоминающее сигнал Ack# в интерфейсе Centronics). Побайтный режим позволяет поднять скорость обратного канала до скорости прямого канала в стандартном режиме. Однако он способен работать только на двунаправленных портах, которые раньше применялись в основном на малораспространенных машинах PS/2, но практически все современные порты можно сконфигурировать на двунаправленный режим (в настройках BIOS Setup - Bi-Di или PS/2).

1.3.3. Режим EPP

Протокол EPP (Enhanced Parallel Port - улучшенный параллельный порт) был разработан компаниями Intel, Xircom и Zenith Data Systems задолго до принятия стандарта IEEE 1284. Этот протокол предназначен для повышения производительности обмена по параллельному порту, впервые был реализован в чипсете Intel 386SL (микросхема 82360) и впоследствии принят множеством компаний как дополнительный протокол параллельного порта. Версии протокола, реализованные до принятия IEEE 1284, отличаются от нынешнего стандарта (см. ниже).

Протокол EPP обеспечивает четыре типа циклов обмена:

♦ запись данных;

♦ чтение данных;

♦ запись адреса;

♦ чтение адреса.

Назначение циклов записи и чтения данных очевидно. Адресные циклы используются для передачи адресной, канальной и управляющей информации. Циклы обмена данными отличаются от адресных циклов применяемыми стробирующими сигналами. Назначение сигналов порта EPP и их связь с сигналами SPP объясняются в табл. 1.4.

Таблица 1.4. Сигналы LPT-порта в режиме ввода-вывода EPP

Контакт	Сигнал SPP	Имя в EPP	I/O	Описание
1	Strobe#	Write#	O	Низкий уровень - цикл записи, высокий - цикл чтения
14	AutoLF#	DataStb#	O	Строб данных. Низкий уровень устанавливается в циклах передачи данных
17	SelectIn#	AddrStb#	O	Строб адреса. Низкий уровень устанавливается в адресных циклах
16	Init#	Reset#	O	Сброс ПУ (низким уровнем)
10	Ack#	INTR#	I	Прерывание от ПУ
11	Busy	Wait#	I	Сигнал квитирования. Низкий уровень разрешает начало цикла (установку строба в низкий уровень), переход в высокий - разрешает завершение цикла (снятие строба)
2-9	Data	AD	I/O	Двунаправленная шина адреса/данных
12	PaperEnd	AckDataReq¹	I
13	Select	Xflag¹	I	Используется по усмотрению разработчика периферии
15	Error#	DataAvail#¹	I	Используется по усмотрению разработчика периферии

¹ Сигналы действуют в последовательности согласования (см. ниже).

EPP-порт имеет расширенный набор регистров (табл. 1.5), который занимает в пространстве ввода-вывода 5–8 смежных байт.

Таблица 1.5. Регистры EPP-порта

Имя регистра	Смещение	Режим	R/W	Описание
SPP Data Port	+0	SPP/EPP	W	Регистр данных SPP
SPP Status Port	+1	SPP/EPP	R	Регистр состояния SPP
SPP Control Port	+2	SPP/EPP	W	Регистр управления SPP
EPP Address Port	+3	EPP	R/W	Регистр адреса EPP . Чтение или запись в него генерирует связанный цикл чтения или записи адреса EPP
EPP Data Port	+4	EPP	R/W	Регистр данных EPP . Чтение (запись) генерирует связанный цикл чтения (записи) данных EPP
Not Defined	+5…+7	EPP	N/A	В некоторых контроллерах могут использоваться для 16-32-битных операций ввода-вывода

В отличие от программно-управляемых режимов, описанных выше, внешние сигналы EPP-порта для каждого цикла обмена формируются аппаратно по одной операции записи или чтения в регистр порта. На рис. 1.3 приведена диаграмма цикла записи данных, иллюстрирующая внешний цикл обмена, вложенный в цикл записи системной шины процессора (иногда эти циклы называют связанными). Адресный цикл записи отличается от цикла данных только стробом внешнего интерфейса.

Рис. 1.3. Цикл записи данных EPP

Цикл записи данных состоит из следующих фаз.

1. Программа выполняет цикл вывода (IOWR#) в порт 4 (EPP Data Port).

2. Адаптер устанавливает сигнал Write# (низкий уровень), и данные помещаются на выходную шину LPT-порта.

3. При низком уровне Wait# устанавливается строб данных.

4. Порт ждет подтверждения от ПУ (перевода Wait# в высокий уровень).

5. Снимается строб данных - внешний EPP-цикл завершается.

6. Завершается процессорный цикл вывода.

7. ПУ устанавливает низкий уровень Wait#, указывая на возможность начала следующего цикла.

Пример адресного цикла чтения приведен на рис. 1.4. Цикл чтения данных отличается только применением другого стробирующего сигнала.

Рис. 1.4. Адресный цикл чтения EPP

Главной отличительной чертой EPP является выполнение внешней передачи во время одного процессорного цикла ввода-вывода. Это позволяет достигать высоких скоростей обмена (0,5–2 Мбайт/с). ПУ, подключенное к параллельному порту EPP, может работать со скоростью устройства, подключаемого через слот ISA.

Естественно, ПУ не должно «подвешивать» процессор на шинном цикле обмена. Это гарантирует механизм тайм-аутов PC, который принудительно завершает любой цикл обмена, длящийся более 15 мкс. В ряде реализаций EPP за тайм-аутом интерфейса следит сам адаптер - если ПУ не отвечает в течение определенного времени (5 мкс), цикл прекращается и в дополнительном (нестандартизованном) регистре состояния адаптера фиксируется ошибка.

Устройства с интерфейсом EPP, разработанные до принятия IEEE 1284, отличаются началом цикла: строб DataStb# или AddrStb# устанавливается независимо от состояния WAIT#. Это означает, что ПУ не может задержать начало следующего цикла (хотя может растянуть его на требуемое время). Такая спецификация называется EPP 1.7 (предложена Xircom). Именно она применялась в контроллере 82360. Периферия, совместимая с IEEE 1284 EPP, будет нормально работать с контроллером EPP 1.7, но ПУ в стандарте EPP 1.7 может отказаться работать с контроллером EPP 1284.

С программной точки зрения контроллер EPP-порта выглядит просто (см. табл. 1.5). К трем регистрам стандартного порта, имеющим смещение 0, 1 и 2 относительно базового адреса порта, добавлены два регистра (EPP Address Port и EPP Data Port), чтение и запись в которые вызывает генерацию связанных внешних циклов.

Назначение регистров стандартного порта сохранено для совместимости EPP-порта с ПУ и ПО, рассчитанными на применение программно-управляемого обмена. Поскольку сигналы квитирования адаптером вырабатываются аппаратно, при записи в регистр управления CR биты 0, 1 и 3, соответствующие сигналам Strobe#, AutoFeed# и SelectIn# должны иметь нулевые значения. Программное вмешательство могло бы нарушить последовательность квитирования. Некоторые адаптеры имеют специальные средства защиты (EPP Protect), при включении которых программная модификация этих бит блокируется.

Использование регистра данных EPP позволяет осуществлять передачу блока данных с помощью одной инструкции REP INSB или REP OUTSB. Некоторые адаптеры допускают 16/32-битное обращение к регистру данных EPP. При этом адаптер просто дешифрует адрес со смещением в диапазоне 4–7 как адрес регистра данных EPP, но процессору сообщает о разрядности 8 бит. Тогда 16- или 32-битное обращение по адресу регистра данных EPP приведет к автоматической генерации двух или четырех шинных циклов по нарастающим адресам, начиная со смещения 4. Эти циклы будут выполняться быстрее, чем то же количество одиночных циклов. Более «продвинутые» адаптеры для адреса регистра данных EPP сообщают разрядность 32 бит и для них до 4 байт может быть передано за один цикл обращения процессора. Таким образом обеспечивается производительность до 2 Мбайт/с, достаточная для адаптеров локальных сетей, внешних дисков, стриммеров и CD-ROM. Адресные циклы EPP всегда выполняются только в однобайтном режиме.

Важной чертой EPP является то, что обращение процессора к ПУ осуществляется в реальном времени - нет буферизации. Драйвер способен отслеживать состояние и подавать команды в точно известные моменты времени. Циклы чтения и записи могут чередоваться в произвольном порядке или идти блоками. Такой тип обмена удобен для регистро-ориентированных ПУ или ПУ, работающих в реальном времени, например устройств сбора информации и управления. Этот режим пригоден и для устройств хранения данных, сетевых адаптеров, принтеров, сканеров и т.п.

К сожалению, режим EPP поддерживается не всеми портами - он отсутствует, к примеру, в ряде блокнотных ПК. Так что при разработке собственных устройств ради большей совместимости с компьютерами приходится ориентироваться на режим ECP.

1.3.4. Режим ECP

Протокол ECP (Extended Capability Port - порт с расширенными возможностями) был предложен Hewlett Packard и Microsoft для связи с ПУ типа принтеров или сканеров. Как и EPP, данный протокол обеспечивает высокопроизводительный двунаправленный обмен данными хоста с ПУ.

Протокол ECP в обоих направлениях обеспечивает два типа циклов:

♦ циклы записи и чтения данных;

♦ командные циклы записи и чтения.

Командные циклы подразделяются на два типа: передача канальных адресов и передача счетчика RLC (Run-Length Count).

В отличие от EPP вместе с протоколом ЕСР сразу появился стандарт на программную (регистровую) модель его адаптера, изложенный в документе «The IEEE 1284 Extended Capabilities Port Protocol and ISA Interface Standard» компании Microsoft. Этот документ определяет свойства протокола, не заданные стандартом IEEE 1284:

♦ компрессия данных хост-адаптером по методу RLE;

♦ буферизация FIFO для прямого и обратного каналов;

♦ применение DMA и программного ввода-вывода.

Компрессия в реальном времени по методу RLE (Run-Length Encoding) позволяет достичь коэффициента сжатия 64:1 при передаче растровых изображений, которые имеют длинные строки повторяющихся байт. Компрессию можно использовать, только если ее поддерживают и хост, и ПУ.

Канальная адресация ECP применяется для адресации множества логических устройств, входящих в одно физическое. Например, в комбинированном устройстве факс/принтер/модем, подключаемом только к одному параллельному порту, возможен одновременный прием факса и печать на принтере. В режиме SPP, если принтер установит сигнал занятости, канал будет занят данными, пока принтер их не примет. В режиме ECP программный драйвер просто адресуется к другому логическому каналу того же порта.

Протокол ECP переопределяет сигналы SPP (табл. 1.6).

Таблица 1.6. Сигналы LPT-порта в режиме ввода-вывода ECP

Контакт	Сигнал SPP	Имя в ECP	I/O	Описание
1	Strobe#	HostClk	О	Строб данных, используется в паре с PeriphAck для передачи в прямом направлении (вывод)
14	AutoLF#	HostAck	О	Указывает тип цикла (команда/данные) при передаче в прямом направлении. Используется как сигнал подтверждения в паре с PeriphClk для передачи в обратном направлении
17	SelectIn#	1284Active	O	Высокий уровень указывает на обмен в режиме IEEE 1284 (в режиме SPP уровень низкий)
16	Init#	ReverseRequest#	O	Запрос реверса. Низкий уровень сигнализирует о переключении канала на передачу в обратном направлении
10	Ack#	PeriphClk	I	Строб данных, используется в паре с HostAck для передачи в обратном направлении
11	Busy	PeriphAck	I	Используется как сигнал подтверждения в паре с HostClk для передачи в прямом направлении. Индицирует тип команда/данные при передаче в образном направлении
12	PaperEnd	AckReverse#	I	Подтверждение реверса. Переводится в низкий уровень в ответ на ReverseRequest#
13	Select	Xflag¹	I	Флаг расширяемости
15	Error#	PeriphRequest#¹	I	Устанавливается ПУ для указания на доступность (наличие) обратного канала передачи¹
2-9	Data	Data	I/O	Двунаправленный канал данных

¹ Сигналы действуют в последовательности согласования (см. ниже)

Адаптер ECP тоже генерирует внешние протокольные сигналы квитирования аппаратно, но его работа существенно отличается от режима EPP.

На рис. 1.5, а приведена диаграмма двух циклов прямой передачи: за циклом данных следует командный цикл. Тип цикла задается уровнем на линии HostAck: в цикле данных - высокий, в командном цикле - низкий. В командном цикле байт может содержать канальный адрес или счетчик RLE. Отличительным признаком является бит 7 (старший): если он нулевой, то биты 0–6 содержат счетчик RLE (0-127), если единичный - то канальный адрес. На рис. 1.5, б показана пара циклов обратной передачи.

Рис. 1.5. Передача в режиме ECP: а - прямая, б - обратная

В отличие от диаграмм обмена EPP, на рис. 1.5 не приведены сигналы циклов системной шины процессора. В данном режиме обмен программы с ПУ разбивается на два относительно независимых процесса, которые связаны через FIFO-буфер. Обмен драйвера с FIFO-буфером может осуществляться как с использованием DMA, так и программного ввода-вывода. Обмен ПУ с буфером аппаратно выполняет адаптер ECP. Драйвер в режиме ЕСР не имеет информации о точном состоянии процесса обмена, но обычно важно только то, завершен он или нет.

Прямая передача данных на внешнем интерфейсе состоит из следующих шагов:

1. Хост помещает данные на шину канала и устанавливает признак цикла данных (высокий уровень) или команды (низкий уровень) на линии HostAck.

2. Хост устанавливает низкий уровень на линии HostClk, указывая на действительность данных.

3. ПУ отвечает установкой высокого уровня на линии PeriphAck.

4. Хост устанавливает высокий уровень линии HostClk, и этот перепад может использоваться для фиксации данных в ПУ.

5. ПУ устанавливает низкий уровень на линии PeriphAck для указания на готовность к приему следующего байта.

Поскольку передача в ЕСР происходит через FIFO-буферы, которые могут присутствовать на обеих сторонах интерфейса, важно понимать, на каком этапе данные можно считать переданными. Данные считаются переданными на шаге 4, когда линия HostClk переходит в высокий уровень. В этот момент модифицируются счетчики переданных и принятых байт. В протоколе ЕСР есть условия, вызывающие прекращение обмена между шагами 3 и 4. Тогда эти данные не должны рассматриваться как переданные.

Из рис. 1.5 видно и другое отличие ЕСР от EPP. Протокол EPP позволяет драйверу чередовать циклы прямой и обратной передачи, не запрашивая подтверждения на смену направления. В ЕСР смена направления должна быть согласована: хост запрашивает реверс установкой ReverseRequest#, после чего он должен дождаться подтверждения сигналом AckReverse#. Поскольку предыдущий цикл мог выполняться по прямому доступу, драйвер должен дождаться завершения прямого доступа или прервать его, выгрузить буфер FIFO, определив точное значение счетчика переданных байт, и только после этого запрашивать реверс.

Обратная передача данных состоит из следующих шагов:

1. Хост запрашивает изменение направления канала, устанавливая низкий уровень на линии ReverseRequest#.

2. ПУ разрешает смену направления установкой низкого уровня на линии AckReverse#.

3. ПУ помещает данные на шину канала и устанавливает признак цикла данных (высокий уровень) или команды (низкий уровень) на линии PeriphAck.

4. ПУ устанавливает низкий уровень на линии PeriphClk, указывая на действительность данных.

5. Хост отвечает установкой высокого уровня на линии HostAck.

6. ПУ устанавливает высокий уровень линии PeriphClk; этот перепад может использоваться для фиксации данных хостом.

7. Хост устанавливает низкий уровень на линии HostAck для указания на готовность к приему следующего байта.

1.3.5. Режимы и регистры ЕСР-порта

Программный интерфейс и регистры ЕСР для адаптеров IEEE 1284 определяет спецификация Microsoft. Порт ЕСР может работать в различных режимах, приведенных в табл. 1.7, где код соответствует полю Mode регистра ECR (биты ).

Таблица 1.7. Режимы ЕСР-порта

Код	Режим
000	SPP mode , стандартный (традиционный) режим
001	Bi-directional mode , двунаправленный порт (тип 1 для PS/2)
010	Fast Centronics , однонаправленный с использованием FIFO и DMA
011	ЕСР Parallel Port mode , собственно режим ЕСР
100	ЕРР Parallel Port mode , режим ЕРР¹
101	Зарезервировано
110	Test mode , тестирование работы FIFO и прерываний
111	Configuration mode , доступ к конфигурационным регистрам

¹ Этот режим не входит в спецификацию Microsoft, но трактуется как ЕРР многими адаптерами портов, если в CMOS Setup установлен режим ЕСР+ЕРР.

Регистровая модель адаптера ЕСР (табл. 1.8) использует свойства архитектуры стандартной шины и адаптеров ISA, где для дешифрации адресов портов ввода-вывода задействуются только 10 младших линий шины адреса. Поэтому, например, обращения по адресам Port, Port+400h, Port+800h… будут восприниматься как обращения к адресу Port, лежащему в диапазоне 0-3FFh. Современные PC и адаптеры декодируют большее количество адресных бит, поэтому обращения по адресам 0378h и 0778Н будут адресованы двум различным регистрам. Помещение дополнительных регистров ЕСР «за спину» регистров стандартного порта (смещение 400-402Н) преследует две цели. Во-первых, эти адреса никогда не использовались традиционными адаптерами и их драйверами, и их применение в ЕСР не приведет к сужению доступного адресного пространства ввода-вывода. Во-вторых, этим обеспечивается совместимость со старыми адаптерами на уровне режимов 000–001 и возможность определения факта присутствия ЕСР-адаптера посредством обращения к его расширенным регистрам.

Таблица 1.8. Регистры ЕСР

Смещение	Имя	R/W	Режимы ECP¹	Название
000	DR	R/W	000-001	Data Register
000	ECPAFIFO	R/W	011	ЕСР Address FIFO
001	SR	R/W	Все	Status Register
002	CR	R/W	Все	Control Register
400	SDFIFO	R/W	010	Parallel Port Data FIFO
400	ECPDFIFO	R/W	011	ECP Data FIFO
400	TFIFO	R/W	110	Test FIFO
400	ECPCFGA	R	111	Configuration Register A
401	ECPCFGB	R/W	111	Configuration Register В
402	ECR	R/W	Все	Extended Control Register

¹ Регистры доступны только в данных режимах (указаны значения бит 7–5 регистра ECR)

Каждому режиму ЕСР соответствуют (и доступны) свои функциональные регистры. Переключение режимов осуществляется записью в регистр ECR. «Дежурными» режимами, включаемыми по умолчанию, являются 000 или 001. В любом из них работает полубайтный режим ввода. Из этих режимов всегда можно переключиться в любой другой, но из старших режимов (010–111) переключение возможно только в 000 или 001. Для корректной работы интерфейса перед выходом из старших режимов необходимо дождаться завершения обмена по прямому доступу и очистки FIFO-буфера.

В режиме 000 (SPP) порт работает как однонаправленный программно-управляемый SPP-порт.

В режиме 001 (Bi-Di PS/2) порт работает как двунаправленный порт PS/2 типа 1. От режима 000 отличается возможностью реверса канала данных по биту CR.5.

Режим 010 (Fast Centronics) предназначен только для высокопроизводительного вывода через FIFO-буфер с использованием DMA. Сигналы квитирования по протоколу Centronics вырабатываются аппаратно. Сигнал запроса прерывания вырабатывается по состоянию FIFO-буфера, но не по сигналу Ack# (запрос одиночного байта «не интересует» драйвер быстрого блочного вывода).

Режим 011 является собственно режимом ЕСР, описанным выше, Поток данных и команд, передаваемых в ПУ, помещается в FIFO-буфер через регистры ECPDFIFO и ECPAFIFO соответственно. Из FIFO они выводятся с соответствующим признаком цикла (состояние линии HostAck). Принимаемый поток данных от ПУ извлекается из FIFO-буфера через регистр ECPDFIFO. Получение адреса в командном цикле от ПУ не предусматривается. Обмен с регистром ECPDFIFO может производиться и по каналу DMA.

Компрессия по методу RLE при передаче выполняется программно. Для передачи подряд более двух одинаковых байт данных в регистр ЕСPAFIFO записывается байт, у которого младшие 7 бит содержат счетчик RLC (значение RLC=127 соответствует 128 повторам), а старший бит нулевой. После этого в ECPDFIFO записывается сам байт. Принимая эту пару байт (командный байт и байт данных), ПУ осуществляет декомпрессию. При приеме потока от ПУ адаптер ЕСР декомпрессию осуществляет аппаратно и в FIFO-буфер помещает уже декомпрессированные данные. Отсюда очевидно, что вывод данных с одновременным использованием компрессии и DMA невозможен.

Режим 100 (EPP) - один из способов включения режима EPP (если таковой поддерживается адаптером и разрешен в CMOS Setup).

Режим 110 (Test Mode) предназначен для тестирования взаимодействия FIFO и прерываний. Данные могут передаваться в регистр TFIFO и из него с помощью DMA или программным способом. На внешний интерфейс обмен не воздействует. Адаптер отрабатывает операции вхолостую на максимальной скорости интерфейса (как будто сигналы квитирования приходят без задержек). Адаптер следит за состоянием буфера и по мере необходимости вырабатывает сигналы запроса прерывания. Таким образом программа может определить максимальную пропускную способность канала.

Режим 111 (Configuration mode) предназначен для доступа к конфигурационным регистрам. Выделение режима защищает адаптер и протокол от некорректных изменений конфигурации в процессе обмена.

Как уже упоминалось, каждому режиму ЕСР соответствуют свои функциональные регистры (табл. 1.8).

Регистр данных DR используется для передачи данных только в программно-управляемых режимах (000 и 001).

Регистр состояния SR передает значение сигналов на соответствующих линиях (как в SPP).

Регистр управления CR имеет назначение бит, совпадающее с SPP. В режимах 010, 011 запись в биты 0, 1 (сигналы AutoLF# и Strobe#) игнорируется.

Регистр ECPAFIFO служит для помещения информации командных циклов (канального адреса или счетчика RLE, в зависимости от бита 7) в FIFO-буфер. Из буфера информация будет выдана в командном цикле вывода.

Регистр SDFIFO используется для передачи данных в режиме 010. Данные, записанные в регистр (или посланные по каналу DMA), передаются через буфер FIFO по реализованному аппаратно протоколу Centronics. При этом должно быть задано прямое направление передачи (бит CR.5=0).

Регистр DFIFO используется для обмена данными в режиме 011 (ЕСР). Данные, записанные в регистр или считанные из него (или переданные по каналу DMA), передаются через буфер FIFO по протоколу ЕСР.

Регистр TFIFO обеспечивает механизм тестирования FIFO-буфера в режиме 110.

Регистр ECPCFGA позволяет считывать информацию об адаптере (идентификационный код в битах ).

Регистр ECPCFGB позволят хранить любую информацию, необходимую драйверу. Запись в регистр не влияет на работу порта.

Регистр ECR - главный управляющий регистр ЕСР. Его биты имеют следующее назначение:

♦ ECR - ЕСР MODE - задают режим ЕСР;

♦ ECR.4 - ERRINTREN# - (Error Interrupt Disable) запрещает прерывания по сигналу Error# (при нулевом значении бита по отрицательному перепаду на этой линии вырабатывается запрос прерывания);

♦ ECR.3 - DMAEN - (DMA Enable) разрешает обмен по каналу DMA;

♦ ECR.2 - SERVICEINTR - (Service Interrupt) запрещает сервисные прерывания, которые вырабатываются по окончании цикла DMA (если он разрешен), по порогу заполнения/опустошения FIFO-буфера (если не используется DMA) и по ошибке переполнения буфера сверху или снизу;

♦ ECR.1 - FIFOFS - (FIFO Full Status) сигнализирует о заполнении буфера; при FIFOFS=1 в буфере нет ни одного свободного байта;

♦ ECR.0 - FIFOES - (FIFO Empty Status) указывает на полное опустошение буфера; комбинация FIFOFS=FIFOES=1 означает ошибку работы с FIFO (переполнение сверху или снизу).

Когда порт находится в стандартном или двунаправленном режимах (000 или 001), первые три регистра полностью совпадают с регистрами стандартного порта. Так обеспечивается совместимость драйвера со старыми адаптерами и старых драйверов с новыми адаптерами.

По интерфейсу с программой ECP-порт напоминает EPP: после установки режима (записи кода в регистр ECR) обмен данными с устройством сводится к чтению или записи в соответствующие регистры. За состоянием FIFO-буфера наблюдают либо по регистру ECR, либо по обслуживанию сервисных прерываний от порта. Весь протокол квитирования генерируется адаптером аппаратно. Обмен данными с ЕСР-портом (кроме явного программного) возможен и по прямому доступу к памяти (каналу DMA), что эффективно при передаче больших блоков данных.

1.3.6. Согласование режимов IEEE 1284

ПУ в стандарте IEEE 1284 обычно не требуют от контроллера реализации всех предусмотренных этим стандартом режимов. Для определения режимов и методов управления конкретным устройством стандарт предусматривает последовательность согласования (negotiation sequence). Последовательность построена так, что старые устройства, не поддерживающие IEEE 1284, на нее не ответят, и контроллер останется в стандартном режиме. Периферия IEEE 1284 может сообщить о своих возможностях, и контроллер установит режим, удовлетворяющий и хост, и ПУ.

Во время фазы согласования контроллер выставляет на линии данных байт расширяемости (extensibility byte), запрашивая подтверждение на перевод интерфейса в требуемый режим или прием идентификатора ПУ (табл. 1.9). Идентификатор передается контроллеру в запрошенном режиме (любой режим обратного канала, кроме EPP). ПУ использует сигнал Xflag (Select в терминах SPP) для подтверждения запрошенного режима обратного канала, кроме полубайтного, который поддерживается всеми устройствами IEEE 1284. Бит Extensibility Link request послужит для определения дополнительных режимов в будущих расширениях стандарта.

Таблица 1.9. Биты в байте расширяемости

Бит	Описание	Допустимые комбинации бит
7	Request Extensibility Link - зарезервирован	1000 0000
6	Запрос режима ЕРР	0100 0000
5	Запрос режима ЕСР с RLE	0011 0000
4	Запрос режима ЕСР без RLE	0001 0000
3	Зарезервировано	0000 1000
2	Запрос идентификатора устройства с ответом в режиме:
	полубайтный	0000 0100
	байтный	0000 0101
	ЕСР без RLE	0001 0100
	ЕСР с RLE	0011 0100
1	Зарезервировано	0000 0010
0	Запрос полубайтного режима	0000 0001
none	Запрос байтного режима	0000 0000

Последовательность согласования (рис. 1.6) состоит из следующих шагов.

1. Хост выводит байт расширяемости на линии данных.

2. Хост устанавливает высокий уровень сигнала SelectIn# и низкий - AutoFeed#, что означает начало последовательности согласования.

3. ПУ отвечает установкой низкого уровня сигнала Ack# и высокого - Error#, PaperEnd и Select. Устройство, «не понимающее» стандарта 1284, ответа не даст, и дальнейшие шаги не выполнятся.

4. Хост устанавливает низкий уровень сигнала Strobe# для записи байта расширяемости в ПУ.

5. Хост устанавливает высокий уровень сигналов Strobe# и AutoLF#.

6. ПУ отвечает установкой в низкий уровень сигналов PaperEnd и Error#, если ПУ имеет обратный канал передачи данных. Если запрошенный режим поддерживается устройством, на линии Select устанавливается высокий уровень, если не поддерживается - низкий.

7. ПУ устанавливает высокий уровень на линии Ack# для указания на завершение последовательности согласования, после чего контроллер задает требуемый режим работы.

Рис. 1.6. Последовательность согласования режимов IEEE 1284

1.3.7. Физический и электрический интерфейсы

Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и передатчиков сигналов, которые по уровням совместимы с ТТЛ. Спецификации стандартного порта не задавали типов выходных схем, предельных значений величин нагрузочных резисторов и емкости, вносимой цепями и проводниками. На относительно невысоких скоростях обмена разброс этих параметров не вызывал проблем совместимости. Однако расширенные (функционально и по скорости передачи) режимы требуют четких спецификаций. IEEE 1284 определяет два уровня интерфейсной совместимости. Первый уровень (Level I) определен для устройств медленных, но использующих смену направления передачи данных. Второй уровень (Level II) определен для устройств, работающих в расширенных режимах с высокими скоростями и длинными кабелями. К передатчикам предъявляются следующие требования.

♦ Уровни сигналов без нагрузки не должны выходить за пределы -0,5…+5,5 В.

♦ Уровни сигналов при токе нагрузки 14 мА должны быть не ниже +2,4 В для высокого уровня (VOH) и не выше +0,4 В для низкого уровня (VOL) на постоянном токе.

♦ Выходной импеданс RO, измеренный на разъеме, должен составлять 50±5 Ом на уровне VOH-VOL. Для обеспечения заданного импеданса используют последовательные резисторы в выходных цепях передатчика. Согласование импеданса передатчика и кабеля снижает уровень импульсных помех.

♦ Скорость нарастания (спада) импульса должна находиться в пределах 0,05-0,4 В/нс.

Ниже перечислены требования к приемникам.

♦ Допустимые пиковые значения сигналов -2,0…+7,0 В.

♦ Пороги срабатывания должны быть не выше 2,0 В (VIH) для высокого уровня и не ниже 0,8 В (VIL) для низкого.

♦ Приемник должен иметь гистерезис в пределах 0,2–1,2 В (гистерезисом обладают специальные микросхемы - триггеры Шмитта).

♦ Входной ток микросхемы (втекающий и вытекающий) не должен превышать 20 мкА, входные линии соединяются с шиной питания +5 В резистором 1,2 кОм.

♦ Входная емкость не должна превышать 50 пФ.

Когда появилась спецификация ЕСР, компания Microsoft рекомендовала применение динамических терминаторов на каждую линию интерфейса. Однако в настоящее время следуют спецификации IEEE 1284, в которой динамические терминаторы не применяются. Рекомендованные схемы входных, выходных и двунаправленных цепей приведены на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Оконечные цепи линий интерфейса IEEE 1284: a - однонаправленные линии, б - двунаправленные

Стандарт IEEE 1284 определяет три типа используемых разъемов. Типы A (DB-25) и В (Centronics-36) характерны для традиционных кабелей подключения принтера, тип С - новый малогабаритный 36-контактный разъем.

Стандарт IEEE 1284 регламентирует свойства кабелей.

♦ Все сигнальные линии должны быть перевитыми с отдельными обратными (общими) проводами.

♦ Каждая пара должна иметь импеданс 62±6 Ом в частотном диапазоне 4-16 МГц.

♦ Уровень перекрестных помех между парами не должен превышать 10%.

♦ Кабель должен иметь экран (фольгу), покрывающий не менее 85% внешней поверхности. На концах кабеля экран должен быть окольцован и соединен с контактом разъема.

Кабели, удовлетворяющие этим требованиям, маркируются надписью «IEEE Std 1284–1994 Compliant». Они могут иметь длину до 10 метров, обозначения типов приведены в табл. 1.10.

Таблица 1.10. Типы кабелей IEEE 1284

Тип	Расшифровка	Разъем 1	Разъем 2
AMAM	Type A Male - Type A Male	А (вилка)	А (вилка)
AMAF	Type A Male - Type A Female	А (вилка)	А (розетка)
AB	Type A Male - Туре В Plug - стандартный кабель к принтеру	А (вилка)	В
АС	Type A Male - Туре С Plug - новый кабель к принтеру	А (вилка)	С
BC	Туре В Plug - Type С Plug	В	С
CC	Туре С Plug - Type С Plug	С	С

1.3.8. Развитие стандарта IEEE 1284

Ниже перечислены некоторые дополнения основного стандарта IEEE 1284.

♦ IEEE P1284.1 «Standard for Information Technology for Transport Independent Printer/Scanner Interface (TIP/SI)». Этот стандарт разрабатывается для управления и обслуживания сканеров и принтеров на основе протокола NPAP (Network Printing Alliance Protocol).

♦ IEEE P1284.2 «Standard for Test, Measurement and Conformance to IEEE Std. 1284» - стандарт для тестирования портов, кабелей и устройств на совместимость с IEEE 1284.

♦ IEEE P1284.3 «Standard for Interface and Protocol Extensions to IEEE Std. 1284 Compliant Peripheral and Host Adapter Ports» - стандарт на драйверы и использование устройств прикладным программным обеспечением (ПО). Приняты спецификации BIOS для использования EPP драйверами DOS. Прорабатывается стандарт на разделяемое использование одного порта цепочкой устройств или группой устройств, подключаемых через мультиплексор.

♦ IEEE P1284.4 «Standard for Data Delivery and Logical Channels for IEEE Std. 1284 Interfaces» направлен на реализацию пакетного протокола достоверной передачи данных через параллельный порт. Основой служит протокол MLC (Multiple Logical Channels) фирмы Hewlett-Packard, однако совместимость с ним в окончательной версии стандарта не гарантируется.

1.4. Системная поддержка LPT-порта

Системная поддержка LPT-порта включает поиск установленных портов и сервисы печати (Int 17h, см. п. 8.3.3). В процессе начального тестирования POST BIOS проверяет наличие параллельных портов по адресам 3BCh, 378h и 278h и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки BIOS Data Area 0:0408h, 040Ah, 040Ch, 040Eh. Эти ячейки хранят адреса портов LPT1-LPT4, нулевое значение адреса является признаком отсутствия порта с данным номером. В ячейки 0:0478, 0479, 047А, 047В заносятся константы, задающие тайм-аут для этих портов.

Поиск портов обычно ведется достаточно примитивно - по базовому адресу (в регистр данных предполагаемого порта) выводится тестовый байт (AAh или 55h), затем производится ввод по тому же адресу. Если считанный байт совпал с записанным, предполагается, что найден LPT-порт; его адрес помещается в ячейку BIOS Data Area. Базовые адреса портов могут быть впоследствии изменены программно. Адрес порта LPT4 система BIOS самостоятельно установить не может, поскольку в списке стандартных адресов поиска имеются только три вышеуказанных.

Обнаруженные порты инициализируются - записью в регистр управления формируется и снимается сигнал Init#, после чего записывается значение 0Ch, соответствующее исходному состоянию сигналов интерфейса. В некоторых случаях сигнал Init# активен с момента аппаратного сброса до инициализации порта при загрузке ОС. Это можно заметить по поведению включенного принтера во время перезагрузки компьютера - у принтера надолго гаснет индикатор On-Line. Следствие этого явления - невозможность распечатки экранов (например, параметров BIOS Setup) по нажатию клавиши Print Screen до загрузки ОС.

1.5. Параллельный порт и PnP

Большинство современных периферийных устройств, подключаемых к LPT-порту, поддерживает стандарт 1284 и функции PnP. Для поддержки этих функций компьютером с аппаратной точки зрения достаточно иметь контроллер интерфейса, соответствующий стандарту 1284. Если подключаемое устройство поддерживает PnP, оно по протоколу согласования режимов 1284 способно «договориться» с портом, представляющим «интересы» компьютера, о возможных режимах обмена. Далее, для работы PnP подключенное устройство должно сообщить операционной системе все необходимые сведения о себе. Как минимум это идентификаторы производителя, модели и набор поддерживаемых команд. Более развернутая информация об устройстве может содержать идентификатор класса, подробное описание и идентификатор устройства, с которым обеспечивается совместимость. В соответствии с принятой информацией для поддержки данного устройства операционная система может предпринять действия по установке требуемого программного обеспечения.

Устройства с поддержкой PnP распознаются ОС на этапе ее загрузки, если, конечно же, они подключены к порту интерфейсным кабелем и у них включено питание. Если ОС Windows обнаруживает подключенное устройство PnP, отличающееся от того, что прописано в ее реестре для данного порта (или просто новое устройство), она пытается установить требуемые для устройства драйверы из дистрибутива ОС или из комплекта поставки нового устройства. Если Windows не желает замечать вновь подключенного устройства PnP, это может свидетельствовать о неисправности порта или кабеля. Система PnP не работает, если устройство подключается дешевым «не двунаправленным» кабелем, у которого отсутствует связь по линии SelectIn# (контакт 17 порта LPT и контакт 36 разъема Centronics).

1.6. Применение LPT-порта

Обычно LPT-порт используют для подключения принтера (см. п. 8.3.1), однако этим его применение не исчерпывается.

Для связи двух компьютеров по параллельному интерфейсу применяются различные кабели в зависимости от режимов используемых портов. Самый простой и медленный - полубайтный режим, работающий на всех портах. Для этого режима в кабеле достаточно иметь 10 сигнальных и один общий провод. Распайка разъемов кабеля приведена в табл. 1.11. Связь двух PC данным кабелем поддерживается стандартным ПО типа Interlnk из MS-DOS или Norton Commander. Заметим, что здесь применяется свой протокол, отличный от описанного в п. 1.3.1.

Таблица 1.11. Кабель связи PC-PC (4-битный)

X1, разъем PC#1		X2, разъем PC#2
Бит	Контакт	Контакт	Бит
DR.0	2	15	SR.3
DR.1	3	13	SR.4
DR.2	4	12	SR.5
DR.3	5	10	SR.6
DR.4	6	11	SR.7
SR.6	10	5	DR.3
SR.7	11	6	DR.4
SR.5	12	4	DR.2
SR.4	13	3	DR.1
SR.3	15	2	DR.0
GND	18-25	18-25	GND

Разъемы X1 и X2 - DB25-P (вилки).

Высокоскоростная связь двух компьютеров может выполняться и в режиме ЕСР (режим ЕРР неудобен, поскольку требует синхронизации шинных циклов ввода- вывода двух компьютеров).

В табл. 1.12 приведена распайка кабеля, в аналогичной таблице предыдущих книг автора (см. и ) была ошибка (перепутаны контакты 13 и 15). Из всех сигналов в кабеле не используется лишь PeriphRequest# (контакт 15). В цепи линий данных рекомендуется вставить последовательные резисторы (0,5–1 кОм), препятствующие протеканию слишком больших токов, когда порты данных обоих компьютеров находятся в режиме вывода. Эта ситуация возникает, когда коммуникационное ПО компьютеров еще не запущено. Связь в режиме ЕСР поддерживается Windows 9х, в комплект поставки этих ОС входит драйвер PARALINK.VxD, но из-за внутренней ошибки он неработоспособен. «Заплатку» на этот драйвер, а также тестовую утилиту и необходимые описания можно найти в сети (www.lpt.com, www.lvr.com/parport.htm).

Таблица 1.12. Кабель связи PC-PC в режиме ЕСР и байтном режиме

Разъем X1		Разъем X2
Контакт	Имя в ЕСР	Имя в ЕСР	Контакт
1	HostClk	PeriphClk	10
14	HostAck	PeriphAck	11
17	1284Active	Xflag	13
16	ReverseRequest#	AskReverse#	12
10	PeriphClk	HostClk	1
11	PeriphAck	HostAck	14
12	AckReverse#	ReverseRequest#	16
13	Xflag	1284Active	17
2, 3…9	Data	Data	2, 3…9

Подключение сканера к LPT-порту эффективно, только если порт обеспечивает хотя бы двунаправленный режим (Bi-Di), поскольку основной поток - ввод. Лучше использовать порт ЕСР, если этот режим поддерживается сканером (или ЕРР, что маловероятно).

Подключение внешних накопителей (Iomega Zip Drive, CD-ROM и др.), адаптеров ЛВС и других симметричных устройств ввода-вывода имеет свою специфику. В режиме SPP наряду с замедлением работы устройства заметна принципиальная асимметрия этого режима: чтение данных происходит в два раза медленнее, чем (весьма небыстрая) запись. Применение двунаправленного режима (Bi-Di или PS/2 Туре 1) устранит эту асимметрию - скорости сравняются. Только перейдя на ЕРР или ЕСР, можно получить нормальную скорость работы. В режиме ЕРР или ЕСР подключение к LPT-порту почти не уступает по скорости подключению через ISA- контроллер. Это справедливо и при подключении устройств со стандартным интерфейсом шин к LPT-портам через преобразователи интерфейсов (например, LPT-IDE, LPT-SCSI, LPT-PCMCIA). Заметим, что винчестер IDE, подключенный через адаптер к LPT-порту, для системы может быть представлен как устройство SCSI (это логичнее с программной точки зрения).

В табл. 1.13 описано назначение выводов разъема LPT-порта в различных режимах и их соответствие битам регистров стандартного порта.

Таблица 1.13. Назначение выводов разъема LPT-порта и бит регистров в режимах SPP, ЕСР и ЕРР

Контакт	I/O	Бит¹	SPP	ECP	EPP
1	O/I	CR.0\	Strobe#	HostClk	Write#
2	O/I	DR.0	Data 0	Data 0	Data 0
3	O/I	DR.1	Data 1	Data 1	Data 1
4	O/I	DR.2	Data 2	Data 2	Data 2
5	O/I	DR.3	Data 3	Data 3	Data 3
6	O/I	DR.4	Data 4	Data 4	Data 4
7	O/I	DR.5	Data 5	Data 5	Data 5
8	O/I	DR.6	Data 6	Data 6	Data 6
9	O/I	DR.7	Data 7	Data 7	Data 7
10	I	SR.6	Ack#	PeriphClk	INTR#
11	I	SR.7\	Busy	PeriphAck	Wait#
12	I	SR.5	PaperEnd	AckReverse#	-²
13	I	SR.4	Select	Xflag	-²
14	O/I	CR.1\	Auto LF#	HostAck	DataStb#
15	I	SR.3	Error#	PeriphRequest#	-²
16	O/I	CR.2	Init#	ReverseRequest#	Reset#
17	O/I	CR.3\	Select In#	1284Active	AddrStb#

¹ Символом «\» отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии).

² Определяется пользователем.

1.7. Конфигурирование LPT-портов

Управление параллельным портом разделяется на два этапа - предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Оперативное переключение возможно только в пределах режимов, разрешенных при конфигурировании. Этим обеспечивается возможность согласования аппаратуры с ПО и блокирования ложных переключений, вызванных некорректными действиями программы.

Конфигурирование LPT-порта зависит от его исполнения. Порт, расположенный на плате расширения (мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через BIOS Setup.

Ниже перечислены параметры, подлежащие конфигурированию.

♦ Базовый адрес - 3BCh, 378h или 278h. При инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом порядке и, соответственно, присваивает обнаруженным портам логические имена LPT1, LPT2, LPT3. Адрес 3BCh имеет адаптер порта, расположенный на плате MDA или HGC. Большинство портов по умолчанию конфигурируется на адрес 378h и может переключаться на 278h.

♦ Используемая линия запроса прерывания: для LPT - IRQ7, для LPT2 - IRQ5. Традиционно прерывания от принтера не задействуются, и этот дефицитный ресурс можно сэкономить. Однако при использовании скоростных режимов ЕСР (или Fast Centronics) работа через прерывания может заметно повысить производительность и снизить загрузку процессора.

♦ Использование канала DMA для режимов ЕСР и Fast Centronics - разрешение и номер канала DMA.

♦ Режимы работы порта:

SPP - порт работает только в стандартном однонаправленном программно-управляемом режиме;

PS/2, он же Bi-Directional - отличается от SPP возможностью реверса канала (установкой CR.5=1);

Fast Centronics - аппаратное формирование протокола Centronics с использованием FIFO-буфера и, возможно, DMA;

EPP - в зависимости от использования регистров порт работает в режиме SPP или EPP;

ЕСР - по умолчанию включается в режим SPP или PS/2, записью в ECR может переводиться в любой режим ЕСР, но перевод в EPP записью в ECR кода 100 не гарантируется;

ЕСР+EPP - то же, что и ЕСР, но запись в ECR кода режима 100 переводит порт в EPP.

Выбор режима EPP, ЕСР или Fast Centronics сам по себе не приводит к повышению быстродействия обмена с подключенными ПУ, а только дает возможность драйверу и ПУ установить оптимальный режим в пределах их «разумения». Большинство современных драйверов и приложений пытаются использовать эффективные режимы, поэтому «подрезать им крылья» установкой простых режимов без веских на то оснований не стоит.

Принтеры и сканеры могут пожелать режима ЕСР. Windows (3.x, 9х и NT) имеет системные драйверы для этого режима. В среде DOS печать через ЕСР поддерживается только специальным загружаемым драйвером.

Сетевые адаптеры, внешние диски и CD-ROM, подключаемые к параллельному порту, могут использовать режим EPP. Для этого режима специальный драйвер пока еще не применяется; поддержка EPP включается в драйвер самого подключаемого устройства.

1.8. Неисправности и тестирование параллельных портов

Тестирование параллельных портов разумно начинать с проверки их наличия в системе. Список адресов установленных портов появляется в таблице, выводимой BIOS на экран перед загрузкой ОС. Список можно посмотреть и с помощью тестовых программ или прямо в BIOS Data Area с помощью отладчика.

Если BIOS обнаруживает меньше портов, чем установлено физически, скорее всего, двум портам присвоен один и тот же адрес. При этом работоспособность ни одного из конфликтующих портов не гарантируется: они будут одновременно выводить сигналы, но при чтении регистра состояния конфликт на шине, скорее всего, приведет к искажению данных. Программное тестирование порта без диагностической заглушки (Loop Back) не покажет ошибок, поскольку при этом читаются данные выходных регистров, а они у всех конфликтующих (по отдельности исправных портов) совпадут. Именно такое тестирование производит BIOS при проверке на наличие портов. Разбираться с такой ситуацией следует, последовательно устанавливая порты и наблюдая за адресами, появляющимися в списке.

Если физически установлен только один порт, a BIOS его не обнаруживает, то либо порт отключен при конфигурировании, либо он вышел из строя (скорее всего из-за нарушений правил подключения). Если вам везет, неисправность устраняется «передергиванием» платы в слоте - там иногда возникают проблемы с контактами.

Наблюдаются и такие «чудеса» - при «теплой» перезагрузке DOS после Windows 95 порт не виден (и приложения не могут печатать из MS-DOS). Однако после повторной перезагрузки DOS порт оказывается на месте. С этим явлением легче смириться, чем бороться.

Тестирование портов с помощью диагностических программ позволяет проверить выходные регистры, а при использовании специальных заглушек - и входные линии. Поскольку количество выходных линий порта (12) и входных (5) различно, то полная проверка порта с помощью пассивной заглушки принципиально невозможна. Разные программы тестирования требуют применения разных заглушек (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Схема заглушки для тестирования LPT-порта: а - для CheckIt, б - для Norton Diagnostics

Большинство неприятностей при работе с LPT-портами доставляют разъемы и кабели. Для проверки порта, кабеля и принтера можно воспользоваться специальными тестами из популярных диагностических программ (CheckIt, PCCheck и т.п.). Можно попытаться просто вывести на принтер какой-либо символьный файл.

♦ Если вывод файла с точки зрения DOS проходит (копирование файла на устройство с именем LPTn или PRN совершается быстро и успешно), а принтер (исправный) не напечатал ни одного символа - скорее всего, это обрыв (не контакт в разъеме) цепи Strobe#.

♦ Если принтер находится в состоянии On Line, а появляется сообщение о его неготовности, причину следует искать в линии Busy.

♦ Если принтер, подключенный к порту, в стандартном режиме (SPP) печатает нормально, а при переходе в режим ЕСР начинаются сбои, следует проверить кабель - соответствует ли он требованиям IEEE 1284 (см. выше). Дешевые кабели с неперевитыми проводами нормально работают на скоростях 50-100 Кбайт/с, но при скорости 1–2 Мбайт/с, обеспечиваемой ЕСР, имеют полное право не работать, особенно при длине более 2 м.

♦ Если при установке драйвера PnP-принтера появилось сообщение о необходимости применения «двунаправленного кабеля», проверьте наличие связи контакта 17 разъема DB-25 с контактом 36 разъема Centronics. Хотя эта связь изначально предусматривалась, в ряде кабелей она отсутствует.

♦ Если принтер искажает информацию при печати, возможен обрыв (или замыкание) линий данных. В этом случае удобно воспользоваться файлом, содержащим последовательность кодов всех печатных символов. Если файл печатается с повтором некоторых символов или их групп, по периодичности повтора можно легко вычислить оборванный провод данных интерфейса. Этот же файл удобно использовать для проверки аппаратной русификации принтера.

Аппаратные прерывания от LPT-порта используются не всегда. Даже DOS-программа фоновой печати PRINT работает с портом по опросу состояния, а ее обслуживающий процесс запускается по прерыванию от таймера. Поэтому неисправности, связанные с цепью прерывания от порта, проявляются не часто. Однако по-настоящему многозадачные ОС (например, NetWare) стараются работать с портом по прерываниям. Протестировать линию прерывания можно, только подключив к порту ПУ или заглушку. Если к порту с неисправным каналом прерывания подключить адаптер локальной сети, то он, возможно, будет работать, но с очень низкой скоростью: на любой запрос ответ будет приходить с задержкой в десятки секунд - принятый из адаптера пакет будет приниматься не по прерыванию (сразу по приходу), а по внешнему тайм-ауту.

Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них для передачи бит в слове используются отдельные сигнальные линии, и биты передаются одновременно. Параллельные интерфейсы используют логические уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует. Параллельные интерфейсы используют для подключения принтеров. Передача данных может быть как однонаправленной (Centronics), так и двунаправленной (Bitronics). Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами - получается сеть, "сделанная на коленке" (LapLink). Ниже будут рассмотрены протоколы интерфейсов Centronics, стандарт IEEE 1284, а также реализующие их порты PC.

1.1. Интерфейс Centronics и LPT-порт

Для подключения принтера по интерфейсу Centronics в PC был введен порт параллельного интерфейса - так возникло название LPT-порт (Line PrinTer - построчный принтер). Хотя сейчас через этот порт подключаются не только построчные принтеры, название "LPT" осталось.

1.1.1. Интерфейс Centronics

Понятие Centronics относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему на принтерах. Назначение сигналов приведено в табл. 1.1, а временные диаграммы обмена с принтером - на рис. 1.1.

Интерфейс Centronics поддерживается принтерами с параллельным интерфейсом. Его отечественным аналогом является интерфейс ИРПР-М.

Традиционный, он же стандартный, LPT-порт SPP (Standard Parallel Port) является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics. Порт вырабатывает аппаратное прерывание по импульсу на входе Ack#. Сигналы порта выводятся на разъем DB-25S (розетка), установленный непосредственно на плате адаптера (или системной плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом. Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 1.2) соответствуют интерфейсу Centronics.

Сигнал	I/O*	Контакт	Назначение
Strobe#	I	1	Строб данных. Данные фиксируются по низкому уровню сигнала
Data	I	2-9	Линии данных. Data 0 (контакт 2) - младший бит
Ack#	O	10	Acknowledge - импульс подтверждения приема байта (запрос на прием следующего). Может использоваться для формирования запроса прерывания
Busy	O	11	Занято. Прием данных возможен только при низком уровне сигнала
PaperEnd	O	12	Высокий уровень сигнализирует о конце бумаги
Select	O	13	Сигнализирует о включении принтера (обычно в принтере соединяется резистором с цепью +5 В)
AutoLF#	I	14	Автоматический перевод строки. При низком уровне принтер, получив символ CR (Carriage Return - возврат каретки), автоматически выполняет и функцию Lf (Line Feed - перевод строки)
Error#	O	32	Ошибка: конец бумаги, состояние OFF-Line или внутренняя ошибка принтера
Init#	I	31	Инициализация (сброс в режим параметров умолчания, возврат к началу строки)
Select ln#	I	36	Выбор принтера (низким уровнем). При высоком уровне принтер не воспринимает остальные сигналы интерфейса
GND	-	19-30, 33	Общий провод интерфейса

Рис. 1.1. Передача данных по протоколу Centronics

Контакт DB-25S	Номер провода в кабеле	Назначение
Контакт DB-25S	Номер провода в кабеле	I/O*	Reg. Bit**	Сигнал
1	1	O/I	CR.0\	Strobe#
2	3	O(I)	DR.0	Data 0
3	5	O(I)	DR.1	Data 1
4	7	O(I)	DR.2	Data 2
5	9	O(I)	DR.3	Data 3
6	11	O(I)	DR.4	Data 4
7	13	O(I)	DR.5	Data 5
8	15	O(I)	DR.6	Data 6
9	17	O(I)	DR.7	Data 7
10	19	I***	SR.6	Ack#
11	21	I	SR.7	Busy
12	23	I	SR.5	PaperEnd (PE)
13	25	I	SR.4	Select
14	2	O/I	CR.1\	Auto LF#
15	4	I	SR.3	Error*
16	6	O/I	CR.2	Init#
17	8	O/I	CR.3\	Select ln#
18-25	10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26	-	-	-

* I/O задает направление передачи (вход/выход) сигнала порта. O/I обозначает выходные линии, состояние которых считывается при чтении из портов вывода; (I) - выходные линии, состояние которых может быть считано только при особых условиях (см. ниже).
** Символом "\" отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии).
*** Вход Ack# соединен резистором (10 кОм) с питанием +5 В.

1.1.2. Традиционный LPT-порт

Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7 или IRQ5 . Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов,

BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом - прерыванием INT 17h , обеспечивающим через них связь с принтером по интерфейсу Centronics . Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа (по опросу готовности, не используя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера.

Стандартный порт имеет три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода, начиная с базового адреса порта BASE (3BCh, 378h или 278h).

Data Register (DR) - регистр данных, адрес=ВASЕ. Данные, записанные в этот порт, выводятся на выходные линии интерфейса DATA. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигналам на тех же линиях, что не всегда одно и то же. Если в порт записать байт с единицами во всех разрядах, а на выходные линии интерфейса через микросхемы с выходом типа "открытый коллектор" подать какой-либо код (или соединить ключами какие-то провода со схемной землей), то этот код может быть считан из того же регистра данных. Таким образом на многих старых моделях адаптеров можно реализовать порт ввода дискретных сигналов, однако выходным цепям передатчика информации придется "бороться" с выходным током логической единицы выходных буферов адаптера. Схемотехника ТТЛ такие решения не запрещает, но если внешнее устройство выполнено на , их выходного тока может не хватить для формирования логического 0. Однако современные адаптеры часто имеют в выходной цепи согласующий резистор с сопротивлением до 50 Ом. Выходной ток короткого замыкания выхода на землю обычно не превышает 30 мА. Простой расчет показывает, что в случае короткого замыкания контакта разъема на землю при выводе "единицы" на этом падает напряжение 1,5 В, что входной схемой приемника будет воспринято как "единица". Так что такой способ ввода не будет работать на всех компьютерах.

На некоторых адаптерах портов выходной буфер отключается перемычкой на плате. Тогда порт превращается в обыкновенный порт ввода.

Status Register (SR) - регистр состояния; представляет собой 5-битный порт ввода сигналов состояния принтера (биты SR.4-SR.7), адрес==BASE+1. Бит SR. 7 инвертируется - низкому уровню сигнала соответствует единичное значение бита в регистре, и наоборот.

Назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера контактов разъема):

SR.7 - Busy - инверсные отображения состояния линии Busy (11): при низком уровне на линии устанавливается единичное значения бита - разрешение на вывод очередного байта.
SR.6 - Ack (Acknowledge) - отображения состояния линии Ack# (10).
SR.5 - РЕ (Paper End) - отображения состояния линии Paper End (12). Единичное значение соответствует высокому уровню линии - сигналу о конце бумаги в принтере.
SR.4 - Select - отображения состояния линии Select (13). Единичное значение соответствует высокому уровню линии - сигналу о включении принтера.
SR.3 - Error - отображения состояния линии Error (15). Нулевое значение соответствует низкому уровню линии - сигналу о любой ошибке принтера.
SR.2 - PIRQ - флаг прерывания по сигналу Ack# (только для порта PS/2). Бит обнуляется, если сигнал Ack# вызвал аппаратное прерывание. Единичное значение устанавливается по аппаратному сбросу и после чтения регистра состояния.
SR - зарезервированы.

Control Register (CR) - регистр управления, адрес=BASE+2. Как и регистр данных, этот 4-битный порт вывода допускает запись и чтение (биты 0-3), но его выходной буфер обычно имеет тип "открытый коллектор". Это позволяет корректно использовать линии данного регистра как входные при программировании их в высокий уровень. Биты 0, 1, 3 инвертируются.

Назначение бит регистра управления:

CR - зарезервированы.
CR.5 - Direction - бит управления направлением передачи (только для портов PS/2). Запись единицы переводит порт данных в режим ввода. При чтении состояние бита не определено.
CR.4 - AcklntEn (Ack Interrupt Enable) - единичное значение разрешает прерывание по спаду сигнала на линии Ack# - сигнал запроса следующего байта.
CR.3 - Select ln - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Select ln# (17) - сигналу, разрешающему работу принтера по интерфейсу Centronics.
CR.2 - Init - нулевое значение бита соответствует низкому уровню на выходе Init# (16) - сигналу аппаратного сброса принтера.
CR.1 - Auto LF - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Auto LF# (14) - сигналу на автоматический перевод строки (LF - Line Feed) по приему байта возврата каретки (CR). Иногда сигнал и бит называют AutoFD или AutoFDXT.
CR.0 - Strobe - единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Strobe# (1) - сигналу стробирования выходных данных.

Запрос аппаратного прерывания (обычно IRQ7 или IRQ5) вырабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выводе 10 разъема интерфейса (Ack#) при установке CR.4=1. Во избежание ложных прерываний контакт 10 соединен резистором с шиной +5 В. Прерывание вырабатывается, когда принтер подтверждает прием предыдущего байта. Как уже было сказано, BIOS это прерывание не использует и не обслуживает.

Процедура вывода байта по интерфейсу Centronics включает следующие шаги (в скобках приведено требуемое количество шинных операций процессора):

Вывод байта в регистр данных (1 цикл IOWR#).
Ввод из регистра состояния и проверка готовности устройства (бит SR.7 - сигнал Busy). Этот шаг зацикливается до получения готовности или до срабатывания программного тайм-аута (минимум 1 цикл IORD#).
По получении готовности выводом в регистр управления устанавливается строб данных, а следующим выводом строб снимается (2 цикла IOWR#). Обычно, чтобы переключить только один бит (строб), регистр управления предварительно считывается, что добавляет еще один цикл IORD#.

Видно, что для вывода одного байта требуется 4-5 операций ввода/вывода с регистрами порта (в лучшем случае, когда готовность обнаружена по первому чтению регистра состояния). Отсюда вытекает главный недостаток вывода через стандартный порт - невысокая скорость обмена при значительной загрузке процессора. Порт удается разогнать до скоростей 100-150 Кбайт/с при полной загрузке процессора, что недостаточно для печати на лазерном принтере. Другой недостаток - функциональный - сложность использования в качестве порта ввода.

Стандартный порт асимметричен - при наличии 12 линий (и бит), нормально работающих на вывод, на ввод работают только 5 линий состояния. Если необходима симметричная двунаправленная связь, на всех стандартных портах работоспособен режим полубайтного обмена - Nibble Mode. В этом режиме, называемом также Hewlett Packard Bitronics, одновременно передаются 4 бита данных, пятая линия используется для квитирования. Таким образом, каждый байт передается за два цикла, а каждый цикл требует по крайней мере 5 операций ввода/вывода.

1.1.3. Расширения параллельного порта

Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2.

Двунаправленный порт 1 (Type 1 parallel port) -интерфейс, введенный в PS/2. Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном режиме. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит CR.5:0 - буфер данных работает на вывод, 1 - на ввод. Не путайте этот порт, называемый также enhanced bidirectional, с ЕРР. Данный тип порта прижился и в обычных компьютерах.

Порт с прямым доступом к памяти (Type 3 DMA parallelport) применялся в PS/2 моделей 57, 90, 95. Был введен для повышения пропускной способности и разгрузки процессора при выводе на принтер. Программе, работающей с портом, требовалось только задать в памяти блок данных, подлежащих выводу, а затем вывод по протоколу Centronics производился без участия процессора.

Позже появились другие адаптеры LPT-портов, реализующие протокол обмена Centronics аппаратно - Fast Centronics. Некоторые из них использовали FIFO-буфер данных - Parallel Port FIFO Mode. He будучи стандартизованными, такие порты разных производителей требовали использования собственных специальных драйверов. Программы, использующие прямое управление регистрами стандартных портов, не умели более эффективно их использовать. Такие порты часто входили в состав мультикарт VLB. Существуют их варианты с шиной ISA, в том числе встроенные.

1.2. Стандарт IEEE 1284

Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, определяет порты SPP, ЕРР и ЕСР. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через параллельный порт:

Режим совместимости (Compatibility Mode) - однонаправленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим соответствует стандартному порту SPP.
Полубайтный режим (Nibble Mode) - ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых адаптерах.
Байтный режим (Byte Mode) - ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi-Directional или PS/2 Type 1).
Режим ЕРР (Enhanced Parallel Port) (EPP Mode) - двунаправленный обмен данными. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту. Эффективен при работе с устройствами внешней памяти и адаптерами локальных сетей.
Режим ЕСР (Extended Capability Port) (ECP Mode) - двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров.

В компьютерах с LPT-портом на системной плате режим - SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация - задается в BIOS Setup. Режим совместимости полностью соответствует стандартному порту SPP. Остальные режимы подробно рассмотрены ниже.

1.2.1. Физический и электрический интерфейсы

Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и передатчиков сигналов. Спецификации стандартного порта не задавали типов выходных схем, предельных значений величин нагрузочных резисторов и емкости, вносимой цепями и проводниками. На относительно невысоких скоростях обмена разброс этих параметров не вызывал проблем совместимости. Однако расширенные (функционально и по скорости передачи) режимы

требуют четких спецификаций. IEEE 1284 определяет два уровня интерфейсной совместимости. Первый уровень (Level I) определен для устройств медленных, но использующих смену направления передачи данных. Второй уровень (Level II) определен для устройств, работающих в расширенных режимах, с высокими скоростями и длинными кабелями. К передатчикам предъявляются следующие требования:

Уровни сигналов без нагрузки не должны выходить за пределы -0,5... +5,5 В.
Уровни сигналов при токе нагрузки 14 мА должны быть не ниже +2,4 В для высокого уровня (Vон) и не выше +0,4 В для низкого уровня (Vol) на постоянном токе.
Выходной импеданс Ro, измеренный на разъеме, должен составлять 50±5 Ом на уровне Voh~Vol. Для обеспечения заданного импеданса используют последовательные резисторы в выходных цепях передатчика. Согласование импеданса передатчика и кабеля снижает уровень импульсных помех.
Скорость нарастания (спада) импульса должна находиться в пределах 0,05-0,4 В/нс.

Требования к приемникам:

Допустимые пиковые значения сигналов -2,0...+7,0 В.
Пороги срабатывания должны быть не выше 2,0 В (Vh) для высокого уровня и не ниже 0,8 В (Vl) для низкого.
Приемник должен иметь гистерезис в пределах 0,2...1,2 В (гистерезисом обладают специальные микросхемы — ).
Входной ток микросхемы (втекающий и вытекающий) не должен превышать 20 мкА, входные линии соединяются с шиной питания +5 В резистором 1,2 кОм.
Входная емкость не должна превышать 50 пФ.

Когда появилась спецификация ЕСР, фирма Microsoft рекомендовала применение динамических терминаторов на каждую линию интерфейса. Однако в настоящее время следуют спецификации IEEE 1284, в которой динамические терминаторы не применяются. Рекомендованные схемы входных, выходных и двунаправленных цепей приведены на рис. 1.2.

Стандарт IEEE 1284 определяет три типа используемых разъемов. Типы A (DB-25) и В (Centronics-36) используются в традиционных кабелях подключения принтера, тип С - новый малогабаритный 36-контактный разъем.

Рис. 1.2. Оконечные цепи линий интерфейса IEEE 1284:

а - однонаправленных, б - двунаправленных

Традиционные интерфейсные кабели имеют от 18 до 25 проводов, в зависимости от числа проводников цепи GND. Эти проводники могут быть как перевитыми, так и нет. К экранированию кабеля жестких требований не предъявлялось. Такие кабели вряд ли будут надежно работать на скорости передачи 2 Мбайт/с и при длине более 2 м. Стандарт IEEE 1284 регламентирует свойства кабелей. Все сигнальные линии должны быть перевитыми с отдельными обратными (общими) проводами.

Каждая пара должна иметь импеданс 62±б Ом в частотном диапазоне 4-16 МГц.
Уровень перекрестных помех между парами не должен превышать 10%.
Кабель должен иметь экран (фольгу), покрывающий не менее 85% внешней поверхности. На концах кабеля экран должен быть окольцован и соединен с контактом разъема.

Кабели, удовлетворяющие этим требованиям, маркируются надписью "lEEEStd 1284-1994 Compliant". Они могут иметь длину до 10 метров, обозначения типов приведены в табл. 1.3.

1.2.2. Режимы передачи данных

IEEE 1284 определяет пять режимов обмена, один из которых полностью соответствует стандартному выводу по протоколу Centronics. Стандарт определяет способ, по которому ПО может определить режим, доступный и хосту (PC), и ПУ (или присоединенному второму компьютеру). Режимы нестандартных портов, реализующих протокол обмена Centronics аппаратно (Fast Centronics, Parallel Port FIFO Mode), могут и не являться режимами IEEE 1284, несмотря на наличие в них черт ЕРР и ЕСР.

При описании режимов обмена фигурируют следующие понятия:

Хост - компьютер, обладающий параллельным портом.
ПУ - периферийное устройство, подключаемое к этому порту.
Ptr - в обозначениях сигналов обозначает передающее ПУ.
Прямой канал - канал вывода данных от хоста в ПУ.
Обратный канал - канал ввода данных в хост из ПУ.

Полубайтный режим ввода - Nibble Mode

Предназначен для двунаправленного обмена. Может работать на всех стандартных портах. Порты имеют 5 линий ввода состояния, используя которые ПУ может посылать в хост байт тетрадами (nibble - полубайт, 4 бита) за два приема. Сигнал Ack#, вызывающий прерывание, которое может использоваться в данном режиме, соответствует биту 6 регистра состояния, что усложняет программные манипуляции с битами при сборке байта. Сигналы порта приведены в табл. 1.4, временные диаграммы - на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Прием данных в полубайтном режиме

Прием байта данных в полубайтном режиме состоит из следующих фаз:

ПУ в ответ помещает тетраду на входные линии состояния.
ПУ сигнализирует о готовности тетрады установкой низкого уровня на линии PtrClk.
Хост устанавливает высокий уровень на линии HostBusy, указывая на занятость приемом и обработкой тетрады.
Шаги 1-5 повторяются для второй тетрады, после чего ПУ может сигнализировать о наличии данных для хоста (Selekt) и занятости прямого канала (Busy); вызывать прерывание (ACK).

Контакт	Сигнал SPP	I/O	Бит	Описание
14	AutoFeed#	O	CR.1\	HostBusy - сигнал квитирования. Низкий уровень означает готовность к приему тетрады, высокий подтверждает прием тетрады
17	Selectln#	O	CR.3\
10	Ack#	I	SR.6	PtrClk. Низкий уровень означает готовность тетрады, высокий - ответ на сигнал HostBusy
11	Busy	I	SR.7	Прием бита данных 3, затем бита 7
12	РЕ	I	SR.5	Прием бита данных 2, затем бита 6
13	Sdect	I	SR.4	Прием бита данных 1, затем бита 5
15	Error#	I	SR.3	Прием бита данных 0, затем бита 4

Полубайтный режим сильно нагружает процессор, так как сигналы CR и SR формируются программно, и поэтому поднять скорость обмена выше 50 Кбайт/с не удается. Безусловное его преимущество в том, что он работает на всех портах. Его применяют в тех случаях, когда поток данных невелик (например, для связи с принтерами). Однако при связи с адаптерами локальных сетей, внешними дисковыми накопителями и CD-ROM прием больших объемов данных требует изрядного терпения со стороны пользователя.

Двунаправленный байтный режим - Byte Mode

В данном режиме данные принимаются с использованием двунаправленного порта, у которого выходной буфер данных может отключаться установкой бита С/?.5=1. Как и предыдущие, режим является программно-управляемым - все сигналы квитирования анализируются и устанавливаются драйвером. Сигналы порта описаны в табл. 1.5, временные диаграммы - на рис. 1.4.

Контакт	Сигнал SPP	Имя в байтном режиме	I/O	Бит	Описание
1	Strobe#	HostClk	O	CR.0\	Импульс (низкого уровня) подтверждает прием байта в конце каждого цикла
14	AutoFeed#	HostBusy	O	CR.1\	Сигнал квитирования. Низкий уровень означает готовность хоста принять байт; высокий уровень устанавливается по приему байта
17	Selectln#	1284Active	O	CR.3\	Высокий уровень указывает на обмен в режиме IEEE 1284 (в режиме SPP уровень низкий)
16	Init#	Init#	O	CR.2	Не используется; установлен высокий уровень
10	Ack#	PtrClk	I	SR.6	Устанавливается в низкий уровень для индикации действительности данных на линиях Data . Низкий уровень устанавливается в ответ на сигнал HostBusy
11	Busy	PtrBusy	I	SR.7\	Состояние занятости прямого канала
12	PE	AckDataReq*	1	SR.5
13	Select	Xflag*	I	SR.4	Флаг расширяемости
15	Error#	DataAvail#*	I	SR.2	Устанавливается ПУ для указания на наличие обратного канала передачи
2-9	Data	Data	I/O	DR	Двунаправленный (прямой и обратный) канал данных

Рис. 1.4. Прием данных в байтном режиме

Фазы приема байта данных:

Хост сигнализирует о готовности приема данных установкой низкого уровня на линии HostBusy.
ПУ в ответ помещает байт данных на линии Data .
ПУ сигнализирует о действительности байта установкой низкого уровня на линии PtrClk.
Хост устанавливает высокий уровень на линии HostBusy, указывая на занятость приемом и обработкой байта.
ПУ отвечает установкой высокого уровня на линии PtrClk.
Хост подтверждает прием байта импульсом HostClk.
Шаги 1-6 повторяются для каждого следующего байта.

Побайтный режим позволяет поднять скорость обратного канала до скорости прямого канала в стандартном режиме. Однако он может работать только на двунаправленных портах.

Режим ЕРР

Протокол ЕРР (Enhanced Parallel Port - улучшенный параллельный порт) был разработан компаниями Intel, Xircom и Zenith Data Systems задолго до принятия IEEE 1284. Он предназначен для повышения производительности обмена по параллельному порту. ЕРР был реализован в чипсете Intel 386SL (микросхема 82360) и впоследствии принят множеством компаний как дополнительный протокол параллельного порта. Версии протокола, реализованные до принятия IEEE 1284, отличаются от нынешнего стандарта (см. далее).

Протокол ЕРР обеспечивает четыре типа циклов обмена:

запись данных;
чтение данных;
запись адреса;
чтение адреса.

Назначение циклов записи и чтения данных очевидно. Адресные циклы используются для передачи адресной, канальной и управляющей информации. Циклы обмена данными отличаются от адресных циклов применяемыми стробирующими сигналами. Назначение сигналов порта ЕРР и их связь с сигналами SPP объясняются в табл. 1.6.

Контакт	Сигнал SPP	Имя в ЕРР	I/O	Описание
1	Strobe"	Write#	O	Низкий уровень - цикл записи, высокий - цикл чтения
14	AutoLF#	DataStb#	O	Строб данных. Низкий уровень устанавливается в циклах передачи данных
17	Selecting	AddrStbft	O	Строб адреса. Низкий уровень устанавливается в адресных циклах
16	Init#	Reset#	O	Сброс (низким уровнем ПУ переводится в режим совместимости)
10	Ack#	INTR#	I	Прерывание от ПУ
11	Busy	Wait#	I	Сигнал квитирования. Низкий уровень разрешает начало цикла (установку строба в низкий уровень), переход в высокий - разрешает завершение цикла (снятие строба)
2-9	Data	AD	I/O	Двунаправленная шина адреса/данных
12	PaperEnd	AckDataReq*	I
13	Select	Xflag*	I	Используется по усмотрению разработчика периферии
15	Error#	DataAvail#*	I	Используется по усмотрению разработчика периферии

* Сигналы действуют в последовательности согласования (см. далее).

ЕРР-порт имеет расширенный набор регистров (табл. 1.7), который занимает в пространстве ввода/вывода 5-8 смежных байт.

Имя регистра	Смещение	Режим	R/W	Описание
SPP Data Port	+0	SPP/EPP	W	Регистр данных SPP
SPP Status Port	+1	SPP/EPP	R	Регистр состояния SPP
SPP Control Port	+2	SPP/EPP	W	Регистр управления SPP
EPP Address Port	+3	EPP	R/W	Регистр адреса EPP. Чтение или запись в него генерирует связанный цикл чтения или записи адреса EPP
EPP Data Port	+4	EPP	R/W	Регистр данных EPP. Чтение (запись) генерирует связанный цикл чтения (записи) данных EPP
Not Defined	+5...+7	EPP	N/A	В некоторых контроллерах могут использоваться для 16-/32-битных операций ввода/вывода

В отличие от программно-управляемых режимов, описанных ранее, внешние сигналы EPP-порта для каждого цикла обмена формируются аппаратно по одной операции записи или чтения в регистр порта. На рис. 1.5 приведена диаграмма цикла записи данных, иллюстрирующая внешний цикл обмена, вложенный в цикл записи системной шины процессора (иногда эти циклы называют связанными). Адресный цикл записи отличается от цикла данных только стробом внешнего интерфейса.

Цикл записи данных состоит из следующих фаз:

Программа выполняет цикл вывода (IOWR#) в порт 4 (EPP Data Port).
Адаптер устанавливает сигнал Write* (низкий уровень), и данные помещаются на выходную шину LPT-порта.
При низком уровне Wait# устанавливается строб данных.
Порт ждет подтверждения от ПУ (перевода Wait# в высокий уровень).
Снимается строб данных - внешний ЕРР-цикл завершается.
Завершается процессорный цикл вывода.
ПУ устанавливает низкий уровень Wait#, указывая на возможность начала следующего цикла.

Рис. 1.5. Цикл записи данных ЕРР

Пример адресного цикла чтения приведен на рис. 1.6. Цикл чтения данных отличается только применением другого стробирующего сигнала.

Рис. 1.6. Адресный цикл чтения ЕРР

Естественно, ПУ не должно "подвешивать" процессор на шинном цикле обмена. Это гарантирует механизм тайм-аутов PC, который принудительно завершает любой цикл обмена, длящийся более 15 мкс. В ряде реализации ЕРР за тайм-аутом интерфейса следит сам адаптер - если ПУ не отвечает в течение определенного времени (5 мкс), цикл прекращается и в дополнительном (не стандартизованном) регистре состояния адаптера фиксируется ошибка.

Устройства с интерфейсом ЕРР, разработанные до принятия IEEE 1284, отличаются началом цикла: строб DataStb# или AddrStb# устанавливается независимо от состояния WAIT#. Это означает, что ПУ не может задержать начало следующего цикла (хотя может растянуть его на требуемое время). Такая спецификация называется ЕРР 1.7 (предложена Xircom). Именно она применялась в контроллере 82360. Периферия, совместимая с ЕРР 17, будет нормально работать и с контроллером ЕРР 1284, но периферия в стандарте ЕРР 1284 может отказаться работать с контроллером ЕРР 1.7.

С программной точки зрения контроллер EРР-порта выглядит просто (см. табл. 1.7). К трем регистрам стандартного порта, имеющим смещение 0, 1 и 2 относительно базового адреса порта, добавлены два регистра (ЕРР Address Port и ЕРР Data Port), чтение и запись в которые вызывает генерацию связанных внешних циклов.

Назначение регистров стандартного порта сохранено для совместимости fPP-порта с ПУ и ПО, рассчитанными на применение программно-управляемого обмена. Поскольку сигналы квитирования адаптером вырабатываются аппаратно, при записи в регистр управления СП биты 0, 1 и 3, соответствующие сигналам Strobeft, AutoFeed# и Selecting должны иметь нулевые значения. Программное вмешательство могло бы нарушить последовательность квитирования. Некоторые адаптеры имеют специальные средства защиты (ЕРР Protect), при включении которых программная модификация этих бит блокируется.

Использование регистра данных ЕРР позволяет осуществлять передачу блока данных с помощью одной инструкции REP INSB или REP OUTSB. Некоторые адаптеры допускают 16-/ 32-битное обращение к регистру данных ЕРР. При этом адаптер просто дешифрует адрес со смещением в диапазоне 4-7 как адрес регистра данных ЕРР, но процессору сообщает о разрядности 8 бит. Тогда 16- или 32-битное обращение по адресу регистра данных ЕРР приведет к автоматической генерации двух или четырех шинных циклов по нарастающим адресам, начиная со смещения 4. Эти циклы будут выполняться быстрее, чем то же количество одиночных циклов. Таким образом обеспечивается производительность до 2 Мбайт/с, достаточная для адаптеров локальных сетей, внешних дисков, стриммеров и CD-ROM. Адресные циклы ЕРР всегда выполняются только в однобайтном режиме.

Важной чертой ЕРР является то, что обращение процессора к ПУ осуществляется в реальном времени - нет буферизации. Драйвер способен отслеживать состояние и подавать команды в точно известные моменты времени. Циклы чтения и записи могут чередоваться в произвольном порядке или идти блоками. Такой тип обмена удобен для регистроориентированных ПУ или ПУ, работающих в реальном времени, - сетевых адаптеров, устройств сбора информации и управления и т. п.

Режим ЕСР

Протокол ЕСР (Extended Capability Port - порт с расширенными возможностями) был предложен Hewlett Packard и Microsoft для связи с ПУ типа принтеров или сканеров. Как и ЕРР, данный протокол обеспечивает высокопроизводительный двунаправленный обмен данными хоста с ПУ.

Протокол ЕСР в обоих направлениях обеспечивает два типа циклов:

циклы записи и чтения данных;
командные циклы записи и чтения.

Командные циклы подразделяются на два типа: передачу канальных адресов и передачу счетчика RLC (Run-Length Count).

В отличие от ЕРР, вместе с протоколом ЕСР сразу появился стандарт на программную (регистровую) модель его адаптера, изложенный в документе "The IEEE 1284 Extended Capabilities Port Protocol and ISA Interface Standard" компании Microsoft. Этот документ определяет свойства протокола, не заданные стандартом IEEE 1284:

компрессию данных хост-адаптером по методу RLE;
буферизацию FIFO для прямого и обратного каналов;
применение DMA и программного ввода/вывода.

Компрессия в реальном времени по методу RLE (Run-Length Encoding) позволяет достичь коэффициента сжатия 64:1 при передаче растровых изображений, которые имеют длинные строки повторяющихся байт. Компрессию можно использовать, только если ее поддерживает и хост, и ПУ.

Канальная адресация ЕСР применяется для адресации множества логических устройств, входящих в одно физическое. Например, в комбинированном устройстве факс/принтер/модем, подключаемом только к одному параллельному порту, возможен одновременный прием факса и печать на принтере. В режиме SPP, если принтер установит сигнал занятости, канал будет занят данными, пока принтер их не примет. В режиме ЕСР программный драйвер просто адресуется к другому логическому каналу того же порта.

Протокол ЕСР переопределяет сигналы SPP (табл. 1.8).

Контакт	Сигнал SPP	Имя в ЕСР	I/O	Описание
1	Strobe#	HostClk	O	Используется в паре с PeriphAck для передачи в прямом направлении (вывод)
14	AutoLF#	HostAck	O	Указывает тип цикла (команда/данные) при передаче в прямом направлении. Используется в паре с PeriphClk для передачи в обратном направлении
17	Selecting	1284Active	O	Высокий уровень указывает на обмен в режиме IEEE 1284 (в режиме SPP уровень низкий)
16	Init#	ReverseRequest*	O	Низкий уровень переключает канал на передачу в обратном направлении
10	Ack#	PeriphQk	I	Используется в паре с HostAck для передачи в обратном направлении
11	Busy	PeriphAck	I	Используется в паре с HostClk для передачи в обратном направлении. Индицирует тип команда/ данные при передаче в обратном направлении
12	PaperEnd	AckReverse#	I	Переводится в низкий уровень как подтверждение сигналу ReverseRequest#
13	Select	Xflag*	I	Флаг расширяемости
15	Error#	PeriphRequest#*	I	Устанавливается ПУ для указания на доступность (наличие) обратного канала передачи*
2-9	Data	Data	I/O	Двунаправленный канал данных

* Сигналы действуют в последовательности согласования (см. далее).

Адаптер ЕСР тоже генерирует внешние протокольные сигналы квитирования аппаратно, но его работа существенно отличается от режима ЕРР.

На рис. 1.7а приведена диаграмма двух циклов прямой передачи: за циклом данных следует командный цикл. Тип цлкла задается уровнем на линии HostAck: в цикле данных - высокий, в командном цикле - низкий. В командном цикле байт может содержать канальный адрес или счетчик RLE. Отличительным признаком является бит 7 (старший): если он нулевой, то биты 0-6 содержат счетчик RLE (0-127), если единичный - то канальный адрес. На рис. 1.76 показана пара циклов обратной передачи.

Рис. 1.7. Передача в режиме ЕСР: a - прямая, б - обратная

В отличие от диаграмм обмена ЕРР, на рис. 1.7 не приведены сигналы циклов системной шины процессора. В данном режиме обмен программы с ПУ разбивается на два относительно независимых процесса, которые связаны через FIFO буфер. Обмен драйвера с FIFO-буфером может осуществляться с использованием как DMA, так и программного ввода-вывода. Обмен ПУ с буфером аппаратно выполняет адаптер ЕСР. Драйвер в режиме ЕСР не имеет информации о точном состоянии процесса обмена, но здесь обычно важно только то, завершен он или нет.

Прямая передача данных на внешнем интерфейсе состоит из следующих шагов:

Хост помещает данные на шину канала и устанавливает признак цикла данных (высокий уровень) или команды (низкий уровень) на линии HostAck.
Хост устанавливает низкий уровень на линии HostClk, указывая на действительность данных.
ПУ отвечает установкой высокого уровня на линии PeriphAck.
Хост устанавливает высокий уровень линии HostClk, и этот перепад может использоваться для фиксации данных в ПУ.
ПУ устанавливает низкий уровень на линии PeriphAck для указания на готовность к приему следующего байта.

Поскольку передача в ЕСР происходит через FIFO-буферы, которые могут присутствовать на обеих сторонах интерфейса, важно понимать, на каком этапе данные можно считать переданными. Данные считаются переданными на шаге 4, когда линия HostClk переходит в высокий уровень. В этот момент модифицируются счетчики переданных и принятых байт. В протоколе ЕСР есть условия, вызывающие прекращение обмена между шагами 3 и 4. Тогда эти данные не должны рассматриваться как переданные.

Из рис. 1.7 видно и другое отличие ЕСР от ЕРР. Протокол ЕРР позволяет драйверу чередовать циклы прямой и обратной передачи, не запрашивая подтверждения на смену направления. В ЕСР смена направления должна быть согласована: хост запрашивает реверс установкой ReverseRequest#, после чего он должен дождаться подтверждения сигналом AckReverse#. Поскольку предыдущий цикл мог выполняться по прямому доступу, драйвер должен дождаться завершения прямого доступа или прервать его, выгрузить буфер FIFO, определив точное значение счетчика переданных байт, и только после этого запрашивать реверс.

Обратная передача данных состоит из следующих шагов:

Хост запрашивает изменение направления канала, устанавливая низкий уровень на линии ReverseRequest#.
ПУ разрешает смену направления установкой низкого уровня на линии AckReverse#.
ПУ помещает данные на шину канала и устанавливает признак цикла данных (высокий уровень) или команды (низкий уровень) на линии PeriphAck.
ПУ устанавливает низкий уровень на линии PeriphClk, указывая на действительность данных.
Хост отвечает установкой высокого уровня на линии HostAck.
ПУ устанавливает высокий уровень линии PeriphClk; этот перепад может использоваться для фиксации данных хостом.
Хост устанавливает низкий уровень на линии HostAck для указания на готовность к приему следующего байта.

Режимы и регистры ЕСР - порта *

* Этот режим не входит в спецификацию Microsoft, но трактуется как EPP контроллером SMC FDC37C665/666 и многими другими.

Программный интерфейс и регистры ЕСР для адаптеров IEEE 1284 определяет спецификация Microsoft. Определены режимы (табл. 1.9), в которых может функционировать адаптер. Они задаются полем Mode регистра ECR (биты ).

Регистровая модель адаптера ЕСР (табл. 1.10) использует свойства архитектуры стандартной шины и адаптеров ISA - для дешифрации адресов портов ввода/вывода задействуются только 10 младших линий шины адреса. Поэтому, например, обращения по адресам Port, Port+400h, Port+800h... будут восприниматься как обращения к адресу Port, лежащему в диапазоне 0-3FFh. Современные PC и адаптеры декодируют большее количество адресных бит, поэтому обращения по адресам 0378h и 0778h будет адресованы двум различным регистрам. Помещение дополнительных регистров ЕСР "за спину" регистров стандартного порта (смещение 400-402h) преследует две цели. Во-первых, эти адреса никогда не использовались традиционными адаптерами и их драйверами, и их применение в ЕСР не приведет к сужению доступного адресного пространства ввода/вывода. Во-вторых, этим обеспечивается совместимость со старыми адаптерами на уровне режимов 000-001 и возможность определения присутствия EСР - адаптера через попытку обращения к его расширенным регистрам.

Режим	Название	Описание
000	SPPmode	Стандартный (традиционный) режим
001	Bi-directional mode	Двунаправленный порт (тип 1 для PS/2)
010	Fast Centronics	Однонаправленный с использованием FIFO и DMA
011	ECP Parallel Port mode	ECP
100	EPP Parallel Port mode*	Перевод в режим EPP
101	Зарезервировано	-
110	Test mode	Тестирование работы FIFO и прерываний
111	Configuration mode	Доступ к конфигурационным регистрам

Каждому режиму ECP соответствуют (и доступны) свои функциональные регистры. Переключение режимов осуществляется записью в регистр ECR. "Дежурными" режимами, включаемыми по умолчанию, являются 000 или 001. В любом из них работает полубайтный режим ввода. Из этих режимов всегда можно переключиться в любой другой, но из старших режимов (010-111) переключение возможно только в 000 или 001. Для корректной работы интерфейса перед выходом из старших режимов необходимо дождаться завершения обмена по прямому доступу и очистки FIFO-буфера.

В режиме 000 (SPP) порт работает как стандартный однонаправленный программно-управляемый SPP.

В режиме 001 (Bi-Di PS/2) порт работает как двунаправленный порт PS/2 типа 1. От режима 000 отличается возможностью реверса канала данных по биту CR.5.

Режим 010(Fast Centronics) предназначен только для высокопроизводительного вывода через FIFO-буфер с использованием DMA. Сигналы квитирования по протоколу Ceritromcs вырабатываются аппаратно. Сигнал запроса прерывания вырабатывается по состоянию FIFO-буфера, но не по сигналу Аск# (запрос одиночного байта "не интересует" драйвер быстрого блочного вывода).

Режим 011 является собственно режимом ЕСР, описанным ранее. Поток данных и команд, передаваемых в ПУ, помещается в FIFO-буфер через регистры ECPDFIFO и ECPAFIFO соответственно. Из FIFO они выводятся с соответствующим признаком цикла (состояние линии HostAck). Принимаемый поток данных от ПУ извлекается из FIFO-буфера через регистр ECPDFIFO. Получение адреса в командном цикле от ПУ не предусматривается. Обмен с регистром ECPDFIFO может производиться и по каналу DMA.

Компрессия по методу RLE при передаче выполняется программно. Для передачи подряд более двух одинаковых байт данных в регистр ECPAFIFO записывается байт, у которого младшие 7 бит содержат счетчик RLC (значение RLC=127 соответствует 128 повторам), а старший бит нулевой. После этого в ECPDFIFO записывается сам байт. Отсюда очевидно, что вывод данных с одновременным использованием компрессии и DMA невозможен. Принимая эту пару байт (командный байт и байт данных), ПУ осуществляет декомпрессию. При приеме потока от ПУ адаптер ЕСР декомпрессию осуществляет аппаратно и в FIFO-буфер помещает уже декомпрессированные данные.

Режим 100 (ЕРР) - один из способов включения режима ЕРР.

Режим 110 (Test Mode) предназначен для тестирования взаимодействия FIFO и прерываний. Данные могут передаваться в/из регистра TFIFO с помощью DMA или программным способом. На внешний интерфейс обмен не воздействует. Адаптер отрабатывает операции вхолостую на максимальной скорости интерфейса (как будто сигналы квитирования приходят без задержек). Адаптер следит за состоянием буфера и по мере необходимости вырабатывает сигналы запроса прерывания. Таким образом программа может определить максимальную пропускную способность канала.

Режим 111 (Configuration mode) предназначен для доступа к конфигурационным регистрам. Выделение режима защищает адаптер и протокол от некорректных изменений конфигурации в процессе обмена.

Смещение	Имя	R/W	Режимы ЕСР*	Название
000	DR	R/W	000-001	Data Register
000	ECPAF1FO	R/W	011	ЕСР Address FIFO
001	SR	R/W	Все	Status Register
002	CR	R/W	Все	Control Register
400	SDFIFO	R/W	010	Parallel Pwt Data FIFO
400	ECPDFIFO	R/W	011	ЕСР Data FIFO
400	TFIFO	R/W	110	Test FIFO
400	CNFGA	R	111	Configuration Register A
401	CNFGB	R/W	111	Configuration Register В
402	ECR	R/W	Все	Extended Control Register

* Регистры доступны только в указанных режимах (режим задается битами 7-5 регистра ECR).

Регистр данных DR используется для передачи данных только в программно-управляемых режимах (000 и 001).

Регистр состояния SR передает значение сигналов на соответствующих линиях (как в SPP ).

Регистр управления CR имеет назначение бит, совпадающее с SPP. В режимах 010, 011 запись в биты 0, 1 (сигналы AutoLF# и Strobe#) игнорируется.

Регистр ECPAFIFO служит для помещения информации командных циклов (канального адреса или счетчика RLE, в зависимости от бита 7) в FIFO-буфер. Из буфера информация будет выдана в командном цикле вывода.

Регистр SDFIFO используется для передачи данных в режиме 010. Данные, записанные в регистр (или посланные по каналу DMA), передаются через буфер FIFO по реализованному аппаратно протоколу Centronics. При этом должно быть задано прямое направление передачи (бит CR.5=0).

Регистр DFIFO используется для обмена данными в режиме 011 (ЕСР). Данные, записанные в регистр или считанные из него (или переданные по каналу DMA), передаются через буфер FIFO по протоколу ЕСР.

Регистр TFIFO обеспечивает механизм тестирования FIFO - буфера в режиме 110.

Регистр ECPCFGA позволяет считывать информацию об адаптере (идентификационный код в битах ).

Регистр ECPCFGB хранит информацию, необходимую драйверу. Запись в регистр не влияет на работу порта.

Регистр ECR - главный управляющий регистр ЕСР.

Назначение бит регистра ECR:

ECR -ЕСР MODE - задает режим ЕСР.
ECR.4 - ERRINTREN^t (Error Interrupt Disable) - запрещает прерывания по сигналу Error# (при нулевом значении бита по отрицательному перепаду на этой линии вырабатывается запрос прерывания).
ECR.3 - DMAEN (DMA Enable) - разрешает обмен по каналу DMA.
ECR.2 - SERVICEINTR (Service Interrupt) - запрещает сервисные прерывания, которые вырабатываются по окончании цикла DMA (если он разрешен), по порогу заполнения/опустошения FIFO-буфера (если не используется DMA) и по ошибке переполнения буфера сверху или снизу.
ECR.1 - FIFOFS (FIFO Full Status) - сигнализирует о заполнении буфера; при FIFOFS=1 в буфере нет ни одного свободного байта.
ECR.0 - FIFOES (FIFO Empty Status) - указывает на полное опустошение буфера; комбинация FIFOFS=FIFOES=i означает ошибку работы с FIFO (переполнение сверху или снизу).

По интерфейсу с программой ECP-порт напоминает ЕРР: после установки режима (записи кода в регистр ECR) обмен данными с устройством сводится к чтению или записи в соответствующие регистры. За состоянием FIFO-буфера наблюдают либо по регистру ECR, либо по обслуживанию сервисных прерываний от порта. Весь протокол квитирования генерируется адаптером аппаратно. Обмен данными с ЕСР - портом (кроме явного программного) возможен и по прямому доступу к памяти (каналу DMA), что эффективно при передаче больших блоков данных.

1.2.3. Согласование режимов IEEE 1284

ПУ в стандарте IEEE 1284 обычно не требуют от контроллера реализации всех режимов, предусмотренных стандартом. Для определения режимов и методов управления конкретным устройством стандарт предусматривает последовательность согласования (negotiation sequence). Последовательность построена так, что старые устройства, не рассчитанные на применение IEEE 1284, на нее не ответят, и контроллер останется в стандартном режиме. Периферия IEEE 1284 может сообщить о своих возможностях, и контроллер установит режим, удовлетворяющий и хост, и ПУ.

Во время фазы согласования контроллер выставляет на линии данных байт расширяемости (extensibility byte), запрашивая подтверждение на перевод интерфейса в требуемый режим или прием идентификатора ПУ (табл. 1.11). Идентификатор передается контроллеру в запрошенном режиме (любой режим обратного канала, кроме ЕРР). ПУ использует сигнал Xflag (Select в терминах SPP) для подтверждения запрошенного режима обратного канала, кроме полубайтного. Полубайтный режим поддерживается всеми устройствами IEEE 1284. Бит Extensibility Link request послужит для определения дополнительных режимов в будущих расширениях стандарта.

Бит	Описание	Допустимые комбинации бит
7	Request Extensibility Link - зарезервирован	10000000
6	Запрос режима ЕРР	01000000
5	Запрос режима ЕСР с RLE	00110000
4	Запрос режима ЕСР без RLE	00010000
3	Зарезервировано	00001000
2	Запрос идентификатора устройства с ответом в режиме:
	полубайтный	00000100
	байтный	00000101
	ЕСР без RLE	00010100
	ЕСР с RLE	0011 0100
1	Зарезервировано	00000010
0	Запрос полубайтного режима	00000001
none	Запрос байтного режима	00000000

Последовательность согласования (рис. 1.8) состоит из следующих шагов:

Хост выводит байт расширяемости на линии данных.
Хост устанавливает высокий уровень сигнала Selecting и низкий - AutoFeed#, что означает начало последовательности согласования.
ПУ отвечает установкой низкого уровня сигнала Ack# и высокого - Errorft, PaperEnd и Select. Устройство, "не понимающее" стандарта 1284, ответа не даст, и дальнейшие шаги не выполнятся.
Хост устанавливает низкий уровень сигнала Strobe# для записи байта расширяемости в ПУ.
Хост устанавливает высокий уровень сигналов Strobeft и AutoLF#.
ПУ отвечает установкой в низкий уровень сигналов PaperEnd и Еггог^, если ПУ имеет обратный канал передачи данных. Если запрошенный режим поддерживается устройством, на линии Select устанавливается высокий уровень, если не поддерживается - низкий.
ПУ устанавливает высокий уровень на линии Ack# для указания на завершение последовательности согласования, после чего контроллер устанавливает требуемый режим работы.

Рис. 1.8. Последовательность согласования режимов IEEE 1284

1.2.4. Развитие стандарта IEEE 1284

Кроме основного стандарта IEEE 1284, который уже принят, в настоящее время в стадии проработки находятся новые стандарты, дополняющие его. К ним относятся:

IEEE Р1284.1 "Standard for Information Technology for Transport Independent Printer/ Scanner Interface (TIP/SI)". Этот стандарт разрабатывается для управления и обслуживания сканеров и принтеров на основе протокола NPAP (Network Printing Alliance Protocol).
IEEE P1284.2 "Standard for Test, Measurement and Conformance to IEEE Std. 1284" - стандарт для тестирования портов, кабелей и устройств на совместимость с IEEE 1284.
IEEE P12843 "Standard for Interface and Protocol Extensions to IEEE Std. 1284 Compliant Peripheral and Host Adapter Ports" - стандарт на драйверы и использование устройств прикладным программным обеспечением (ПО). Уже приняты спецификации BIOS для использования ЕРР драйверами DOS. Прорабатывается стандарт на разделяемое использование одного порта цепочкой устройств или группой устройств, подключаемых через мультиплексор.
IEEE P1284.4 "Standard for Data Delivery and Logical Channels for IEEE Std. 1284 Interfaces" направлен на реализацию пакетного протокола достоверной передачи данных через параллельный порт. Основой служит протокол MLC (Multiple Logical Channels) фирмы Hewlett- Packard, однако совместимость с ним в окончательной версии стандарта не гарантируется.

1.3. Применение параллельных интерфейсов и LPT-портов

Параллельные интерфейсы применяются в компьютерах разных семейств и классов, здесь мы ограничимся рассмотрением IBM PC-совместимых компьютеров.

1.3.1. Использование параллельных интерфейсов

Распространенным применением LPT-порта является подключение принтера и плоттера. Остановимся на аппаратных аспектах - режиме порта и кабеле подключения. Практически все принтеры могут работать с портом в режиме SPP, но применение расширенных режимов дает свои преимущества:

Двунаправленный режим (Bi-Di) не повышает производительность, но служит для сообщения о состоянии и параметрах принтера.
Скоростные режимы (Fast Centronics) повышают производительность принтера, но могут потребовать качественного кабеля (см. далее). От принтера не требуется каких-либо дополнительных "интеллектуальных" способностей.
Режим ЕСР - потенциально самый эффективный, имеет системную поддержку во всех версиях Windows. На некоторых принтерах реализован не полностью (может отсутствовать аппаратная компрессия). ЕСР поддерживают принтеры HP DeskJet моделей бхх, LaserJet 4 и далее, современные модели фирмы Lexmark. Требует применения кабеля, по частотным свойствам соответствующего IEEE 1284.

Простейший вариант кабеля подключения принтера - 18-проводный кабель с неперевитыми проводами. Он используется для работы в режиме SPP. При длине более 2 м желательно, чтобы хотя бы линии Strobe# и Busy были перевиты с отдельными общими проводами. Для скоростных режимов может оказаться непригодным, причем сбои могут происходить нерегулярно и лишь при определенных последовательностях передаваемых кодов. Встречаются кабели Centronics, у которых отсутствует связь контакта 17 разъема PC с контактом 36 разъема принтера. При попытке подключения таким кабелем принтера, работающего в стандарте 1284, появится сообщение о необходимости применения "двунаправленного кабеля". Принтер не может сообщить системе о поддержке расширенных режимов, на что рассчитывают драйверы принтера.

Неплохие электрические свойства имеют ленточные кабели, у которых сигнальные цепи (управляющих сигналов) чередуются с общими проводами. Но их применение в качестве внешнего интерфейса непрактично (нет второго защитного слоя изоляции, высокая уязвимость) и неэстетично (круглые кабели смотрятся лучше).

Идеальным вариантом являются кабели, в которых все сигнальные линии перевиты с общими проводами и заключены в общий экран - то, что требует IEEE 1248. Такие кабели гарантированно работают на скоростях до 2 Мбайт/с, их длина может достигать 10 м.

В табл. 1.12 приводится распайка кабеля подключения принтера с разъемом XI типа A (DB25-P) со стороны PC и Х2 типа В (Centronics-36) или типа С (миниатюрный) со стороны принтера. Использование общих проводов (GND) зависит от качества кабеля (см. выше). В простейшем случае (18-проводный кабель) все сигналы GND объединяются в один провод. Качественные кабели требуют отдельного обратного провода для каждой сигнальной линии, однако в разъемах типа А и В для этого недостаточно контактов (см. табл. 1.12, где в скобках указаны номера контактов разъема PC типа А, которым соответствуют обратные провода). В разъеме типа С обратный провод (GND) имеется для каждой сигнальной цепи; сигнальным контактам 1-17 этого разъема соответствуют контакты GND 19-35.

XI,разъем PC типа А	Сигнал	Х2, разъем PRN типа В	Х2, разъем PRN типа С
1	Strobe#	1	15
2	Data 0	2	6
3	Data 1	3	7
4	Data 2	4	8
5	Data 3	5	9
6	Data 4	6	10
7	Data 5	7	11
8	Data 6	8	12
9	Data7	9	13
10	Ack#	10	3
11	Busy	11	1
12	PaperEnd	12	5
13	Select	13	2
14	AutoLF#	14	17
15	Error*	32	4
16	lnit#	31	14
17	Selecting	36	16
18	GND(1)	19	33
19	GND (2 3)	20 21	24 25
20	GND (4 5)	22 23	26 27
21	GND (6 7)	24 25	28 29
22	GND (8 9)	26 27	30 31
23	GND (11 15)	29	19 22
24	GND (10 12 13)	28	20 21 23
25	GND (14 16 17)	30	32 34 35

Ряд отечественных (и стран бывшего СЭВ) принтеров имеет интерфейс ИРПР (IFSP в документации на принтеры ROBOTRON). Он является близким родственником интерфейса Centronics, но со следующими отличиями:

Линии данных инвертированы. Протокол квитирования несколько иной.
Ко всем входным линиям (на принтере) подключены пары согласующих резисторов: 220 Ом к питанию +5 В и 330 Ом к общему проводу. Это позволяет использовать длинные кабели, но перегружает большинство интерфейсных адаптеров PC.
Сигналы ошибки и конца бумаги отсутствуют.

Интерфейс ИРПР может быть программно реализован через обычный LPT-порт, но для устранения перегрузки выходных линий согласующие резисторы из принтера желательно удалить. Порт, перегруженный по выходу, может преподносить всякого рода сюрпризы (естественно, неприятные и трудно диагностируемые).

Для связи двух компьютеров по параллельному интерфейсу применяются различные кабели в зависимости от режимов используемых портов. Самый простой и медленный - полубайтный режим, работающий на всех портах. Для этого режима в кабеле достаточно иметь 10 сигнальных и один общий провод. Распайка разъемов кабеля приведена в табл. 1.13. Связь двух PC данным кабелем поддерживается стандартным ПО типа Interink из MS-DOS или Norton Commander.

Для машин PS/2 с двунаправленным портом фирма IBM выпускала переходное устройство в комплекте с программой Data Migration Facility. Переходник устанавливался на разъем LPT-порта PS/2, а к его разъему Х2 типа Centronics присоединялся обычный принтерный кабель, подключаемый к LPT-порту любого PC. Так предлагалось решить проблему переноса файлов со старых компьютеров, оснащенных 5" дисководами, на компьютеры PS/2 с дисководами 3,5". Распайка такого переходника приведена в табл. 1.14. Как видно, данный переходник нельзя использовать при связи через Interink или Norton Commander. Если обе соединяемые машины имеют двунаправленные порты, переходник обеспечивает симметричную двунаправленную связь. По скорости обмена превосходит вышеописанное полубайтное соединение в 2 раза. Это соединение не соответствует двунаправленному режиму IEEE 1284.

XI, разъем РС#1		Х2, разъем РС#2
Бит	Контакт	Контакт	Бит
DR.O	2	15	SR.3
DR.1	3	13	SR.4
DR.2	4	12	SR.5
DR.3	5	10	SR.6
DR.4	6	11	SR.7
SR.6	10	5	DR.3
SR.7	11	6	DR.4
SR.5	12	4	DR.2
SR.4	13	3	DR.1
SR.3	15	2	DR.O
GND	18-25	18-25	GND

Разъемы XI и Х2 - DB25-P (вилки).

XI		Х2
Контакт	Бит	Бит	Контакт
1	CR.0	SR.6	10
2	DR.0	DR.0	2
3	DR.1	DR.1	3
4	DR.2	DR.2	4
5	DR.3	DR.3	5
6	DR.4	DR.4	6
7	DR.5	DR.5	7
8	DR.6	DR.6	8
9	DR.7	DR.7	9
10	SR.6	CR.0	1
12	SR.5	CR.3	36
17	CR.3	SR.5	12
18-25	GND	GND	19-30, 33

Разъемы XI - DB25-P (вилка), Х2 - Centmnics-36 (розетка).

Высокоскоростная связь двух компьютеров может выполняться и в режиме ЕСР (режим ЕРР неудобен, поскольку требует синхронизации шинных циклов ввода/вывода двух компьютеров). В табл. 1.15 приведена распайка кабеля. В отличие от предыдущих таблиц, описывающих кабели для программно-управляемых режимов, в ней приведены имена сигналов, которые аппаратно генерируются адаптерами портов. Этот же кабель может использоваться и для связи в байтном режиме. Такая связь поддерживается Windows 95.

Разъем XI		Разъем Х2
Контакт	Имя в ЕСР	Имя в ЕСР	Контакт
1	HostClk	PeriphClk	10
14	HostAck	PeriphAck	11
17	1284Active	PeriphRequest#	15
16	ReverseRequest*	AckReverse*	12
10	PeriphClk	HostClk	1
11	PeriphAck	^MostAck	14
12	AckReverse*	ReverseRequest#	16
13	Xflag	/-	-
15	PeriphRequest#	1284Active	17
2-9	Data	Data	2-9

Подключение сканера к LPT-порту эффективно, только если порт обеспечивает хотя бы двунаправленный режим (Bi-Di), поскольку основной поток - ввод. Лучше использовать порт ЕСР, если этот режим поддерживается сканером (или ЕРР, что маловероятно).

Подключение внешних накопителей (lomega Zip Drive, CD-ROM и др.), адаптеров ЛВС и других симметричных устройств ввода/вывода имеет свою специфику. В режиме SPP наряду с замедлением работы устройства заметна принципиальная асимметрия этого режима: чтение данных происходит в два раза медленнее, чем (весьма небыстрая) запись . Применение двунаправленного режима (Bi-Di или PS/2 Type 1} устранит эту асимметрию - скорости сравняются. Только перейдя на ЕРР, можно получить нормальную скорость работы. В режиме ЕРР подключение к LPT-порту почти не уступает по скорости подключению через ISA- контроллер. Это справедливо и при подключении устройств со стандартным интерфейсом шин к LPT-портам через преобразователи интерфейсов (например, LPT - IDE, LPT - SCSI, LPT - PCMCIA).

В табл. 1.16 описано назначение выводов разъема LPT-порта в различных режимах и их соответствие битам регистров стандартного порта.

Контакт	I/O	Бит*	SPP	ECP	ЕРР
1	O/I	CR.0\	Strobe#	Hostdk	Write#
2	O/I	DR.0	Data0	Data0	Data0
3	O/I	DR.1	Data1	Data1	Data1
4	O/I	DR.2	Data2	Data2	Data2
5	O/I	DR.3	Data3	Data3	Data3
6	O/I	DR.4	Data4	Data4	Data4
7	O/I	DR.5	Data5	Data5	Data5
8	O/I	DR.6	Data6	Data6	Data6
9	O/I	DR.7	Data7	Data7	Data7
10	I	SR.6	Ack#	PeriphClk	INTR#
11	I	SR.7\	Busy	PeriphAck	Wait"
12	I	SR.5	PaperEnd	AckReverse*	^*
13	I	SR.4	Select	Xflag	**
14	O/I	CR.1\	AutoLF#	HostAck	DataStb#
15	I	SR.3	Error"	PeriphRequest#	**
16	O/I	CR2	hit"	ReverseRequest*	Reset*
17	O/I	CR.3\	Selecting	1284Active	AddrStb#

* Символом "\" отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии). ** - означает "определяется пользователем".

1.3.2. Конфигурирование LPT-портов

Управление параллельным портом разделяется на два этапа - предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Оперативное переключение возможно только в пределах режимов, разрешенных при конфигурировании. Этим обеспечивается возможность согласования аппаратуры с ПО и блокирования ложных переключении, вызванных некорректными действиями программы.

Конфигурированию подлежат следующие параметры:

Базовый адрес - 3BCh, 378h или 278h. При инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом порядке и, соответственно, присваивает обнаруженным портам логические имена LPT1, LPT2, LPT3. Адрес 3BCh имеет адаптер порта, расположенный на плате MDA или HGC. Большинство портов по умолчанию конфигурируются на адрес 378h и могут переключаться на 278h.
Используемая линия запроса прерывания: для LPT - IRQ7, для LPT2 - IRQ5. Традиционно прерывания от принтера не используются, и этот дефицитный ресурс можно сэкономить. Однако при использовании скоростных режимов ЕСР (или Fast Centronics) работа через прерывания может заметно повысить производительность и снизить загрузку процессора.
Использование канала DMA для режимов ЕСР и Fast Centronics - разрешение и номер канала DMA (по умолчанию - 3).

Режимы работы порта:

SPP - порт работает только в стандартном однонаправленном программно-управляемом режиме. PS/2, он же Bi-Directional - отличается от SPP возможностью реверса канала (установкой СЯ.5=7).
Fast Centronics - аппаратное формирование протокола Centronics с использованием FIFO-буфера и, возможно, DMA.
ЕРР - в зависимости от использования регистров порт работает в режиме SPP или ЕРР.
ЕСР - по умолчанию включается в режим SPP или PS/2, записью в ECR может переводиться в любой режим ЕСР, но перевод в ЕРР записью в ECR кода 100 не гарантируется.
ЕСР+ЕРР - то же, что и ЕСР, но запись в ECR кода режима 100 переводит порт в ЕРР.

Выбор режима ЕРР, ЕСР или Fast Centronics сам по себе не приводит к повышению быстродействия обмена с подключенными ПУ, а только дает возможность драйверу и ПУ установить оптимальный режим в пределах их "разумения". Большинство современных драйверов и приложений пытаются использовать эффективные режимы, так что "подрезать им крылья" установкой простых режимов без веских оснований не стоит.

Принтеры и сканеры могут пожелать режима ЕСР. Windows (3-х, 95 и NT) имеет системные драйверы для этого режима. В среде DOS печать через ЕСР поддерживается только специальным загружаемым драйвером. Сетевые адаптеры, внешние диски и CD-ROM, подключаемые к параллельному порту, могут использовать режим ЕРР. Для этого режима специальный драйвер пока еще не применяется; использование ЕРР включается в драйвер самого подключаемого устройства.

Большинство современных ПУ, подключаемых к LPT-порту, поддерживает стандарт 1284 и РпР. Для поддержки этих функций компьютером с аппаратной точки зрения достаточно иметь контроллер интерфейса, поддерживающий стандарт 1284. Если подключаемое устройство поддерживает РпР, оно по протоколу согласования режимов 1284 способно "договориться" с портом о возможных режимах обмена. Подключенное устройство должно сообщить операционной системе (ОС) все необходимые сведения о себе - идентификатор производителя, модель и набор поддерживаемых команд. Более подробная информация может содержать идентификатор класса, подробное описание и идентификатор устройства, с которым обеспечивается совместимость. В соответствии с принятой информацией ОС может предпринять действия по установке требуемого ПО для поддержки данного устройства.

1.3.3. Неисправности и тестирование параллельных портов

Тестирование параллельных портов разумно начинать с проверки их наличия в системе. Список адресов установленных портов появляется в таблице, выводимой BIOS на экран перед загрузкой ОС. Список можно посмотреть и с помощью тестовых программ или прямо в BIOS Data Area с помощью отладчика.

Если BIOS обнаруживает меньше портов, чем установлено физически, скорее всего, двум портам присвоен один адрес. При этом работоспособность ни одного из конфликтующих портов не гарантируется: они будут одновременно выводить сигналы, но при чтении состояния конфликт на шине скорее всего приведет к искажению данных. Программное тестирование порта без диагностической заглушки (Loop Back) не покажет ошибок, поскольку при этом читаются данные выходных регистров, а они у всех конфликтующих (по отдельности исправных) портов совпадут. Именно такое тестирование производит BIOS при проверке на наличие портов. Разбираться с такой ситуацией следует, последовательно устанавливая порты и наблюдая за адресами, появляющимися в списке.

Если физически установлен только один порт, a BIOS его не обнаруживает, то либо порт отключен при конфигурировании, либо он вышел из строя (скорее всего из-за нарушений правил подключения). Иногда вам везет, и неисправность устраняется при "передергивании" платы в слоте - там возникают проблемы с контактами.

Наблюдаются и такие "чудеса" - при "теплой" перезагрузке DOS после Windows 95 порт не виден (и приложения не могут печатать из MS-DOS). Однако после повторной перезагрузки LPT порт оказывается на месте. С этим явлением легче смириться, чем бороться.

Рис. 1.9. Схема заглушки для тестирования LPT-порта: a - для программы Checkit, б - для программы Norton Diagnostics.

Большинство неприятностей при работе с LPT-портами доставляют разъемы и кабели. Для проверки порта, кабеля и принтера можно воспользоваться специальными тестами из популярных диагностических программ (Checkit, PCCheck и т. п.), а можно и попытаться вывести на принтер какой либо символьный файл.

Если вывод файла с точки зрения DOS проходит (копирование файла на устройство с именем LPTn или PRN совершается быстро и успешно), а принтер (исправный) не напечатал ни одного символа - скорее всего, это обрыв (неконтакт в разъеме) цепи Strobed.
Если принтер находится в состоянии On Line, но появляется сообщение о его неготовности, причину следует искать в линии Busy.
Если принтер, подключенный к порту, в стандартном режиме (SPP) печатает нормально, а при переходе в ЕСР начинаются сбои, следует проверить кабель - соответствует ли он требованиям IEEE 1284 (см. выше). Дешевые кабели с неперевитыми проводами нормально работают на скоростях 50-100 Кбайт/с, но при скорости 1-2 Мбайт/с, обеспечиваемой ЕСР, имеют полное право не работать, особенно при длине более 2 м.
Если при установке драйвера РпР-принтера появилось сообщение о необходимости применения "двунаправленного кабеля", проверьте наличие связи контакта 17 разъема DB-25 с контактом 36 разъема Centronics. Хотя эта связь изначально предусматривалась, в ряде кабелей она отсутствует.
Если принтер искажает информацию при печати, возможен обрыв (или замыкание) линий данных. В этом случае удобно воспользоваться файлом, содержащим последовательность кодов всех печатных символов. Вот пример программы на языке Basic:

10 OPEN "bincod.chr" FOR OUTPUT AS #1
20 FOR J=2 TO 15
30 FOR I=0 TO 15
40 PRINT#1, СНR$(1б*J+I);
50 NEXT I
60 PRINT#1
70 NEXT J
80 CLOSE #1
90 END

Файл BINCOD.CHR, созданный данной программой, представляет собой таблицу всех печатных символов (управляющие коды пропущены), расположенных по 16 символов в строке. Если файл печатается с повтором некоторых символов или их групп, по периодичности повтора можно легко вычислить оборванный провод данных интерфейса. Этот же файл удобно использовать для проверки аппаратной русификации принтера.

Аппаратные прерывания от LPT-порта используются не всегда. Даже DOS-программа фоновой печати PRINT работает с портом по опросу состояния, а ее обслуживающий процесс запускается по прерыванию от таймера. Поэтому неисправности, связанные с цепью прерывания от порта, проявляются не часто. Однако по-настоящему многозадачные ОС (например, NetWare) стараются работать с портом по прерываниям. Протестировать линию прерывания можно, только подключив к порту ПУ или заглушку. Если к порту с неисправным каналом прерывания подключить адаптер локальной сети, то он, возможно, будет работать, но с очень низкой скоростью: на любой запрос ответ будет приходить с задержкой в десятки секунд - принятый из адаптера пакет будет приниматься не по прерыванию (сразу по приходу), а по внешнему тайм-ауту.

1.3.4. Функции BIOS для LPT-порта

BIOS обеспечивает поддержку LPT-порта, необходимую для организации вывода по интерфейсу Centronics.

В процессе начального тестирования POST BIOS проверяет наличие параллельных портов по адресам 3BCh, 378h и 278h и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки BIOS Data Area 0:0408h, 040Ah, 040Ch, 040Eh. Эти ячейки хранят адреса портов LPT1-LPT4, нулевое значение адреса является признаком отсутствия порта с данным номером. В ячейки 0:0478, 0479, 047А, 047В заносятся константы, задающие тайм-аут для этих портов.

Поиск портов обычно ведется достаточно примитивно - по базовому адресу (в регистр данных предполагаемого порта) выводится тестовый байт (ААЬ или 55h), затем производится ввод по тому же адресу. Если считанный байт совпал с записанным, предполагается, что найден LPT-порт; его адрес помещается в ячейку BIOS Data Area. Базовые адреса портов могут быть впоследствии изменены программно. Адрес порта LPT4 BIOS самостоятельно установить не может, поскольку в списке стандартных адресов поиска имеются толь/ ко три указанных.

Обнаруженные порты инициализируются - записью в регистр управления формируется и снимается сигнал Init#, после чего записывается значение OCh, соответствующее исходному состоянию сигналов интерфейса. В некоторых случаях сигнал lnit# активен с момента аппаратного сброса до инициализации порта во время загрузки ОС. Это можно заметить по поведению включенного принтера во время перезагрузки компьютера - у принтера надолго гаснет индикатор On-Line. Следствие этого явления - невозможность распечатки экранов (например, параметров BIOS Setup) по клавише Print Screen до загрузки ОС.

Программное прерывание BIOS INT 17h обеспечивает следующие функции поддержки LPT- порта:

00h - вывод символа из регистра AL по протоколу Centronics (без аппаратных прерываний). Данные помещаются в выходной регистр, и, дождавшись готовности принтера (снятия сигнала Busy), формируется строб.
01h - инициализация интерфейса и принтера (установка исходных уровней управляющих сигналов, формирование импульса Init#, запрет аппаратных прерываний и переключение на вывод двунаправленного интерфейса).
02h - опрос состояния принтера (чтение регистра состояния порта).

При вызове INT 17h номер функции задается в регистре АН, номер порта - в регистре DX(Q - LPT1, 1 - LPT2...). При возврате регистр АН содержит код состояния - биты регистра состояния SR (биты 6 и 3 инвертированы) и флаг таймаута в бите 0. Флаг тайм-аута устанавливается при неудачной попытке вывода символа, если сигнал Busy не снимается в течение времени, определенного для данного порта в ячейках тайм-аута. В этом случае, согласно протоколу Centronics, строб данных не вырабатывается.

Перехват прерывания INT 17h является удобным способом внедрения собственных драйверов принтера. Потребность в них может возникать при подключении к порту принтера с интерфейсов ИРПР или необходимости перекодировки символов.

рТЕДЩДХЭЙЕ ЧЕТУЙЙ УБКФБ:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Весьма советуем с ним познакомиться. Там Вы найдете много новых друзей. Кроме того, это наиболее быстрый и действенный способ связаться с администраторами проекта. Продолжает работать раздел Обновления антивирусов - всегда актуальные бесплатные обновления для Dr Web и NOD. Не успели что-то прочитать? Полное содержание бегущей строки можно найти по этой ссылке .

Работа с LPT-портом в Win NT/2000/XP

LPT-порт (L ine P rinT er) - порт параллельного интерфейса, который изначально создавался для подключения принтера. BIOS обеспечивает поддержку LPT-порта, необходимую для организации вывода по интерфейсу Centronics. Адресное пространство порта занимает диапазон &H378-&H37F

LPT-порт имеет 12 выходных и 5 входных линий. Такое довольно большое количество линий делает возможным подключение к порту несложной аппаратуры, возможно даже не имеющей своего микроконтроллера. Поэтому этот порт, несмотря на исчезновение принтеров с LPT-интерфейсом, активно используется для подключения простых программаторов микросхем памяти, JTAG-интерфейсов для перепрошивки (замены программного обеспечения) спутниковых рессиверов, DVD-плееров и другой электронной техники. Популярен LPT-порт и у моддеров, поскольку позволяет подключить к компьютеру LCD-дисплеи без изготовления сложных плат-интерфейсов.

Windows 2000/XP не позволяет приложениям обращаться к портам ввода-вывода напрямую. Для этого нужно использовать драйвер, работающий в KERNEL-mode (в режиме ядра операционной системы).

Ограничение доступа к портам ввода-вывода для обычных прикладных программ (работающих в пользовательском режиме) позволяет сделать операционную систему более стабильной. Хотя с другой стороны никто не мешает программисту написать драйвер, обращающийся к портам.

Интересно, что для процессора Intel x86 можно написать драйвер, использующий один из двух принципиально разных подходов. Первый вариант - драйвер сам обращается к портам, а прикладная программа только указывает драйверу, что делать. Этот вариант в общем случае является стандартным и предпочтительным.

Для решения проблемы существуют четыре популярных варианта драйверов, позволяющих прикладной программе обращаться к портам ввода-вывода: драйвер DLPortIO , драйвер UserPort , драйвер GiveIO.sis , драйвер Port95nt .

Все четыре варианта практически равноценны.

Драйвер DLPortIO

DLportIO - драйвер доступа к портам из пакета DriverLINX от Scientific Software Tools, Inc. (http://www.sstnet.com) в сокращённом виде (без описания и лишней документации). Для нормальной работы программ обслуживания LCD-индикаторов можно порекомендовать именно этот вариант драйвера .

Собственно драйвер состоит из двух составляющих:
. DLPortIO.dll - Win32 DLL, обеспечивающая аппаратные функции ввода/вывода и
. DLPortIO.sys - драйвер для WinNT, работающий в режиме ядра ОС (не требуется для Win95/98)

В установочном пакете драйвера, помимо этих двух компонентов, есть ещё файл Install.exe, перемещающий два вышеназванных в папку драйверов Windows и регистрирующий их в системе.

Больше писать про этот драйвер и нечего. Настройка не требуется. Скачали, установили, пользуемся. Не забываем заглянуть в конец статьи и почитать обеспечения работоспособности LPT-порта.

Установка элементарная - запускаем файл Install.exe, устанавливаем. По окончанию установки заглядываем в папку C:\Windows\System32\drivers и проверяем наличие двух файлов драйвера (DLPortIO.sys и DLPortIO.dll). Если видим, что эти файлы так и не скопировались, берем их из установочного пакета и копируем вручную. Не переживайте, с компьютером ничего плохого не случится. Перегружаем компьютер и работаем с LPT-портом.

Если вдруг, в результате манипуляций с оборудованием, вы получите от драйвера сообщение такого плана: "dlportio.sys device driver not loaded. Port I/O will have no effect", не стоит паниковать. Исправляется эта проблема так:
. Запускаем regedit.
. Заходим в реестре в ветку HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\ .
. В папке dlportio изменяем значение параметра Start на 1 .
. Перезагружаем компьютер.

Драйвер UserPort

Драйвер UserPort открывает доступ к портам в Win NT/2000/XP для программ. Этим вариантом драйвера LPT-порта чаще всего пользуются "технари", работающие с программаторами и JTAG"ами, поскольку драйвер имеет хоть какие-то конфигурирующие настройки. Для работы программ обслуживания LCD-индикаторов его так же можно использовать.

В архиве драйвера имеются три файла:
. UserPort.sys - драйвер для WinNT, работающий в режиме ядра ОС,
. UserPort.exe - программа для настройки драйвера и
. UserPort.pdf - файл описания.

Установка UserPort:
. 1. Распакуйте архив в отдельную папку.
. 2. Скопируйте файл UserPort.sys в C:\Windows\System32\drivers

Настройка UserPort:
. Запустите UserPort.exe.
. Перед нами появится панель с 2-мя окошками.

Левое окошко относится к работе программы в ДОС окне, правое на полном экране. По умолчанию в них прописаны номера портов LPT - все их можно удалить с помощью кнопки "Remove". В оба окна нужно вписать нужные номера портов, которые планируется использовать.

Для использования с драйвера с большинством программаторов, JTAG"ов и программ обслуживания дисплеев, добавьте в левую колонку следующие параметры:
378 , 379 и 37A для LPT1
278 , 279 и 27A для LPT2 (Если в BIOS"е переназначен адрес LPT-порта).

Поясню, что означают цифры. 0x378 - это адрес порта.
. Адрес 0x378 называется базовым и служит для записи и чтения данных в порт и из порта, по шине данных D0-D7 .
. Адрес 0x379 (базовый+1) предназначен для чтения битов состояния из устройства, подключеного к LPT-порту.
. Адрес 0x37A (базовый+2) служит для записи битов управления устройства, подключенного к LPT-порту.

Добавляем так:
0x378-0x378
0x37A-0x37A

Добавлять адреса порта в список нужно через окно ввода и с помощью кнопки "Add". Адрес 0x379 чаще всего не нужен и его можно не вписывать, поскольку он предназначен для чтения битов состояния из устройства, подключеного к LPT-порту, а большинство устройств (программаторы, JTAG"и и LCD-индикаторы тем более) сигналы состояния не формируют. При желании можно наоборот вписать весь диапазон адресов, отведённых системой под LPT-порт 0x378-0x37F .

Заходим в Панель Управления , Система , выбираем закладку Оборудование , Диспетчер устройств , заходим в Порты (COM и LPT) и смотрим свойства LPT порта, по которому вы хотите установить соединение. В Свойствах открываем закладку Ресурсы и смотрим значение параметра Диапазон ввода/вывода (I/O) . (Обычно в Windows XP оно равно 378 - 37F )

После формирования списка адресов, нужно нажать кнопку "Start", драйвер будет запущен и появится сообщение:

Затем нажать кнопку "Update", при этом драйвер будет зарегистрирован в системе, затем "Exit". Разумеется, кнопку "Stop", пока мы пользуемся драйвером, нажимать не нужно.

Если при нажатии кнопки "Update" система уходит в перезагрузку, нужно пробовать запускать регистрацию драйвера в системе с правами администратора или попытаться временно отключить файрволл или антивирус, которые могут блокировать вмешательство в системные процессы. Если что-то не получилось, читайте UserPort.pdf

Для проверки, появился ли доступ к портам, можно запустить программу "lpt-test.exe" .

После старта программы появится окно со следующим содержанием:

Отсутствие сообщения "Тестируется порт LPT (Адрес XXXh)" и последующих за ним строк говорит о том, что драйвер не работает.

Эта программа просто посылает в регистр данных Dx и регистр управления Ux порта LPT различные числа, а потом их же считывает. Регистр статуса Sx порта LPT только считывается. На экран выводится номер и адрес тестируемого порта LPT. Если порт исправный, то для регистров Dx и Ux не должно выдаваться никаких сообщений.

LPT-TEST v1.03 1995-2003 Copyright (C) С.Б.Алеманов. Москва "БИНАР".
Во время тестирования к портам не должно быть подключено периферийных устройств.
Dx - рег. данных (out), Ux - рег. управления (out), Sx - рег. статуса (inp).

Тестируется порт LPT1 (Адрес 378h)
2-й контакт (D0) - нет "1"
3-й контакт (D1) - нет "1"
4-й контакт (D2) - нет "1"
5-й контакт (D3) - нет "1"
6-й контакт (D4) - нет "1"
7-й контакт (D5) - нет "1"
8-й контакт (D6) - нет "1"
9-й контакт (D7) - нет "1"
1-й контакт (U0) - нет "1"
14-й контакт (U1) - нет "1"
17-й контакт (U3) - нет "1"
1-й контакт (U0) - нет "0"
14-й контакт (U1) - нет "0"
17-й контакт (U3) - нет "0"
15-й контакт (S3) - нет "0"

Если регистры Dx или Ux неисправны, то выводится сообщение "нет 0" или "нет 1" и указывается номер контакта на LPT-разъеме (сигналы на этом контакте можно посмотреть осциллографом). На входе регистра статуса Sx может быть как "0" так и "1", но обычно, когда к порту LPT ничего не подключено, на всех входах регистра статуса имеется "1". Появление же на входе регистра статуса "0" может являться признаком того, что вход пробит, если раньше там всегда была "1".
На некоторых машинах, если регистр данных или регистр управления неисправны, то доступ к LPT-порту вообще не появляется. Видимо, BIOS при включении компьютера тестирует порт LPT и, если он неисправный, то отключает его.

Если возникают проблемы, возможно, работе мешают какие-то драйвера, периодически посылая импульсы в порт LPT (это можно увидеть осциллографом). Например, можно в настройках принтера отключиться от порта LPT:
выключить LPT1: Порт принтера
включить FILE: Печатать в файл

После того, как все проблемы устранены и тест пройден, должен появиться доступ к портам и можно запускать программу, использующую LPT-порт. В противном случае устройство, подключеное к порту на такой машине работать не будет.

Драйвер GiveIO.sys

В далеком 1996 году американский программист Дейл Робертс, провел серию экспериментов, результатом которых стал драйвер GiveIO.sys . До сих пор этот драйвер остается одним из популярных инструментов, позволяющих прикладной программе обращаться к портам ввода-вывода.

Сам автор драйвера настоятельно рекомендует использовать этот драйвер только в отладочных целях. Окончательная версия прикладной программы должна вместо самостоятельного обращения к портам ввода-вывода, поручить это дело драйверу, написанному специально для этих целей. Драйвер должен вести себя "корректно", проверяя, не используется ли уже устройство каким-нибудь другим приложением.

Однако, если вы абсолютно уверены в том, что требуемые порты ввода-вывода никто кроме вас не использует (например, у вас нет принтера, подключенного к LPT), вы можете спокойно пользоваться драйвером GiveIO.sys.

Установка драйвера :

1. Скачайте архив, распакуйте и скопируйте файл GiveIO.sys в каталог C:\Windows\System32\Drivers (подразумевается, что ваша Windows установлена в каталог C:\Windows) .
. 2. Запустите файл install.reg. На экране появится следующее сообщение:

. 3. Отвечаем утвердительно. При этом появится сообщение об успешном внесении информации в реестр. При желании, можно убедиться в этом. Запускаем редактор реестра regedit.exe и в ветви HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\giveio проверяем наличие следующих записей:

. 4. Перегружаем компьютер и проверяем работу программ, пользующихся драйвером.

Драйвером GiveIO.sys народ активно пользуется, и, со временем, появились и другие варианты его установки .

Например - драйвер GiveIO.sys при наличии файла с "информацией об оборудовании" GiveIO.inf можно установить через апплет "Установка оборудования".

Драйвер GiveIO.sys мы покажем операционной системе, чтобы она поверила в существование оборудования "GiveIO".

Скачать комплект файлов для такого варианта установки драйвера GiveIO.sys (giveio_sys_v2.rar - 78kb). Архив содержит файлы GiveIO.sys и GiveIO.inf, а так же подробную инструкцию по установке с иллюстрациями.

Помимо вариантов "ручной" установки драйвера, написано несколько вариантов инсталлятора, выполняющего установку в автоматическом режиме.

Скачать комплект файлов для автоматической установки драйвера GiveIO.sys (giveio_sys_install.rar - 28kb). Архив содержит файлы GiveIO.sys и instdrv.exe, а так же файл remove-giveio.cmd, с помощью которого драйвер GiveIO.sys можно удалить из системы.

Драйвер Port95nt

Термин "драйвер Port95nt" здесь будет не совсем корректен. По сути, это тот же драйвер DLPortIO из пакета DriverLINX от Scientific Software Tools, Inc , только в полном варианте, с парой утилит управления портом, с описанием и множеством примеров для программистов. Рядовому пользователю никакой пользы от дополнительных компонентов нет, а компоненты драйвера DLPortIO.sys и DLPortIO.dll абсолютно такие же, как и в сокращённой версии.

Упомянул о Port95nt, как о драйвере, по двум причинам. Первая - для полноты перечня встречающихся в интернете упоминаний о драйверах LPT-порта.

Вторая причина - в некоторых случаях могут быть проблемы с установкой сокращённой версии DLPortIO под WinXP. Обычно, но нечасто, это происходит в урезанных "авторских" сборках WinXP. В таком случае можно взять полную версию инсталлятора (1.5МБ). Хотя, по моему мнению, быстрее получится вручную положить в нужную папку DLPortIO.sys и DLPortIO.dll, чем заморачиваться с подбором инсталлятора, который сможет это сделать за вас.

Дополнительные меры

Кроме установки одного из вышеназванных драйверов, для нормальной работы порта LPT под ОС WinXP необходимо сделать правку реестра с помощью REG-файла xp_stop_polling.reg (xp_stop_polling.rar - 0,48kb)

Под WinXP иногда нестабильно работают устройства, использующие LPT-порт. Причиной таких сбоев может быть работа подсистемы Plug-and-Play (PnP) в Windows, периодически опрашивающей LPT с целью обнаружения подключенных устройств. Такой опрос производится при загрузке системы, но оно может происходить и при работе. К сожалению, драйвер DLportIO.sys и другие варианты драйверов не блокируют доступ к LPT от других программ при работе с портом клиента данного драйвера и подсистема PnP уверена, что порт не занят, обращается к нему и нарушает работу внешних устройств. Для устранения проблемы и служит REG-файл xp_stop_polling.reg . Этот файл прописывает в реестре Windows ключ, запрещающий такой опрос (poll) во время работы системы.

Помимо установки драйвера и ограничения одновременного доступа к порту для программ, для обеспечения аппаратной совместимости и нормальной работы оборудования с LPT-портом, необходимо в BIOS выставить правильный адрес и режим работы порта ("Normal", SPP или ЕРР, но не ECP).

Конфигурированию через BIOS Setup подлежат следующие параметры:

Базовый адрес, который может иметь значение 378h, 278h и 3BCh. При инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом порядке и, соответственно, присваивает обнаруженным портам логические имена LPT1, LPT2, LPT3. Адрес 3BCh имеет адаптер порта, расположенный на плате MDA или HGC (предшественники современных видеокарт). Большинство портов по умолчанию конфигурируются на адрес 378h и могут переключаться на 278h.

Используемая линия запроса прерывания, для LPT1 обычно используется IRQ7, для LPT2 - IRQ5. Во многих "настольных" применениях прерывания от принтера не используются, и этот дефицитный ресурс PC можно сэкономить. Однако при использовании скоростных режимов ЕСР (Fast Centronics) работа по прерываниям может заметно повысить производительность и снизить загрузку процессора.

В то же время, режим ЕСР нельзя использовать с устройствами, требующими жёстких таймингов (программаторами и JTAG-интерфейсами).

В завершение немного о терминологии :

. SPP (Standard Parallel Port - стандартный параллельный порт). Нередко, для упрощения понимания, в BIOS"е обозначается термином "Normal ".
. EPP (Enhanced Parallel Port - расширенный параллельный порт) - скоростной двунаправленный вариант интерфейса. Изменено назначение некоторых сигналов, введена возможность адресации нескольких логических устройств и 8-разрядного ввода данных, 16-байтовый аппаратный FIFO-буфер. Максимальная скорость обмена - до 2 Мб/с.
. ECP (Enhanced Capability Port - порт с расширенными возможностями) - интеллектуальный вариант EPP. Введена возможность разделения передаваемой информации на команды и данные, поддержка DMA и сжатия передаваемых данных методом RLE (Run-Length Encoding - кодирование повторяющихся серий).

Не смотря на то, что на сегодняшний день прочно вошел в моду USB интерфейс - порт, для радиолюбительских целей LPT порт и поныне остается достаточно востребованным. Ведь на самом деле, не так уж и важно каким образом и через какой порт, будет происходить управление внешними устройствами от компьютера, важен результат. Почему я решил остановиться на изучении LPT порта? Ответ прост, это достаточно доступный и легко осваиваемый в плане программирования порт, для новичков, это пожалуй не плохое практическое руководство по освоению LPT, а в дальнейшем и других портов - интерфейсов. В данной статье, я постараюсь детально ознакомить начинающих радиолюбителей - программистов с принципами программирования LPT порта. Практическое программирование, будет показано опираясь на языки программирования Паскаль и Делфи. От вас требуются, базовые знания языка Паскаль и Делфи, ну и конечно же радиоэлектроники, в пределах 10 - ти уроков представленных на сайте.

Что такое LPT-порт?

LPT порт, это то место в компьютере, куда подключается принтер. Но туда можно воткнуть ещё много чего интересного. В том числе и придуманные вами схемы. У меня, например, через LPT порт, включался свет в комнате, реализовано управление поворотным уст-вом антенны и много было проведено других экспериментов (измерение некоторых параметров радиосхем с использованием порта и пр.).

Так выглядят разъемы на компьютере и соединительные разъемы.

	Направление	Сигнал

Для простых схем управления нам понадобятся выводы:

2 - 9 - это выходы Data0-7. 18 - 25 - это земля (минус). Обычно(не всегда) они соединены с корпусом компьютера. Это основной набор контактов, необходимый для изготовления собственных схем. Также хочу обратить внимание на вывод - это "Data Strobe". Как я понял, положительный сигнал на этом выходе говорит устройству, что нужно произвести чтение очередной команды. Если мы не запитаем этот выход программно, то принтер просто не будет обращать внимания на остальные выходы. Для ввода информации в порт используются выводы 10-13, 15. Подробнее позже. Выходы порта могут принимать только 2 состояния - log0 и log1. При включении компьютера состояния выходов быстро меняются, потом переходят в log0. В зависимости от типа материнской платы один-два выхода могут перейти в log1. Далее, при загрузке ОС Windows состояния входов могут снова измениться. После окончания загрузки система не трогает выходы пока не начнется печать или "поиск оборудования. Примеры схем для отладки программ при работе с LPT портом и не только. В этом разделе, я попытаюсь привести несколько примеров схем управляемых при помощи LPT порта. Думаю, что этих схем вполне хватит для изучения принципов работы порта. Когда я начал программировать LPT порт, я спаял себе не большую схемку. Мне кажется, что это самый простой и самый наглядный пример для изучения, советую, не откладывая в долгий ящик спаять себе такую же схемку. Она нам пригодится на протяжении всех занятий:

Все резисторы на схеме по 270 - 470 ом, в зависимости от выбранных светодиодов. Резисторы здесь ограничивают потребляемый ток. По стандарту напряжение между сигнальным выводом и землей должен быть в не более 2,4V - 2.6 mA. Те. очень мало, но на самом деле современные материнские платы рассчитаны на большую нагрузку и очень часто имеют защиту от КЗ. В любом случае, с портом нужно обращаться очень аккуратно, т.к. без него материнская плата компьютера может вообще отказаться работать. Вот самая простая схема подключения реле:

Думаю, что объяснять здесь ничего не нужно. Data - это один из выходов LPT порта, например, вывод 2 (Data-0). Если на нем появится log1, транзистор откроется, сработает реле K1 и подключит какую-то более мощную нагрузку.. В этой схеме LPT порт напрямую подключен к транзистору и в случае его пробоя на выходе data может оказаться опасное для порта напряжение. Чтобы защитить порт нужно использовать гальваническую развязку. Схема с применением оптопары.

В данной схеме порт отделен от высоковольтной части и ему почти ничего не угрожает. В этой схеме я ставил оптоизолятор 4N25 - самый дешевый и маленький. Катушка на схеме - это реле на 12 вольт. Во время экспериментов я подключил к этой схеме реле РЭС22, а к нему настольную лампу. Для пробы написал программку, которая управляла лампой по часам...
Кстати, вот примерчик управления симистором:

Эту схемку я просто воткнул вместо выключателя от основного освещения в своей комнате. Итак, мы рассмотрели некоторые простейшие схемки, которые смело можно использовать в наших экспериментах с LPT портом, а в дальнейшем взять их за основу при разработке управляемых устройств. И так, из этой статьи вы узнали, что такое LPT порт и как его можно использовать в радиолюбительских целях. Так же были приведены примеры простейших радиосхем, которые будут нами использоваться для дальнейших экспериментов. Переходим к теории и практики программирования LPT порта.

Печать

Также интересно:

Как выбрать центральный процессор, и зачем это нужно?

Восстановления раздела recovery ASUS

Где взять биткоин бесплатно?

Рекомендуем почитать:

2024-04-12 00:07:23

Как скрыть свой номер телефон при звонке — пошаговое руководство

2024-04-11 00:07:07

Как защитить свой форум на Simple Machines (SMF) от спама

2024-04-11 00:07:07

Установка виндовс с флешки через биос

В продолжение темы:

Android

Тестирование web сервисов

Веб-сервисы в 1СВ данной статье будет рассмотрены вопросы интеграции 1С с уже существующими веб-сервисами и использование самой 1С как веб-сервиса. При этом под веб-сервисами...

Новые статьи