6.1并行接口

6.2串行接口

6.3網(wǎng)絡(luò)接口

6.4微機(jī)接口芯片組介紹

6.5本章小結(jié)

習(xí)題與思考題6.1.1并行接口芯片8255A

8255A是為Intel公司的微處理器配套的通用可編程并行接口芯片，其基本功能如下：

(1)?8255A接口芯片有三個8位并行輸入/輸出端口，可利用編程方法設(shè)置三個端口為輸入端口或輸出端口。

(2)?8255A能適應(yīng)CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求，如無條件傳送、查詢方式傳送、中斷方式傳送等。與此相應(yīng)，8255A設(shè)置了方式0、方式1以及方式2。

8255A的C口比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，在方式1和方式2下，它的部分信號線被分配作專用的聯(lián)絡(luò)應(yīng)答信號。6.1并行接口

1.?8255A的外部引腳

8255A為40引腳、雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)，其引腳如圖6.1所示。

各引腳功能如下：

(1)?D0～D7：8位雙向數(shù)據(jù)總線。

(2)?PA0～PA7：端口A的I/O引線。

(3)?PB0～PB7：端口B的I/O引線。

(4)?PC0～PC3：端口C的低4位I/O引線。

(5)?PC4～PC7：端口C的高4位I/O引線。

(6)?A1、A0：地址引線。圖6.18255A的引腳圖

(7)?RESET：復(fù)位輸入信號，高電平有效。復(fù)位時清除內(nèi)部控制寄存器，同時將三個I/O端口全部設(shè)為輸入。

(8)?：片選信號。=0時，將內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與系統(tǒng)總線連接在一起，該芯片被選中，允許工作。

(9)?：讀輸入控制信號。=0時，配合信號讀取8255A內(nèi)部寄存器的值。

(10)：寫輸出控制信號。=0時，配合信號將CPU處理器數(shù)據(jù)寫入8255A內(nèi)。

(11)?VCC：電源，+5V電源輸入。

(12)?GND：電源地。

8255A的三個數(shù)據(jù)端口與外設(shè)相連接的引腳共有24位。其中，C口的8個I/O引腳(PC0～PC7)有若干位用于“聯(lián)絡(luò)”信號或狀態(tài)信號，其具體定義與端口的工作方式有關(guān)，可將工作方式控制字寫入控制端口進(jìn)行定義。8255A與CPU連接的引腳有數(shù)據(jù)總線D0～D7、讀/寫控制線和、復(fù)位線RESET、片選信號線以及端口地址控制線A1和A0。

一般情況下，CPU的數(shù)據(jù)總線及其讀/寫控制線直接與8255A的D0～D7及和相連接。RESET線為高電平有效，因8086CPU是高電平復(fù)位的，所以可以直接和8086CPU的復(fù)位線相連。當(dāng)然，有時為了便于調(diào)試，8255A復(fù)位電路與8086CPU的復(fù)位電路是分開的。

2.?8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。8255A有三個可編程控制的8位并行I/O接口，共提供24條I/O控制引腳。一般情況下，端口A或端口B作為I/O的數(shù)據(jù)端口，而端口C則作為控制或狀態(tài)信息的端口。C口在“方式”字的控制下，可分成兩個4位端口，每個端口包含一個4位鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可用作控制信號的輸出，或作為狀態(tài)信號的輸入。

A組控制電路控制端口A和端口C的上半部(PC7～PC4)。

B組控制電路控制端口B和端口C的下半部(PC3～PC0)。

雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器實現(xiàn)8255A與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸接口。CPU執(zhí)行輸出指令時，可將控制字或數(shù)據(jù)通過該緩沖器送給8255A的控制口或數(shù)據(jù)口；CPU執(zhí)行輸入指令時，8255A可將數(shù)據(jù)端口的狀態(tài)信息或數(shù)據(jù)通過它傳送給CPU。因此，數(shù)據(jù)緩沖器是CPU與8255A交換信息的必經(jīng)之路。

8255A的讀/寫控制電路接收來自CPU的控制命令，并根據(jù)命令向片內(nèi)每個功能部件發(fā)出操作命令。例如，片選信號

為低電平時，表示8255A芯片被選中，該片選信號是由CPU的地址線通過譯碼器譯碼產(chǎn)生的。讀/寫信號和控制8255A與CPU之間的數(shù)據(jù)或信息傳輸方向。端口選擇控制則由A1、A0的組合狀態(tài)提供，由這兩個控制信號可提供4個端口地址，即A、B、C三個端口地址及一個控制口地址。8255A可用RESET控制信號復(fù)位，當(dāng)該控制信號有效時，清除8255A中的所有控制寄存器內(nèi)容，并將各端口置成輸入方式。圖6.28255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3.端口地址

8255A中有三個I/O端口，另外，其內(nèi)部還有一個控制字寄存器，用地址總線A1、A0尋址4個端口。A1、A0和、

及的組合可實現(xiàn)的各種功能如表6.1所示。為“1”或、同時為1，所有數(shù)據(jù)口為高阻狀態(tài)。表6.18255A的控制器地址表6.1中×表示任意值，與8255A的具體地址有關(guān)。

PC/XT機(jī)中，A口、B口、C口以及控制寄存器的地址分別是60H、61H、62H和63H。

4.?8255A的工作方式字

8255A有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。

1)方式0

方式0又稱基本I/O方式。在這種工作方式下，A、B、C三個端口都可用作I/O，但不能既作輸入又作輸出。端口C分為兩部分，即高4位和低4位，用來設(shè)置傳輸方向。

2)方式1

方式1又稱選通I/O方式。只有端口A、端口B可工作于此方式，端口C用于提供聯(lián)絡(luò)信號。

3)方式2

方式2又稱雙向傳輸方式。只有端口A可編程為雙向傳輸方式。通過C口的高5位進(jìn)行控制，此時A口既可作輸入也可作輸出，而PC0～PC2及B口可工作于方式0。具體可由適當(dāng)?shù)墓ぷ髅钭謥碓O(shè)定。圖6.3所示為8255A的控制字示意圖。圖6.38255A的控制字示意圖此外，8255A對端口C具有置位/復(fù)位功能，只要使用一個輸出控制指令便可完成位控的目的，可以設(shè)置對象的狀態(tài)?？刂谱纸M的D7為0時，端口C具有位處理功能，具體設(shè)置如圖6.4所示圖6.4C口置1/置0的控制字格式

5.?8255A的編程控制字

1)方式0

方式0主要工作在無條件的I/O方式下，在這種工作方式下，不需要“聯(lián)絡(luò)”信號。A口、B口、C口均可工作在此方式下。C口的輸出位可由用戶直接獨(dú)立設(shè)置“0”或“1”。此時，各個端口的功能是固定不變的，不能用程序來設(shè)定，控制字格式可參見圖6.3及圖6.4。

2)方式1

方式1主要工作在異步或條件傳輸方式(需要先檢查狀態(tài)，然后才能傳輸數(shù)據(jù))下。僅有A口、B口可工作在此方式。由于條件傳輸需要聯(lián)絡(luò)線，因此在方式1下，C口的某些位分別為A口和B口提供三根聯(lián)絡(luò)線。

◆輸入

方式1輸入時，8255A的輸入組態(tài)如圖6.5所示。圖6.58255A在方式1下的輸入組態(tài)各控制信號的意義如下：

(1)：選通輸入，低電平有效，這是由外設(shè)提供的輸入信號，當(dāng)其有效時，由輸入設(shè)備來的數(shù)據(jù)將送入端口的輸入鎖存器。

(2)?IBF：輸入緩沖器滿信號，高電平有效。這是由8255A輸出的狀態(tài)信號，當(dāng)其有效時，表明數(shù)據(jù)已輸入至鎖存器。

(3)?INTR：中斷請求信號，高電平有效。當(dāng)某輸入設(shè)備請求服務(wù)時，8255A就由INTR輸出端輸出高電平，向CPU提供中斷請求信號，用來請求CPU為其服務(wù)。當(dāng)、IBF和INTE都為高電平時，INTR輸出才為高電平。

(4)?INTEA：端口A中斷允許信號。由PC4的置位/復(fù)位來控制，PC4?=?1時，允許端口A中斷。

(5)?INTEB：端口B中斷允許信號。由PC2的置位/復(fù)位來控制，PC2?=?1時，允許端口B中斷。

在方式1輸入時，端口C的PC6和PC7兩位是空閑的，如果要利用它們，可用方式控制字中的D3來設(shè)定。

方式1下的輸入時序圖如圖6.6所示。圖6.68255A工作在方式1輸入時的“聯(lián)絡(luò)”信號時序圖其信號交接過程如下：

(1)數(shù)據(jù)輸入時，外設(shè)處于主動地位，當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)并放到數(shù)據(jù)線上時，首先發(fā)信號，由它把數(shù)據(jù)輸入到8255A。

(2)在的下降沿約300ns處，數(shù)據(jù)已鎖存到8255A的鎖存器，此時使得IBF變?yōu)楦唠娖?，表示“輸入緩沖器滿”，禁止輸入新數(shù)據(jù)。

(3)在的上升沿約300ns處，在中斷允許(INTE?=?1)的情況下，IBF的高電平產(chǎn)生中斷請求，使INTR上升沿變成高電平，通知CPU現(xiàn)接口中已有數(shù)據(jù)，請求CPU讀取。CPU接受中斷請求后，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷子程序。在子程序中執(zhí)行IN指令，將鎖存器中的數(shù)據(jù)取走。若CPU采用查詢方式，則通過查詢狀態(tài)字中的INTR位或IBF位是否置位來判斷有無數(shù)據(jù)可讀。

(4)?CPU執(zhí)行讀操作時，的下降沿使INTR復(fù)位，撤銷中斷請求，為下一次中斷請求作好準(zhǔn)備。信號的上升沿延時一段時間后清除IBF使其變低，表示接口的輸入緩沖器變空，允許外設(shè)輸入新數(shù)據(jù)。如此反復(fù)，直至完成全部數(shù)據(jù)的輸入。

◆輸出

方式1輸出時，8255A的輸出組態(tài)如圖6.7所示。圖6.7

8255A在方式1下的輸出組態(tài)各控制信號的意義如下：

(1)：輸出緩沖器滿信號，低電平有效。這是由8255A輸出給外設(shè)的一個控制信號。當(dāng)其有效時，表明CPU已經(jīng)將數(shù)據(jù)輸出到指定的端口，外設(shè)可以把數(shù)據(jù)取走。

(2)：響應(yīng)信號，低電平有效。這是來自外設(shè)的響應(yīng)信號，告訴CPU輸出給8255A的數(shù)據(jù)已經(jīng)被外設(shè)接收。

(3)?INTR：中斷請求信號，高電平有效。當(dāng)某輸出設(shè)備已經(jīng)接收了CPU輸出的數(shù)據(jù)后，8255A就用INTR輸出端向CPU發(fā)出中斷請求信號，要求CPU繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)、

和INTE都為高電平時，INTR才被置為高電平。

(4)?INTEA：由PC6的置位/復(fù)位來控制。

(5)?INTEB：由PC2的置位/復(fù)位來控制。

在輸出方式中，端口C的PC4和PC5是空閑的，如果要利用它們，可用方式控制字中的D3來設(shè)定。

方式1下的輸出時序圖如圖6.8所示。圖6.8

8255A工作在方式1輸出時的“聯(lián)絡(luò)”信號時序圖其信號交接過程如下：

(1)數(shù)據(jù)輸出時，CPU處于主動地位，當(dāng)CPU向8255A寫一個數(shù)據(jù)時，的上升沿使有效，表示輸出緩沖器已滿，通知外設(shè)讀取數(shù)據(jù)。同時還使中斷請求INTR變低，封鎖中斷請求。

(2)外設(shè)讀取數(shù)據(jù)后，用回答8255A，表示數(shù)據(jù)已收到。

(3)的下降沿將置為高電平，使無效，為下一次輸出作準(zhǔn)備。在中斷允許(INTE?=?1)的情況下，的上升沿使INTR變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后，在終端服務(wù)程序中，執(zhí)行OUT指令，向8255A寫下一個數(shù)據(jù)。

3)方式2

雙向傳輸方式是指在同一端口內(nèi)分別進(jìn)行I/O操作。8255A中只有A口可工作在此種方式下，當(dāng)A口工作在方式2時，需要5個控制信號進(jìn)行“聯(lián)絡(luò)”，這5個信號由C口提供。所以此時B口只能工作在方式0或方式1下。當(dāng)B口工作在方式1時，又需要三根聯(lián)絡(luò)線。故當(dāng)A口工作在方式2、B口工作在方式1時，8255A的C口的8根線將全部作為聯(lián)絡(luò)線使用。8255A方式2的邏輯功能結(jié)構(gòu)如圖6.9所示。圖6.98255A方式2的邏輯功能結(jié)構(gòu)選通雙向操作時，8255A各控制信號的意義如下：

(1)?INTR：中斷請求信號，高電平有效。在輸入和輸出時，都可以作為對CPU的中斷請求信號。

(2)：輸出緩沖器滿信號，低電平有效。它可以作為對外設(shè)的選通信號。當(dāng)其有效時，表明CPU已經(jīng)將數(shù)據(jù)輸出到端口A，外設(shè)可以把數(shù)據(jù)取走。

(3)：響應(yīng)信號，低電平有效。當(dāng)有效時，啟動端口A的三態(tài)輸出緩沖器送出數(shù)據(jù)，否則輸出緩沖器處于高阻狀態(tài)。

(4)?INTE1：與有關(guān)的中斷觸發(fā)器，它由PC6置位/復(fù)位控制。

(5)：選通輸入，低電平有效，這是由外設(shè)提供給8255A的選通信號，當(dāng)其有效時將輸入數(shù)據(jù)選通輸入鎖存器。

(6)?IBF：輸入緩沖器滿，高電平有效。這是一種狀態(tài)信息，當(dāng)其有效時，表示數(shù)據(jù)已進(jìn)入輸入鎖存器。

(7)?INTE2：與IBF有關(guān)的中斷觸發(fā)器，它由PC4置位/復(fù)位控制。

方式2下的時序圖如圖6.10所示。圖6.10

8255A工作在方式2時的“聯(lián)絡(luò)信號”時序圖方式2的時序基本上是方式1下輸入時序與輸出時序的組合。輸入/輸出的先后順序是任意的，根據(jù)實際傳送時數(shù)據(jù)的需要選定。輸出過程是由CPU執(zhí)行輸出指令并向8255A寫數(shù)據(jù)(

)開始的，而輸入過程則是從外設(shè)向8255A發(fā)選通信號

開始的，因此，只要求CPU的WR在以前發(fā)生，RD在以后發(fā)生執(zhí)行。方式2的I/O操作相當(dāng)于方式1的輸入和輸出的組合。其輸出過程為：CPU響應(yīng)中斷信號后，用輸出指令向8255A的A口寫一個新的數(shù)據(jù)，并利用寫脈沖同時清除中斷請求信號INTRA，同時使A口輸出緩沖器滿信號變?yōu)橛行У碗娖剑ㄖ庠O(shè)取走數(shù)據(jù)；外設(shè)取走數(shù)據(jù)后返回響應(yīng)信號以清除有效信號，并置位INTRA以向CPU再次申請中斷，從而開始下一個數(shù)據(jù)的傳輸。方式2的輸入過程與輸出過程類似，當(dāng)外設(shè)向8255A的A口傳送數(shù)據(jù)時，選通信號同時有效，使數(shù)據(jù)鎖存在8255AA口的輸入緩沖器中，并置輸入緩沖器滿信號IBF為有效高電平，以通知外設(shè)暫停傳送數(shù)據(jù)和撤消有效信號。一旦

信號消逝后即向CPU申請中斷。CPU響應(yīng)中斷進(jìn)行讀操作時，將8255A的A口輸入數(shù)據(jù)讀入到CPU中，并利用信號使輸入緩沖器滿信號IBF變?yōu)闊o效低電平，同時復(fù)位中斷請求信號INTR，完成一次輸入過程，然后等待新的中斷請求。6.1.2計算機(jī)并行接口設(shè)計

例6-1

利用8255A作為連接顯示器的接口。A口接有四個開關(guān)，為方式0輸入；B口接有一個數(shù)碼管顯示器(共陽極LED)，方式0輸出，其硬件連接電路如圖6.11所示。試編制程序，將A口的輸入數(shù)據(jù)送B口輸入顯示。

解：本例是8255A方式0應(yīng)用的一個例子。由圖6.11可知，8255A的端口由A0～A15提供；8255A的端口選擇信號線A0、A1與CPU的A0、A1相連，與地址譯碼器輸出相連。本例設(shè)8255A的四個端口地址為0FFC0H～0FFC3H。A口連接輸入設(shè)備開關(guān)，其輸入的數(shù)據(jù)為S3～S0組合的16種狀態(tài)，即0000～1111B(0H～FH)；B口連接輸出設(shè)備LED顯示器，可輸出并顯示十六進(jìn)制數(shù)0～F。LED為共陽極七段發(fā)光二極管，其七段顯示代碼如表6.2所示。當(dāng)A口的S3～S0的狀態(tài)為0011B時，B口對應(yīng)輸出七段代碼B0H，則LED顯示數(shù)字3。圖6.118255A在PC/XT機(jī)中的應(yīng)用表6.2七段顯示代碼

例6-2

用8255A口作為μ80微型打印機(jī)接口，A口為工作方式1輸出，其硬件連接電路如圖6.12所示。試編制程序，將輸出緩沖區(qū)OBUF內(nèi)的100H個字節(jié)數(shù)據(jù)送打印機(jī)輸出。μ80微型打印機(jī)的工作原理：當(dāng)數(shù)據(jù)選通信號有效時，數(shù)據(jù)線D7～D0上的數(shù)據(jù)被鎖存打印，同時輸出應(yīng)答信號，告知8255A數(shù)據(jù)已取走。由于打印機(jī)的速度比CPU速度低很多，因此打印機(jī)提供了“忙”狀態(tài)信號BUSY，供CPU查詢。當(dāng)打印機(jī)正在執(zhí)行打印時，BUSY為“1”，此時CPU不能輸出數(shù)據(jù)；當(dāng)打印機(jī)“空閑”時，BUSY為“0”，通知CPU可以輸出數(shù)據(jù)。BUSY信號供CPU用查詢方式輸出數(shù)據(jù)。

解：由6.12圖可知，由于打印機(jī)需要用聯(lián)絡(luò)信號和與8255A取得聯(lián)系，因此8255A的A口選擇方式1輸出工作方式。8255A的A口的端口地址由地址A0A1和74LS138譯碼器輸入地址線A2～A6經(jīng)譯碼器輸出的邏輯組合確定，若把未連接的地址線A7～A15的狀態(tài)設(shè)定為“0”，則8255A的四個端口地址為0400H～0403H。圖6.128255A與打印機(jī)的連接串行通信是在單根導(dǎo)線上將二進(jìn)制數(shù)一位一位地順序傳輸?shù)倪^程。串行通信與并行通信相比較，雖然傳輸速度較低，但可以節(jié)約大量的線路成本，非常適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。微型計算機(jī)在做遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信時，往往要求I/O設(shè)備以串行方式來工作，即要求具備串行通信接口。在實際應(yīng)用中，通信設(shè)備一般都配帶這種接口。此外，有些計算機(jī)外設(shè)，如盒式磁帶機(jī)、串行硬盤、CRT顯示器終端等，也要求采用串行接口。6.2串行接口

1.串行通信的方式

在串行通信中，有三種基本的傳輸方式：單工、半雙工和全雙工。

圖6.13(a)所示為單工傳輸方式：設(shè)備A總是發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)備B總是接收數(shù)據(jù)，任何時刻數(shù)據(jù)只能在一個方向上傳輸。

圖6.13(b)所示為半雙工傳輸方式：設(shè)備A和設(shè)備B都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但它們不能同時發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

圖6.13(c)所示為全雙工傳輸方式：兩個設(shè)備能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

圖6.13(d)所示為多雙工傳輸方式：多個設(shè)備能共用一條線路輪流發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。圖6.13串行通信的方式(a)單工方式；(b)半雙工方式；(c)全雙工方式；(d)多雙工方式

2.異步通信與同步通信

在串行通信中，通信雙方收、發(fā)數(shù)據(jù)序列必須在時間上取得一致，這樣才能保證接收數(shù)據(jù)的正確性。按照通信雙方發(fā)送和接收數(shù)據(jù)序列在時間上取得一致的方法不同，串行通信可分為異步串行通信和同步串行通信兩大類。

1)異步通信

異步通信中，發(fā)送端以固定的字符格式發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖6.14所示，每個字符包括1個起始位、5～8個數(shù)據(jù)位，1個奇偶校驗位(它是為避免長距離通信中出現(xiàn)差錯而設(shè)置的差錯冗余位，也可不設(shè))和1～2個停止位。每個字符的傳輸均以起始位為開始標(biāo)志，緊接著的是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(低位在前)，然后是奇偶校驗位，最后為停止位。兩個相鄰字符之間的間隔(即空閑時間)可以任意長。在不發(fā)送數(shù)據(jù)期間，通信線上固定為高電平，所以總可以用低電平表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。圖6.14異步串行通信的字符格式由此可見，通信雙方在通信之前必須約定字符格式和數(shù)據(jù)傳輸率。

字符格式確定一個字符內(nèi)包含多少位數(shù)據(jù)位、停止位以及采用何種校驗形式。

數(shù)據(jù)傳輸(速)率指單位時間內(nèi)通信線路上傳輸?shù)男畔⒘浚捎帽忍芈?bit/s或bps)和波特(Baud)率來表示。比特率是每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)，波特率是每秒傳送離散狀態(tài)的數(shù)量。當(dāng)采用調(diào)幅標(biāo)準(zhǔn)時，由于任一時刻只能出現(xiàn)兩種狀態(tài)中的一種，因此比特率和波特率是一致的。另外，由于計算機(jī)接口只能輸入/輸出1和0，因此比特率和波特率的單位是一樣的。盡管波特率在理論上可以是任意的，但考慮到接口的標(biāo)準(zhǔn)性，國際上還是規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的波特率系列。常用的波特率有50、110、300、600、1200、2400、4800、9600和19200bps。大多數(shù)接口的接收波特率是可以分別設(shè)置的，它們可以分別由編程來設(shè)定。當(dāng)然，在一個串行通信系統(tǒng)中，應(yīng)該設(shè)定接收方和發(fā)送方的波特率相同。

發(fā)送/接收時鐘頻率=M×波特率

式中，M稱為波特率系數(shù)或波特率因子。異步通信是以字符為單位的通信，當(dāng)接收方收到起始位后，要能在一個字符的傳輸時間內(nèi)能和發(fā)送器保持同步，能夠完全正確地接收。若接收器和發(fā)送器的時鐘略有誤差，則兩個字符之間的停止間隔將為這種誤差提供緩沖。因此，異步通信方式允許有一定的頻率誤差，對時鐘同步的要求不嚴(yán)格，這是異步通信的突出優(yōu)點(diǎn)。但異步通信要求每個字符都有起始位和停止位，使控制信息在總信息中占有一定的比例，所以異步通信效率較低。

2)同步通信

同步通信是采用數(shù)據(jù)塊成幀方式實現(xiàn)的。圖6.15所示為常見同步串行通信幀的格式。在格式開頭有同步字符SYN，同步字符的格式和同步字符的個數(shù)可根據(jù)需要確定。同步字符的作用是通知接收器“消息到達(dá)”，讓接收器開始與發(fā)送器同步。同步字符后的第一個字符是消息頭，它包含有助于接收器處理信息的控制信息(如一幀內(nèi)的字符個數(shù)等)，其后是以字符或比特為單位的消息編碼，最后是校驗字符。常用CRC循環(huán)冗余校驗碼的作用是檢測數(shù)據(jù)塊在傳輸過程中是否有差錯。圖6.15同步串行通信的幀格式(a)單同步；(b)雙同步；(c)外同步同步數(shù)據(jù)塊中，為了能確保正確提取字符，字符之間不能像異步傳輸那樣存有間隙，必須以連續(xù)的形式發(fā)送。采用兩個同步字符，稱為雙同步方式；采用一個同步字符，稱為單同步方式。另外，根據(jù)對同步字符檢測方式的不同，將之分為內(nèi)同步與外同步，前面的兩種格式屬于內(nèi)同步。

顯而易見，數(shù)據(jù)傳輸效率高是同步傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。但同步傳輸不僅要保持每個字符內(nèi)各位以固定的時鐘頻率傳輸，而且還要管理字符間的定時，因此，收、發(fā)雙方時鐘同步的要求特別高，必須配備專用的硬件電路獲得同步時鐘。硬件電路復(fù)雜是同步通信的缺點(diǎn)。

3.調(diào)制解凋器

在串行通信中，由于線路分布電容的影響，一個方波傳輸一段距離以后，將逐漸被“平滑”，致最后難以分辨上升沿和下降沿，同時非常容易受干擾。而正弦波在長距離傳輸后，仍然是正弦波，只是幅度變小而已，通過放大器可以恢復(fù)。因此，數(shù)據(jù)在長距離傳輸時需要調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器(Modem)是利用模擬通信線路進(jìn)行長距離數(shù)據(jù)通信中的重要設(shè)備。長距離通信時，通常需要利用電話線路，Modem的作用就是先將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合電話線路上傳輸?shù)哪M信號，經(jīng)過電話線路傳輸后，再將模擬信號還原成數(shù)字信號。圖6.16所示為應(yīng)用Modem的一個典型例子。圖中，Modem把從終端接收到的二進(jìn)制電信號轉(zhuǎn)換成可在共用電話系統(tǒng)上發(fā)送的音頻信號(稱為調(diào)制)。同時它也把從遠(yuǎn)方Modem發(fā)出的通過電話系統(tǒng)的音頻信號轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制電信號發(fā)往終端(稱為解調(diào))。圖6.16調(diào)制與解調(diào)的應(yīng)用實例依傳輸速率分，Modem可分為低速、中速和高速三類。低速M(fèi)odem一般用于傳輸波特率在2000bps以下的異步通信；傳輸波特率高于9600bps的同步通信時，則要采用中速甚至高速的Modem。通常使用RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口來實現(xiàn)計算機(jī)與Modem之間的通信。6.2.1串行接口芯片8250/8251A

串行通信接口8251A是可編程串行接口的一種，它是Intel公司的產(chǎn)品。常見的串行接口芯片還有Motorola公司的6850、6952、8654，ZILOG公司的SIO及TNS公司的8250等。這些芯片的結(jié)構(gòu)和工作原理基本一致，下面以Intel公司的8251A為例介紹可編程串行通信接口的基本工作原理、編程結(jié)構(gòu)、編程方法及應(yīng)用實例。

1.?8251A的外部引腳

8251A是一個28引腳的雙列直插式大規(guī)模集成電路芯片，其引腳封裝圖如圖6.17所示。8251A的數(shù)據(jù)總線是8位的，分別為D0～D7，它們是三態(tài)雙向的，CPU通過數(shù)據(jù)總線并行傳送命令、交換數(shù)據(jù)及檢測狀態(tài)。圖6.178251A的引腳圖

1)控制信號引腳

(1)?CLK：時鐘輸入端口，產(chǎn)生8251A的內(nèi)部時序。一般情況下，CLK的輸入頻率在同步方式工作時，必須大于接收器和發(fā)送器輸入時鐘頻率的30倍；在異步方式工作時，必須大于接收器和發(fā)送器輸入時鐘頻率的4.5倍。

(2)：片選信號。通常由CPU的高位地址信號和M/

控制信號譯碼后提供，產(chǎn)生8251A端口地址的高地址部分。

(3)C/：控制/數(shù)據(jù)端。C/

=?1時，數(shù)據(jù)總線上的信息是狀態(tài)信息或命令信息；C/

=?0時，數(shù)據(jù)總線上的信息是數(shù)據(jù)信息。一般由CPU低位地址線提供，產(chǎn)生8251A端口地址的低地址部分。

(4)?RESET：復(fù)位信號，高電平有效。RESET?=?1時，8251A的收、發(fā)線路處于空閑狀態(tài)，等待CPU執(zhí)行其初始化程序。

(5)、：讀/寫控制信號，低電平有效。其功能參見表6.3。表6.38251A的讀/寫功能表

2)發(fā)送器部分引腳

(1)?TXD：數(shù)據(jù)發(fā)送引腳。從此線逐位輸出的是并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行格式后的數(shù)據(jù)。

(2)?TXRDY：發(fā)送器準(zhǔn)備好信號。若該信號有效，則CPU向8251A寫入待發(fā)送的數(shù)據(jù)，8251A將從CPU送來的并行數(shù)據(jù)鎖存在數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器中。

(3)?TXEMPY：發(fā)送器空信號。若該信號有效，表示發(fā)送移位寄存器已空，此時發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)可以送入發(fā)送移位寄存器中，然后逐位輸出。

(4)：由外部輸入的發(fā)送器時鐘。確定8251A的發(fā)送速率。在同步方式時，端輸入的時鐘頻率應(yīng)等于發(fā)送數(shù)據(jù)波特率。在異步方式時，可以由軟件定義發(fā)送時鐘，可為發(fā)送波特率的1倍、16倍或64倍(發(fā)送波特因子的倍數(shù))。

3)接收器部分引腳

(1)?RXD：數(shù)據(jù)接收引腳。外部串行數(shù)據(jù)通過該引腳逐位移入接收移位寄存器中，轉(zhuǎn)換成并行格式后送入接收數(shù)據(jù)緩沖器，等待CPU取走數(shù)據(jù)。

(2)?RXRDY：接收器準(zhǔn)備好信號，高電平有效。接收緩沖器收到一個數(shù)據(jù)字符，則RXRDY信號有效，通知CPU接收數(shù)據(jù)，若8251A采用中斷方式與CPU交換數(shù)據(jù)，則RXRDY信號可用作向CPU發(fā)出的中斷請求信號。CPU取走接收緩沖器的數(shù)據(jù)后，RXRDY變?yōu)榈碗娖健?/p>

(3)：由外部輸入的接收器時鐘。確定8251A的接收速率。在同步方式時，端輸入的時鐘頻率應(yīng)等于接收數(shù)據(jù)波特率。在異步方式時，可以由軟件定義接收器時鐘各為接收波特率的1倍、16倍或64倍(接收波特因子的倍數(shù))。

(4)SYNDET/BRKDET：斷缺檢測/同步檢測，高電平有效。

當(dāng)8251A工作在異步方式時，SYNDET/BRKDET功能為斷缺檢測端BRKDET。如果在起始位之后，從RXD端上連續(xù)收到8個“0”信號，則輸出端BRKDET為高電平，表示當(dāng)前處于數(shù)據(jù)斷缺狀態(tài)，沒有數(shù)據(jù)可以接收。如果從RXD端上接收到“1”信號，則輸出端BRKDET為低電平。當(dāng)8251A工作在同步方式時，SYNDET/BRKDET功能為同步檢測端SYNDET。如果采用同步方式，則SYNDET為輸出端，高電平有效。當(dāng)從RXD端上檢測到一個(單同步)或兩個(雙同步)同步字符時，SYNDET輸出高電平有效信號，表示接收數(shù)據(jù)已處于同步狀態(tài)，其后接收到的是有效數(shù)據(jù)。如果采用外同步，則SYNDET為輸入端，外部同步字符從該端輸入。SYNDET為高電平輸入有效信號，表示已達(dá)到同步，接收器可以開始接收數(shù)據(jù)。

4)?Modem接口控制引腳

(1)：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號，該引腳向Modem輸出信號，低電平有效。CPU準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)后，若欲使成為有效，可以將控制字的DTR位設(shè)置為“1”后輸出該有效信號。

：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好信號，該信號由Modem輸出，低電平有效。當(dāng)Modem已經(jīng)做好發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時，就發(fā)出信號，CPU可以用IN指令讀入8251A的狀態(tài)寄存器，檢測DSR位，當(dāng)DSR位為“1”時，表示信號有效。該信號實際上是對信號的應(yīng)答，一般情況下是用來接收數(shù)據(jù)的。：請求發(fā)送信號，向Modem輸出的低電平有效信號。當(dāng)CPU準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)時，由軟件定義，設(shè)置控制字中的RTS位為“1”，則輸出低電平有效信號。

：準(zhǔn)許發(fā)送信號，由Modem輸入的信號，低電平有效。這是對的應(yīng)答信號，實際應(yīng)用中，可將控制字中TXEN位置“1”，則為低電平有效，發(fā)送器可串行發(fā)送數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，如果使無效，或控制字中的TXEN位為“0”，則發(fā)送器將正在發(fā)送的字符結(jié)束后停止發(fā)送。

2.?8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6.18所示。由發(fā)送器、接收器、數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫控制邏輯電路及調(diào)制/解調(diào)控制電路五部分組成。圖6.188251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收寄存器

◆數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器

數(shù)據(jù)發(fā)送部分可分為數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器和發(fā)送移位寄存器。數(shù)據(jù)輸出以字符為單位首先送到數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器中，再進(jìn)入發(fā)送移位寄存器，以上過程都是在8251A的內(nèi)部并行傳輸?shù)?。在發(fā)送移位寄存器中，按照事先和接收方約定的字符傳輸格式，再加上起始位、奇偶校驗位和停止位，然后再以約定的波特率先低位后高位地輸出。

數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器將數(shù)據(jù)傳給發(fā)送移位寄存器后，CPU即可對其寫入下一個字符，而發(fā)送移位寄存器送出第一個字符各位后，又立即接收第二個字符，開始第二個字符的發(fā)送。8251A內(nèi)部寄存器的地址如表6.4所示。表6.48251A內(nèi)部寄存器的地址

◆數(shù)據(jù)接收寄存器

數(shù)據(jù)接收部分包括接收移位寄存器和數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器。串行數(shù)據(jù)逐位進(jìn)入接收移位寄存器時，首先尋找起始位，然后才讀入數(shù)據(jù)位。

接收電路始終用接收時鐘CLK選通采樣串行輸入數(shù)據(jù)的狀態(tài)，每16個CLK脈沖對應(yīng)一個數(shù)據(jù)位。在檢測到由1到0的變化時，若連續(xù)采樣8次，數(shù)據(jù)一直都為低電平，則認(rèn)定是數(shù)據(jù)的起始位；否則認(rèn)為是干擾信號，將重新采樣。以后每隔16個CLK周期讀取一次數(shù)據(jù)位(正好在數(shù)據(jù)的中間點(diǎn))，讀至停止位，一個字符接收完畢，然后開始尋找第二個字符的起始位。這樣安排的好處是，可以減少誤判起始信號的次數(shù)，允許發(fā)送時鐘和接收時鐘的頻率有少許誤差，每個字符單獨(dú)開始又避免了時鐘誤差的積累。接收移位寄存器接收到一個字符后，首先要進(jìn)行格式檢查，若不正確，則通過線路狀態(tài)寄存器設(shè)置出錯標(biāo)志；若正確，則將真正的數(shù)據(jù)位保留并傳送給數(shù)據(jù)接收緩沖器。然后線路狀態(tài)寄存器中的“接收數(shù)據(jù)可用”位置1，CPU可以通過查詢或中斷方式取走這個字符，清除“接收數(shù)據(jù)可用”位，接著再接收下一個字符。在數(shù)據(jù)接收過程中，若接收的前一個字符在數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器中尚未被CPU取走，后一個字符經(jīng)接收移位寄存器接收完畢又要送至接收緩沖寄存器，就會丟失字符，這種情況稱為“溢出錯”，在線路狀態(tài)寄存器中也有相應(yīng)位記錄。

2)線路控制及狀態(tài)部分

◆通信線路控制寄存器

CPU用OUT指令將一個8位控制字寫入通信線路控制寄存器，以決定通信中字符的格式。控制寄存器的內(nèi)容也可以用IN指令讀出。

◆通信線路狀態(tài)寄存器

CPU讀入通信線路的狀態(tài)寄存器，即可了解數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的情況。

3)波特率控制部分

波特率控制部分的可編程寄存器就是除數(shù)寄存器，實際上就是分頻系數(shù)。在PC/XT系列微機(jī)中，輸入的時鐘頻率為1.8432MHz，該頻率除以除數(shù)寄存器中的雙字節(jié)后，得到的是數(shù)據(jù)發(fā)送器的工作頻率，再除以16，才是真正的發(fā)送波特率。

在PC/XT系列微機(jī)中，波特率和除數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系如表6.5所示。表6.5除數(shù)和波特率的對應(yīng)關(guān)系

4)?Modem控制與狀態(tài)

該模塊實現(xiàn)通信過程中的聯(lián)絡(luò)功能，包括聯(lián)絡(luò)信號的生成與檢測。

◆?Modem控制寄存器

Modem控制寄存器的定義如圖6.19所示。該寄存器的高3位沒有定義，D4決定串行接口控制器的UART的工作方式：D4?=?0，UART處于正常工作狀態(tài)；D4?=?1，UART處于自檢狀態(tài)，可以用自發(fā)自收的方式來檢查芯片。其工作原理是：UART數(shù)據(jù)輸入端與外部斷開，而在芯片內(nèi)部與數(shù)據(jù)輸出接通，同時4個輸入信號與4個輸出信號相連。圖6.19Modem控制寄存器的定義

◆?Modem狀態(tài)寄存器

Modem狀態(tài)寄存器的定義如圖6.20所示，其高4位就是4個外部輸入信號的狀態(tài)，而低4位則記錄高4位的變化。計算機(jī)在每次讀Modem狀態(tài)寄存器時，低4位被清零。以后若高4位中有某位狀態(tài)發(fā)生變化時，則低4位的相應(yīng)位就置1，這些狀態(tài)位的變化除了可以讓CPU的輸入指令查詢外，也可以引起中斷。圖6.20Modem狀態(tài)寄存器的定義

3.?8251A的內(nèi)部寄存器及初始化編程

8251A是一個可編程的多功能串行通信接口芯片，在實際使用前必須對它初始化，用來確定其工作方式、傳輸速率、字符格式以及停止位長度等。8251A有三種控制字，分別為方式選擇字、操作命令字和狀態(tài)字。

1)方式選擇字

8251A方式選擇字的格式如圖6.21所示。在控制字中，D1D0有四種組合，當(dāng)D1D0?=?00時，8251A選擇同步工作方式；否則，8251A選擇異步工作方式。在異步方式下，輸入的時鐘和波特率之間的系數(shù)可由D1D0的其他三種組合規(guī)定。D3D2是用來確定數(shù)據(jù)位長度的。D5D4可以用來確定是否需要奇偶校驗，是奇校驗還是偶校驗。D7D6的定義分為兩種情況：在同步工作時，設(shè)置選用的是內(nèi)同步還是外同步以及同步的個數(shù)；在異步工作時，設(shè)置停止位的長度。圖6.218251A的方式控制字

2)操作命令字

操作命令字可以使8251A處于預(yù)先規(guī)定(初始化設(shè)置)的工作狀態(tài)。?操作命令控制字的格式如圖6.22所示。

操作命令字中，每位的定義如下：

(1)?TXEN：允許發(fā)送/屏蔽發(fā)送的控制端。TXEN?=?1時，發(fā)送器才能通過TXD引腳向外部串行發(fā)送數(shù)據(jù)。

(2)?DTR：DTR位置1，表示CPU已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，此時，8251A的引腳向Modem輸出低電平有效信號。圖6.228251A的操作命令字

(3)?RXE：允許接收/屏蔽接收的控制端。RXE?=?1時，接收器才能通過RXD引腳接收外部串行數(shù)據(jù)。

(4)?SBRK：該位發(fā)送斷缺字符。SBRK?=?1時，迫使TXD引腳處于低電平，發(fā)送“0”信號。在正常通信過程中，SBRK應(yīng)保持為0。

(5)?ER：ER?=?1時，則清除奇偶出錯標(biāo)志(PE)、溢出錯誤標(biāo)志(OE)和幀校驗出錯標(biāo)志(FE)。

(6)?RTS：該位是請求發(fā)送信號。RTS?=?1時，迫使引腳輸出低電平，表示CPU已經(jīng)做好了發(fā)送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

(7)?IR：內(nèi)部復(fù)位信號。IR?=?1時，迫使8251A回到方式選擇控制字狀態(tài)。通常用戶有兩種方法復(fù)位8251A：一種是硬件復(fù)位，即通過引腳RESET?=?1使得8251A進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；另一種是軟件復(fù)位，即通過IR位置1使得8251A進(jìn)入方式選擇控制字狀態(tài)，重新選擇其工作方式。

(8)?EH：該位只對同步方式有效。EH?=?1時，表示開始搜索同步字符。所以，對同步方式來講，一旦允許接收(RXE?=?1)，必須同時使得EH和ER為1，清除全部錯誤標(biāo)志后，才能開始搜索同步字符。

3)狀態(tài)控制字

在8251A工作過程中，CPU隨時可以用IN指令讀取當(dāng)前8251A的狀態(tài)控制字，了解8251A的工作情況。狀態(tài)控制字的格式如圖6.23所示。

(1)?TXRDY：發(fā)送準(zhǔn)備好標(biāo)志，表示當(dāng)前發(fā)送緩沖器已空。一旦發(fā)送緩沖器已空，該位就置1，它只表示8251A當(dāng)前的工作狀態(tài)。TXRDY引腳要為高電平，必須滿足其他兩個條件：一是要對8251A發(fā)操作命令，使其允許發(fā)送；二是8251A要從Modem輸入一低電平，使引腳為低電平有效。在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，TXRDY狀態(tài)和TXRDY引腳信號總是相同的。圖6.238251A的狀態(tài)寄存器

(2)?RXRDY、TXEMPY、SYNDET/BRKDET：三個位狀態(tài)的定義與其相應(yīng)的引腳定義相同，可以供CPU隨時查詢。

(3)?DSR：該狀態(tài)位為1時，表示外設(shè)或Modem已經(jīng)做好發(fā)送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，同時發(fā)出低電平，使8251A的DSR引腳為低電平有效信號。

(4)?PE：為奇偶錯標(biāo)志位。PE為高電平表示當(dāng)前發(fā)生了奇偶錯誤，但不影響8251A正常工作。

(5)?OE：溢出錯標(biāo)志位。當(dāng)當(dāng)前字符從RXD端輸入，而CPU還沒有來得及讀取上一個字符時，上一個字符將丟失，此時置位OE(OE?=?1)，但不影響8251A正常工作。

(6)?FE：幀校驗錯標(biāo)志。當(dāng)在字符的結(jié)尾沒有檢測到規(guī)定的停止位時，該標(biāo)志置位(FE?=?1)。FE只對異步工作方式有效，不影響8251A的正常工作。

PE、OE、FE這三個標(biāo)志可通過操作命令字的ER位為1來全部復(fù)位。

4)?8251A初始化編程

對8251A進(jìn)行初始化編程必須在系統(tǒng)復(fù)位之后(RESET引腳為高電平)，使得收、發(fā)引腳處于空閑狀態(tài)、各個寄存器處于復(fù)位狀態(tài)的情況下對8251A初始化編程時，先使用方式控制字設(shè)置其工作方式。若設(shè)置8251A在異步方式下工作，必須緊接操作命令字進(jìn)行定義，然后才可以開始傳輸數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，還可以使用操作命令字重新定義，或使用狀態(tài)控制字讀入8251A的狀態(tài)。在設(shè)置新的工作方式時，必須用操作命令字將IR位置1，以便使其返回到方式控制字，接收新的方式選擇命令，從而改變工作方式，使8251A按新的工作方式工作。8251A初始化編程可以用圖6.24來描述。圖6.248251A初始化編程的框圖6.2.2計算機(jī)串行接口設(shè)計

下面我們介紹用兩片8251A芯片實現(xiàn)兩個8088CPU之間串行通信的實例，其接線圖如圖6.25所示。假設(shè)1#8251A數(shù)據(jù)口的地址為2A0H，控制口的地址為2A1H。同樣，2#8251A數(shù)據(jù)口的地址為2A0H，控制口的地址為2A1H。圖6.25用8251A實現(xiàn)兩個8088CPU的串行通信網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)是安裝在計算機(jī)上并提供網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)的適配器。它的作用是將數(shù)據(jù)分解為適當(dāng)大小的數(shù)據(jù)包，然后把它們發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)。每一NIC都是為一種特定的網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)計的，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI、ARCNET及其他。一個NIC為一種特定類型的電纜，如同軸電纜、雙絞線電纜或光纜提供一個連接點(diǎn)。無線LAN的NIC通常有一個天線，以便與基站通信。網(wǎng)絡(luò)接口卡提供專用的、全時段的網(wǎng)絡(luò)接入模式。目前，市面上主要是PCI接口的網(wǎng)卡。6.3網(wǎng)絡(luò)接口

NIC是由物理和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范定義的。這些物理規(guī)范定義機(jī)械和電氣接口規(guī)范。機(jī)械規(guī)范定義纜線的物理連接方法。電氣規(guī)范定義用于通過電纜傳輸比特流的成幀方法。它們也定義通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂菩盘?。?shù)據(jù)鏈路層規(guī)范根據(jù)IEEE802.X標(biāo)準(zhǔn)(或者其他標(biāo)準(zhǔn))定義媒體接入方法(以太網(wǎng)CSMA/CD、令牌環(huán)(TokenRing)等)。網(wǎng)絡(luò)接口卡的使用分為兩類：遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的和遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范但添加了增強(qiáng)性能的。網(wǎng)絡(luò)接口卡之間硬件設(shè)計的差異會降低性能。例如，具有32位接口的網(wǎng)卡給16位的網(wǎng)卡傳送數(shù)據(jù)的速度通常比16位接口的網(wǎng)卡能夠處理數(shù)據(jù)的速度要快。要解決這個瓶頸問題，可提供內(nèi)存緩沖區(qū)以捕獲和保存?zhèn)魅霐?shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)溢出和允許32位卡先完成其傳輸另一類瓶頸問題發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)接口卡和計算機(jī)內(nèi)存之間。一旦接收到信息，有四種方法可以將信息從網(wǎng)絡(luò)接口卡移入計算機(jī)：使用DMA(直接存儲器存取)或控制器控制系統(tǒng)總線，從NIC傳送數(shù)據(jù)到內(nèi)存位置，因此減少了CPU負(fù)載?；蚴褂霉蚕韮?nèi)存方案，NIC有自己的內(nèi)存，系統(tǒng)處理器可以直接訪問，或者CPU和NIC共享一個系統(tǒng)內(nèi)存塊，兩者都能直接訪問。使用總線主控技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)適配器可以不中斷系統(tǒng)處理器而將信息直接傳送到系統(tǒng)內(nèi)存。全球?qū)ぶ反_保了每個網(wǎng)絡(luò)接口卡有唯一的識別節(jié)點(diǎn)地址。它是網(wǎng)卡生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時內(nèi)置在ROM中的，而且保證絕對不會重復(fù)。令牌環(huán)和以太網(wǎng)卡地址是在卡上硬接線的。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)負(fù)責(zé)分配地址給令牌環(huán)和以太網(wǎng)卡。每個制造商都被分配以唯一的代碼和地址塊。安裝網(wǎng)卡時，最好確定網(wǎng)卡的地址并將它記下來以供未來參考。也可以使用網(wǎng)卡提供的診斷工具程序，以便在系統(tǒng)上安裝網(wǎng)卡之后確定它的地址。還可以在網(wǎng)卡的標(biāo)簽上找到網(wǎng)卡地址。大多數(shù)網(wǎng)卡都有一個供遠(yuǎn)程啟動PROM(可編程只讀存儲器)使用的插座。遠(yuǎn)程啟動PROM用于不能自己啟動而從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器啟動的無盤工作站。無盤工作站比帶軟盤和硬盤驅(qū)動器的系統(tǒng)便宜，它也更加安全，因為用戶不能將有價值的數(shù)據(jù)下載到軟盤或上載病毒和未經(jīng)授權(quán)的軟件。6.3.1網(wǎng)絡(luò)接口芯片RTL8019AS

RTL8019AS是由臺灣Realtek公司生產(chǎn)的高度集成以太網(wǎng)接口控制芯片，該芯片是一款全雙工以太網(wǎng)接口芯片，收發(fā)可同時達(dá)到10Mb/s的速率，以其優(yōu)良的性能、低廉的價格，在市場10Mb/s網(wǎng)卡中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。RTL8019AS芯片的特性為：

(1)采用CMOS工藝，功耗低；單一5V電源供電。

(2)封裝為100PIN的PQFQ，縮小了PCB尺寸，支持PNP自檢方式。

(3)支持以太網(wǎng)Ⅱ和IEEE802.3、10Base5、10Base2、10Base5T。

(4)支持跳線模式、非跳線模式和NPN即插即用模式。

(5)內(nèi)置16KB的SRAM，用于收/發(fā)緩沖，降低了對主處理器的速度要求。

(6)支持三種電平下降方式：睡眠模式、功率下降有內(nèi)部時鐘運(yùn)行和功率下降內(nèi)部時鐘停止。

(7)支持UTP、AUI和BNC自動檢測；支持10BaseT的自動極性改正。

(8)支持8條IRQ總線，16條I/O基本地址選項和額外I/O地址輸入/輸出完全解碼方式。

(9)支持存儲器瞬時讀/寫；能夠使用93C46(64×16b×EPROM)存儲資源和ID參數(shù)。

(10)支持可編程的自診斷LED輸出。

1.芯片管腳結(jié)構(gòu)

RTL8019AS采用100腳PQFP封裝，其結(jié)構(gòu)如圖6.26所示。

RTL8019AS的主要引腳功能如下：

(1)引腳1～4、97～100：中斷控制INT0～I(xiàn)NT7。

(2)引腳33：復(fù)位控制。

(3)引腳34：使能控制AEN，低電平有效。

(4)引腳6、7、70、89：數(shù)字電源，+5V。

(5)引腳14、28、83、86：數(shù)字地GND。

(6)引腳47、57：模擬電源，+5V。

(7)引腳44、52：模擬地。

(8)引腳7～13、15、16、18～27：ISA地址總線。圖6.26RTL8019AS芯片的結(jié)構(gòu)(9)引腳36～43、87、88、90～95：ISA數(shù)據(jù)總線。

(10)引腳31：BootROM讀操作控制。

(11)引腳32：BootROM寫操作控制。

(12)引腳62：RX接收數(shù)據(jù)顯示LED1腳。

(13)引腳63：TX發(fā)送數(shù)據(jù)顯示LED2腳。

(14)引腳58、59：接收數(shù)據(jù)TPIN+/-。

(15)引腳45、46：發(fā)送數(shù)據(jù)TPOUT+/-。

(16)引腳50、51：外接晶體。

2.主要寄存器描述

RTL8019AS中的寄存器根據(jù)地址和功能能夠概略的分為兩組：一組對NE2000；一組對即插即用。即插即用模式適用于在電腦上使用，因此這里不予考慮。

NE2000寄存器包括寄存器的四個頁面，它們通過CR寄存器的PS0和PS1被選擇。每一頁面包括16個寄存器。這些寄存器除了和NE2000兼容外，RTL8019AS還定義了其他一些寄存器。

(1)?CR：指令寄存器(00H；Type?=?R/W)。這個寄存器用來選擇寄存器頁面，能進(jìn)行遠(yuǎn)程DMA操作和命令操作。

(2)?ISR：中斷狀態(tài)寄存器(07H；Type?=?R/Winpage0)。這個寄存器反映NIC狀態(tài)。主機(jī)通過相應(yīng)位的狀態(tài)來判斷中斷的原因?？梢酝ㄟ^對相應(yīng)的位寫1來清除該位。它必須在上電源后清除。

(3)?IMR：中斷屏蔽寄存器(0FH；Type?=?Winpage0，Type=Rinpage2)。

(4)?DCR：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寄存器(0EH；Type?=?Winpage0，Type=Rinpage2)。

(5)?TCR：傳輸配置寄存器(0DH；Type?=?Winpage0，Type?=?Rinpage2)。

(6)?TSR：傳輸狀態(tài)寄存器(04H；Type?=?Rinpage0)。

(7)?RCR：接收結(jié)構(gòu)寄存器(0CH；Type?=?Winpage0，Type?=?Rinpage2)。

(8)?RSR：接收狀態(tài)寄存器(0CH；Type?=?Rinpage0)。

(9)?CLDA0、CLDA1：當(dāng)前局部DMA寄存器(01H和02H；Type?=?Rinpage0)。通過讀這兩個寄存器來得到當(dāng)前DMA的地址。

(10)?PSTART：接收緩沖區(qū)的起始頁地址寄存器(01H；Type?=?Winpage0，Type?=?Rinpage2)。該寄存器用來設(shè)置接收緩沖器的開始頁面地址。

(11)?PSTOP：接收緩沖區(qū)的結(jié)束頁地址寄存器(02H；Type?=?WinPage0，Type?=?RinPage2)。該寄存器設(shè)置接收緩沖器停止頁面的寄存器地址。在8位方式下，PSTOP寄存器不應(yīng)該超過0X60，在6位方式下，PSTOP寄存器應(yīng)該不超過0X80。

(12)?BNRY：邊界寄存器(03H；Type?=?R/Winpage0)。這個寄存器用來放置接收緩沖器的重寫。它代表性的功能是作為接收緩沖器最后頁面的指針。

(13)?TPSR：傳送頁面開始寄存器(04H；Type?=?Winpage0)。該寄存器用來設(shè)置傳送數(shù)據(jù)包開始的頁面地址。

(14)?TBCR0，、TBCR1：傳輸字節(jié)計算寄存器(05H，06H；Type?=?Winpage0)。該寄存器用來設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)包的字節(jié)計數(shù)。

(15)?NCR:沖突數(shù)寄存器(05H；Type?=?Rinpage0)。該寄存器用來記錄在數(shù)據(jù)包傳送過程中的沖突節(jié)點(diǎn)數(shù)。

(16)?FIFO：先進(jìn)先出寄存器(06H；Type?=?Rinpage0)。這個寄存器允許主機(jī)檢查loopback后的FIFO內(nèi)容。

(17)?CRDA0、CRDA1：當(dāng)前遠(yuǎn)程DMA寄存器(08H，09H；Type?=?Rinpage0)。這兩個寄存器包括當(dāng)前遠(yuǎn)程DMA地址。

(18)?RSAR0、RSAR1：遠(yuǎn)程起始地址寄存器(08H，09H；Type?=?Winpage0)。這兩個寄存器設(shè)置遠(yuǎn)程DMA起始地址。

(19)?RBCR0、RBCR1：遠(yuǎn)程字節(jié)數(shù)寄存器(0AH，0BH；Type?=?Winpage0)。該寄存器設(shè)置遠(yuǎn)程DMA數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。

(20)?CNTR0：幀同步錯誤計數(shù)寄存器(0DH；Type?=?Rinpage0)。

(21)?CNTR1：CRC錯誤數(shù)記錄寄存器(0EH；Type?=?Rinpage0)。

(22)?CNTR2：遺失數(shù)據(jù)包數(shù)記錄寄存器(0FH；Type?=?Rinpage0)。

(23)?PAR0～PAR5：實際地址寄存器(01H～06H；Type?=?R/Winpage1)。

(24)?CURR：當(dāng)前頁面寄存器(07H；Type?=?R/Winpage1)。

(25)?MAR0～MAR7：多點(diǎn)地址寄存器(08H～0FH；Type?=?R/Winpage1)。除以上寄存器外，RTL8019AS還自定義了一些寄存器：

(1)?BPAGE：BROM頁寄存器(02H；Type?=?R/W)。

(2)?CONFIG0：RTL8019AS結(jié)構(gòu)寄存器0(03H；Type?=?R，除了位[7∶6]?=?R/W)。

(3)?CONFIG1：RTL8019AS結(jié)構(gòu)寄存器1(04H；Type?=?R，除了位7?=?R/W)。

(4)?CONFIG2：RTL8019AS結(jié)構(gòu)寄存器2(05H；Type?=?R，除了[7∶5]?=?R/W)。

(5)?CONFIG3：RTL8019AS結(jié)構(gòu)寄存器3(06H；Type?=?R，除了位[2∶1]?=?R/W)。

(6)?CONFIG4：RTL8019AS結(jié)構(gòu)寄存器4(0DH；Type?=?R)。

(7)?CSNSAV：CSN保存寄存器(08H；Type?=?R)。這個寄存器為以PNPCSN寄存器為標(biāo)記的CSN的備份。

(8)?HLTCLK：時鐘停止寄存器(09H；Type?=?W)。當(dāng)RTL8019AS體眠時這是唯一一個第一組寄存器中活動的寄存器。當(dāng)RTL8019AS不是低功耗模式時，可以向這個寄存器寫數(shù)據(jù)。(如CONFIG3寄存器中PWRDN位為0。)

(9)?INTR：中斷寄存器(0BH；Type?=?R)。該寄存器反映INT7～I(xiàn)NT0的狀態(tài)。

(10)?FMWP：閃存寫保護(hù)寄存器(0CH；Type?=?W)。這個寄存器為只寫。僅僅當(dāng)EEM0?=?EEM1?=?1時才可向寄存器寫數(shù)據(jù)。連續(xù)寫2字節(jié)的數(shù)據(jù)(57H然后A8H)到寄存器使閃存寫操作可用。寫其他數(shù)據(jù)到寄存器將重置寫次序且使閃存寫無效。如果寫操作無效，則所有閃存來自主機(jī)的寫命令將被忽略。6.3.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計

1.基于RTL8019AS的網(wǎng)絡(luò)接口硬件設(shè)計

RTL8019部分電路設(shè)計如圖6.27所示。圖中包括網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8019AS、網(wǎng)絡(luò)變壓器20F001N和網(wǎng)絡(luò)接口RJ45。SD0～SD7為8位數(shù)據(jù)線，接數(shù)據(jù)總線；SA0～SA19為地址線，SA5～SA7、SA10～SA19接地，SA8～SA9接高電平，因而本系統(tǒng)中真正用到的只有5條；SMEMRB和SMEMWB為存儲器讀/寫引腳，接高電平，選擇I/O模式讀/寫網(wǎng)絡(luò)芯片；TPOUT、TPIN為差分輸出/輸入引腳。RTL8019AS經(jīng)過20F001N進(jìn)行信號隔離處理后與RJ45相連，接入以太網(wǎng)。

2.RTL8019AS初始化

RTL8019AS內(nèi)部的16KB的RAM用于收/發(fā)緩沖，地址為0x4000～0x7FFF，收/發(fā)緩沖以頁為單位，每頁256B，共64頁，如果某頁沒有完全填滿數(shù)據(jù)，則下包數(shù)據(jù)也不能繼續(xù)使用該頁，只能使用新的頁。一般將前12頁作為發(fā)送緩沖區(qū)，分為兩個6頁的緩沖區(qū)(最大數(shù)據(jù)包占6頁)，兩個發(fā)送緩沖區(qū)交替使用，可提高發(fā)送效率；后52頁作為接收緩沖區(qū)。圖6.27RTL8019AS電路圖該RAM是雙端口的，具有兩套總線，一套是RTL8019AS讀/寫該RAM，即本地DMA；另一套是單片機(jī)讀/寫該RAM，即遠(yuǎn)程DMA，要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包就必須對這塊RAM進(jìn)行DMA讀/寫。

RTL8019AS具有32位I/O地址，地址偏移量為00H～1FH，本系統(tǒng)中對應(yīng)于300H～31FH。其中，00H～0FH為16個寄存器地址，寄存器分為4頁，與NE2000兼容的只有前3頁，第4頁是RTI8019AS自己定義的，對于其他兼容NE2000的芯片無效。所以，為了保證驅(qū)動程序?qū)λ蠳E2000兼容的網(wǎng)卡都有效，不要去操作第4頁的寄存器。10H～17H為8個遠(yuǎn)程DMA地址，都可以用來做遠(yuǎn)程DMA地址，使用其中一個即可。微控制器通過讀/寫數(shù)據(jù)端口10H～17H實現(xiàn)對緩沖區(qū)的訪問。18H～1FH共8個地址為復(fù)位端口，它們的功能一樣，使用其中一個即可，用于RTL8019AS的熱復(fù)位。

TCP/IP協(xié)議族是一組不同層次上的多個協(xié)議的組合，分為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。在鏈路層上，首先要解決RTL8019AS的驅(qū)動問題，驅(qū)動程序包括三部分：以太網(wǎng)接口芯片初始化程序、發(fā)送數(shù)據(jù)程序和接收數(shù)據(jù)程序，它們屏蔽了底層硬件處理細(xì)節(jié)，同時向上層軟件提供與硬件無關(guān)的接口。驅(qū)動程序?qū)⒁逊庋b好的待發(fā)送數(shù)據(jù)按指定格式寫入芯片，并啟動發(fā)送命令，8019會自動把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理幀格式在信道上傳輸；反之，8019收到物理信號后將其還原成數(shù)據(jù)，按指定格式存放在芯片RAM中，以便主機(jī)程序取用，下面給出部分初始化程序，這些程序主要是對一些寄存器進(jìn)行設(shè)置。其中，reg00～reg0f為宏定義，代表RTL8019AS內(nèi)地址偏移量為00H～0FH的寄存器地址。reg00=0x21；/*CR，命令寄存器，選擇頁0，芯片停止運(yùn)行*/

reg01=0x4c；/*PSTART，頁起始寄存器*/

reg02=0x80；/*PSTOP，頁結(jié)束寄存器*/

reg03=0x4e；/*BNRY，邊界寄存器，用作讀指針*/

reg04=0x40；/*TPSR，發(fā)送頁起始寄存器*/

reg0c=0xcc；/*RCR，接收配置寄存器*/

reg0d=0xe0；/*TCR，發(fā)送配置寄存器*/

reg0e=0xc8；/*DCR，數(shù)據(jù)配置寄存器*/reg0f=0x00；/*IMR，中斷寄存器，屏蔽所有中斷*/

Page(1)；/*切換為頁1*/

reg07=0x4d/*CURR，當(dāng)前頁寄存器，用作寫指針*/

reg08=0x00/*MAR0，多址地址寄存器均設(shè)置為0*/

reg09=0x00；//MAR1

reg0a=0x00；//MAR2reg0b=0x00；//MAR3

reg0c=0x00；//MAR4

reg0d=0x00；//MAR5

reg0e=0x00；//MAR6

reg0f=0x00；//MAR7

SetMaclD()；/*設(shè)置芯片物理地址*/

reg00=0x22；/*選擇頁0，啟動芯片開始工作*/頁2的寄存器是只讀的，頁3的寄存器不是NE2000兼容的，所以均不用設(shè)置。首先選擇為頁0，網(wǎng)卡芯片為停止模式，因為還沒有進(jìn)行初始化。設(shè)置0x40～0x4B為網(wǎng)卡的發(fā)送緩沖區(qū)，共12頁，剛好存儲兩個最大的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。0x4C～0x7F為網(wǎng)卡的接收緩沖區(qū)，共52頁。剛開始時網(wǎng)卡沒有接收到任何數(shù)據(jù)包，因此BNRY指向第一個接收緩沖區(qū)的頁0x4C。設(shè)置完頁0的寄存器后切換為頁1，由于設(shè)計中沒有使用93C46，因此需要在程序中指定芯片的物理地址，寫入PAR寄存器，然后啟動芯片開始工作。讀指針BNRY和寫指針CURIZ主要用來控制緩沖區(qū)的存取過程，保證能正確讀出和寫入數(shù)據(jù)。6.4.180386系統(tǒng)支持的系統(tǒng)外圍芯片組82360SL

繼Intel公司推出80386微處理器后，又相繼推出了80386系列的外圍接口芯片。其中，在1992年推出的Intel80386SLCPU和82360SL芯片最為突出。82386SLCPU芯片內(nèi)含頁式存儲器管理系統(tǒng)、CACHE控制器和總線驅(qū)動電路。82360SL不僅與ISA總線標(biāo)準(zhǔn)兼容，而且集成了主板上必備的芯片接口，如DMA控制器、中斷控制器、定時/計數(shù)器、實時時鐘、串行接口及并行接口等。6.4微機(jī)接口芯片組介紹

1.?DMA控制器

在82360SL中包含有兩個82C37DMA控制器，提供7個DMA通道。其中，DMA1中的四個通道用于8位數(shù)據(jù)傳送。DMA2的通道0與DMA1級聯(lián)，通道1～3支持16位數(shù)據(jù)傳送(只有在偶地址時才傳送)。一次數(shù)據(jù)傳送，最大為64KB(對于8位傳送)或64千字(對于16位傳送)。另外，在其內(nèi)部還設(shè)有8個8位頁面寄存器，提供DMA通道的高8位地址。

2.中斷控制器

82360SL中包含有兩個82C59A中斷控制器，二者級聯(lián)，一個是主片，另一個為從片，對外提供15個中斷請求輸入端，也稱為15級中斷。

3.可編程定時/計數(shù)器

82360SL中包含有兩個82C54定時/計數(shù)器。每個定時/計數(shù)器中均有三個計數(shù)器。其中，定時/計數(shù)器1中的計數(shù)器0用于系統(tǒng)計數(shù)器，產(chǎn)生日時鐘計時；計數(shù)器1用于動態(tài)存儲器DRAM刷新；計數(shù)器2用于產(chǎn)生揚(yáng)聲器的音頻信號。三個計數(shù)器輸入均為1.19318MHz的方波信號。定時/計數(shù)器2的三個計數(shù)器僅使用其中兩個。計數(shù)器0用于看門狗功能；計數(shù)器1用于產(chǎn)生警報信號，即當(dāng)電池電壓降低時，發(fā)出警告。定時/計數(shù)器2具有可選功能，可利用配置寄存器選擇其使用或者禁止。

4.實時時鐘

82360SL中包含有與MC146818等效的實時時鐘。除此之外，還可選擇外部實時時鐘，為外部實時時鐘提供控制信號。內(nèi)部實時時鐘配有256字節(jié)的CMOSRAM，可實現(xiàn)全日制計時，作為百年日歷，可通過編程在指定時間報警。在實時時鐘內(nèi)部具有保護(hù)功能，通過編程可選擇保護(hù)形式。

5.串行通信接口

82630SL中包含有兩個與NC16550等效的串行通信接口電路，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳送。

6.雙向并行高速I/O接口

82360SL內(nèi)部有一個8位雙向并行高速I/O接口。它有三種工作模式：ISA兼容、PS/2兼容及快速并行傳送。在ISA兼容模式中作為標(biāo)準(zhǔn)ISA總線并行口，只能輸出數(shù)據(jù)；在PS/2兼容模式中可設(shè)定為一個輸入口，或者設(shè)定為輸出口?？焖俨⑿袀魉湍Ｊ脚cPS/2模式相同，但傳送率較高。

另外，在82360SL中配有完整的專用譯碼器，支持外接8042鍵盤控制器、82077軟盤控制器和具有IDE接口的硬盤。通過編程可選擇CPU時鐘、DMA時鐘和鍵盤時鐘頻率，可控制DMA控制器插入等待周期，支持局部存儲器、ISA總線存儲器的刷新控制。6.4.280486系統(tǒng)支持的系統(tǒng)外圍芯片組82357ISP

有許多486微機(jī)系統(tǒng)采用EISA總線結(jié)構(gòu)，同時有一些高檔的386系統(tǒng)也采用EISA結(jié)構(gòu)。很多EISA結(jié)構(gòu)的微處理系統(tǒng)采用Intel公司的EISA芯片82350系列進(jìn)行設(shè)計。82357ISP是這個系列中的一個芯片，稱為集成外圍電路。82357ISP是一種多功能外圍接口芯片，其中集成有DMA控制器、中斷控制器、定時/計數(shù)器、NMI產(chǎn)生電路以及總線判優(yōu)電路等。

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