Основы микропроцессорной техники

Раздел 2. Организация обмена информацией

2.3. Прохождение сигналов магистралью

При организации обмена магистралями и шинами производителю необходимо учитывать несколько важных моментов, связанных как с особенностью распространения сигналов шинами, так и с самой природой шин. В противном случае микропроцессорная система может попросту не работать или работать неустойчиво, хотя вся логика цифровых устройств, входящих в систему, будет спроектирована безошибочно.

В случае, когда системная шина (магистраль) микропроцессорной системы является внешней, а не скрытая внутри микросхемы, необходимо учитывать особенности распространения сигналов длинными линиями. Хотя в большинстве случаев длина магистрали не слишком велика, не превышает 1-2 десятков сантиметров, это все равно очень влияет на синхронизацию обмена.

На прохождение сигналов магистралью влияют следующие факторы:

• кончено величина задержки распространения сигналов линиями магистрали;
• различия задержек распространения сигналов разными линиями шины;
• неодновременное выставления сигналов на линии шины;
• искажение фронтов сигналов, проходящих линиями магистрали;
• отражения сигналов от концов линий связи (Рис. 2.14).

Рис. 2.14 Прохождение сигналов шиной.

Для учета всех этих факторов производители стандартных магистралей обмена и стандартных протоколов обмена всегда закладывают необходимые задержки между сигналами, участвующих в обмене. Кроме того, задержки между сигналами выбираются таким образом, чтобы устройство, которому адресован тот или иной сигнал, имел достаточно времени для его обработки. Если разрабатывается новая магистраль, все это тоже надо учитывать.

Поэтому пытаться "модернизировать" некий стандартный протокол и ускорять обмен магистралью путем уменьшения задержек, предусмотренных стандартом, очень опасно. Точно так же опасно, не изменяя протокола обмена, пытаться увеличить протяженность магистрали, увеличивая тем самым задержки распространения сигналов линиями и шинами. Особенно чувствительны к такого рода "модернизаций" синхронные магистра� �и, в которых не предусмотрено обязательное подтверждение выполнения каждой операции.

Например, продолжительность фазы адреса в цикле обмена выбирается следующим образом: В течение адресной фазы все сигналы всех разрядов кода адреса, пусть даже и сформированы процессором не одновременно, должны прийти к устройству-исполнителя своими проводниками шины. А устройство-исполнитель должен этот код адреса принять и обработать (то есть отличить свой адрес от чужой. Естественно, для гарантии в продолжительность адресной фазы еще добавляется небольшая дополнительная задержка.

Точно так же продолжительность фазы данных в цикле чтения должна выбираться такой, чтобы устройство-исполнитель успел получить строб чтения и выдать код данных, которые читаются, на шину данных. Затем этот код должен успеть дойти до процессора и процессор должен успеть его прочитать. После чего процессор снимает сигнал строб чтения, этот задний фронт сигнала доходит с задержкой до устройства-исполнителя, также с задержкой снимает свой код данных. Аналогично и в цикле записи.

Для улучшения формы сигналов, распространяющихся магистралью, иногда применяют конечные узгоджувачи (терминаторы) на концах линий магистрали. Особенно важно их применение в случае, когда допустимая длина магистрали превышает несколько метров. Например, в случае магистрали Q-bus применяются два типа узгоджувачив: 120-омний и 250-омний (Рис. 2.15).

Рис. 2.15. Конечные узгоджувачи на магистрали Q-bus.

Включение узгоджувачив выдвигает дополнительные требования к нагрузочной способности передатчиков, работающих на линии магистрали. В магистрали ISA подобные узгоджувачи не используются, хотя в некоторые линий присоединены резисторы, соединенные другим своим выводом с шиной питания (прежде всего это линии, тип выходного каскада для которых - ВК).

В любом случае выходные каскады передатчиков, работающих на линии магистрали, должны обеспечивать высокие выходные токи, так как к магистрали может пидьеднюватися несколько устройств, каждый из которых потребляет ток на входе. Типичные величины необходимых выходных токов магистральных передатчиков находятся в пределах 20-30 мА. В то же время входящие токи магистральных приемников должны быть маленькими, чтобы не перегружать передатчики. Типичные величины допустимых входных токов магистральных приемников лежат в пределах 0,2-0,8 мА.