Параллельный интерфейс: LPT-порт

Порт параллельного интерфейса был введен в PC для подключения принтера —LP'T-порт (Line PrinTer — построчный принтер).

Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 386h, 378h и 278h. Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов.

BIOS поддерживает до четырех LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом — прерыванием INT 17h, обеспечивающим через них связь с принтерами по интерфейсу Centronics. Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа, инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера.

Интерфейс Centronics

Понятие Centronics относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему, устанавливаемому на принтерах. Назначение сигналов приведено в табл. 1.

Таблица 1.

Сигналы интерфейса Centronics

Сигнал

I/O*

Контакт

Назначение

Strobe

I

1

Строб данных. Данные фиксируются по низкому уровню сигнала

Data [0:7]

I

2−9

Линии данных. Data 0 (контакт 2) — младший бит

Actt

0

10

Acknowledge — импульс подтверждения приема байта (запрос на прием следующего). Может использоваться для формирования запроса прерывания

Busy

0

11

Занято. Прием данных возможен только при низком уровне сигнала

PaperEnd

0

12

Высокий уровень сигнализирует о конце бумаги

Select

0

13

Сигнализирует о включении принтера

Auto LF#

I

14

Автоматический перевод строки.

Еггогй

0

32

Ошибка: конец бумаги, состояние OFF-Line или внутренняя ошибка принтера

Imt#

I

31

Инициализация

Slot In#

I

36

Выбор принтера (низким уровнем). При высоком уровне принтер не воспринимает остальные сигналы интерфейса

GND

-

19−30 33

Общий провод интерфейса

* I/O

Задает

Направление

(вход/выход) применительно к принтеру.

Интерфейс Centronics поддерживается большинством принтеров с параллельным интерфейсом, его отечественным аналогом является интерфейс ИРПР-М.

Традиционный LPT-порт

Традиционный порт SPP (Standard Parallel Port) является однонаправленным портом, на базе которого программно реализуется протокол обмена Centronics. Порт обеспечивает возможность вырабатывания запроса аппаратного прерывания по импульсу на входе АСК#. 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. 2) соответствуют интерфейсу Centronics.

Таблица 2.

Разъем стандартного LPT-порта

Контакт DB-25S

Провод шлейфа

Назначение

I/O*

Reg.Bit**

Сигнал

1

1

0/1

CR: 0\

Strobe#

2

3

0(1)

DR:0

Data 0

3

5

0(1)

DR: 1

Data 1

4

7

0(1)

DR: 2

Data 2

5

9

0(1)

DR:3

Data 3

6

11

0(1)

DR: 4

Data 4

7

13

0(1)

DR:5

Data 5

8

15

0(1)

DR:6

Data 6

9

17

0(1)

DR:7

Data 7

10

19

I

SR: 6

Ack#

11

21

I

SR: 7\

Busy

12

23

I

SR: 5

PaperEnd

13

25

I

SR: 4

Select

14

2

0/1

CR: 1\

Auto LF#

15

4

I

SR: 3

Error#

16

6

0/1

CR: 2

Init#

17

8

0/1

CR:3\

Select In#

18−25

10, 12, 14, 16

18, 20, 22, 24, 26

-

-

* I/O задает направление передачи (вход/выход) сигнала порта; 0/I обозначает выходные линии, состояние которых считывается при чтении из соответствующих портов вывода.

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

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

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

Data Register (DR) — регистр данных, адрес= BASE. Данные, записанные в этот порт, выводятся на выходные линии интерфейса. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигналам на тех же линиях.

Status Register (SR) — регистр состояния, представляющий 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 значению бита в регистре, и наоборот.

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

SR.7—Busy — инверсные отображения состояния линии Busy (11);

SR.6 —АСК (Acknowledge) — отображения состояния линии Ack# (10).

SR.5 —РЕ (Paper End) — отображения состояния линии Paper End (12).

SR.4—Select — отображения состояния линии Select (13). Единичное значение соответствует cигналу о включении принтера.

SR.3—Error — отображения состояния линии Error (15).

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[1:0] — зарезервированы.

Control Register (CR) — регистр управления, адрес=ВА5Е+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 более корректно использовать линии данного регистра как входные при программировании их в высокий уровень. Биты О, 1, 3 инвертируются — единичному значению в регистре соответствует низкий уровень сигнала, и наоборот.

Назначение бит регистра управления:

CR[7:6] — зарезервированы.

CR.5 — Direction — бит управления направлением передачи (только для портов PS/2). Запись единицы переводит порт данных в режим ввода.

CR.4 —ACKINTEN (Ack Interrupt Enable) — единичное значение разрешает прерывание по спаду сигнала на линии Ackff — сигнал запроса следующего байта.

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

CR.2 — Init — нулевое значение бита соответствует низкому уровню на выходе Imt# (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 — Carriage Return).

CR.O —Strobe — единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Strobeff (1) — сигналу стробирования выходных данных.

Запрос аппаратного прерывания (обычно IRQ7 или IRQ5) вырабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выводе 10 разъема интерфейса (АСК#) при установке CR.4=1. Прерывание вырабатывается, когда принтер подтверждает прием предыдущего байта.

Процедура вывода байта по интерфейсу Centronics через стандартный порт 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).

По получении готовности выводом в регистр управления устанавливается строб данных, а следующим выводом строб снимается (2 цикла lOWRff).

Стандартный порт сильно 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, называемым также и Hewlett Packard Bitronics, одновременно передаются 4 бита данных, пятая линия используется для квитирования.

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 ЗВСЬ, 378h и 278h и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки BIOS DATA AREA 0:0408h, 040Ah, 040СП, 040ЕП. Эти ячейки хранят адреса портов с логическими именами LPT1-LPT4. В ячейки 0:0478, 0479, 047А, 047 В заносятся константы, задающие выдержку тайм-аута для этих портов.

Поиск портов обычно ведется по базовому адресу. Если считанный байт совпал с записанным, считается, что найден LPT-порт, и его адрес помещают в ячейку BIOS DATA AREA. Адрес порта LPT4 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 Initff, после чего записывается значение 00h, соответствующее исходному состоянию сигналов интерфейса.

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

00h — вывод символа из регистра AL по протоколу Centronics. Данные помещаются в выходной регистр и после готовности принтера формируется строб.

01h — инициализаия интерфейса и принтера.

02h — опрос состояния принтера.

При вызове INT 17h номер функции задается в регистре АН, номер порта — в регистре DX (0 — LPT1, 1 — LPT2…). При возврате после любой функции регистр АН содержит код состояния — биты регистра состояния SR[7:3] (биты 6 и 3 инвертированы) и флаг тайм-аута в бите 0. Флаг тайм-аута устанавливается при неудачной попытке вывода символа.

Расширения параллельного порта

Недостатки стандартного порта частично устраняют новые типы портов, появившихся в компьютерах семейства PS/2.

Двунаправленный порт 1 (Typel parallel port) — интерфейс, введенный с PS/2. Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит: при CR.5=0 буфер данных работает на вывод, при CR.5=1 — на ввод.

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

Физический и электрический интерфейс

Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и передатчиков сигналов.

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 в некоторых случаях используют последовательные резисторы в выходных цепях передатчика. Согласование импеданса передатчика и кабеля снижает уровень импульсных помех.