Прохождение сигналов по магистрали

При организации обмена по магистралям и шинам разработчику не­обходимо учитывать несколько важных моментов, связанных как с осо­бенностью распространения сигналов по шинам, 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 скрыта внутри микросхемы, необходимо учитывать особенности распространения сигналов по длинным линиям. Хотя в большинстве случаев длина магистрали не слишком велика, не пре­вышает 1—2 десятков сантиметров, это все равно оказывает большое вли­яние на синхронизацию обмена.

На прохождение сигналов по магистрали влияют следующие факторы:

• конечная величина задержки распространения сигналов по линиям
магистрали;

• различие задержек распространения сигналов по разным линиям
шины;

• неодновременное выставление сигналов на линии шины;

• искажение фронтов сигналов, проходящих по линиям магистрали;

• отражение сигналов от концов линий связи (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Прохождение сигналов по шине.

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

Поэтому пытаться «модернизировать» какой-то стандартный протокол и ускорять обмен по магистрали путем уменьшения задержек, предусмот­ренных стандартом, очень опасно. Точно так же опасно, не изменяя про­токола обмена, пытаться увеличить длину магистрали, увеличивая тем самым задержки распространения сигналов по линиям и шинам. Особенно чувствительны к такого рода «модернизациям» синхронные магистрали, в которых не предусмотрено обязательное подтверждение выполнения каждой операции.

Например, длительность фазы адреса в цикле обмена выбирается та­ким образом. В течение адресной фазы все сигналы всех разрядов кода адреса, пусть даже и сформированные процессором не одновременно, должны дойти до устройства-исполнителя по своим проводам шины. А устройство-исполнитель должно этот код адреса принять и обработать (то есть отличить свой адрес от чужого). Естественно, для гарантии в дли­тельность адресной фазы еще добавляется небольшая дополнительная задержка.

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

Для улучшения формы сигналов, распространяющихся по магистрали, иногда применяют оконечные согласователи (терминаторы) на концах ли­ни и магистрали. Особенно важно их применение в случае, когда допусти­мая длина магистрали превышает несколько метров. Например, в случае магистрали Q-bus применяются два типа согласователей: 120-омный и 250-омный (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Оконечные согласователи на магистрали р-Ъш.

Включение согласователей предъявляет дополнительные требования
к нагрузочной способности передатчиков, работающих на линии магистрали. В магистрали ISА подобные согласователи не используются, хотя к
некоторым линиям присоединены резисторы, соединенные другим своим
выводом с шиной питания (прежде всего это линии, тип выходного каскада для которых — ОК).

В любом случае выходные каскады передатчиков, работающих на ли­нии магистрали, должны обеспечивать высокие выходные токи, так как к магистрали может подключаться несколько устройств, каждое из которых потребляет входной ток. Типичные величины требуемых выходных токов магистральных передатчиков находятся в пределах 20—30 мА. В то же вре­мя входные токи магистральных приемников должны быть малыми, что­бы не перегружать передатчики. Типичные величины допустимых вход­ных токов магистральных приемников лежат в пределах 0,2—0,8 мА.

Контрольные вопросы