Лекції по МПС

При організації обміну по магістралях і шинах розробнику необхідно враховувати декілька важливих моментів, пов'язаних як з особливістю розповсюдження сигналів по шинах, так і з самою природою шин. Інакше мікропроцесорна система може просто не працювати або працювати нестійко, хоча вся логіка цифрових пристроїв, що входять в систему, буде спроектована безпомилково.
У разі, коли системна шина (магістраль) мікропроцесорної системи є зовнішньою, а не прихована усередині мікросхеми, необхідно враховувати особливості розповсюдження сигналів по довгих лініях. Хоча в більшості випадків довжина магістралі не дуже велика, не перевищує 1-2 десятків сантиметрів, це все одно робить великий вплив на синхронізацію обміну.
На проходження сигналів по магістралі впливають наступні чинники:

кінцева величина затримки розповсюдження сигналів по лініях магістралі;
відмінність затримок розповсюдження сигналів по різних лініях шини;
неодночасне виставляння сигналів на лінії шини;
спотворення фронтів сигналів, що проходять по лініях магістралі;
віддзеркалення сигналів від кінців ліній зв'язку (мал. 2.14).

Для врахування всіх цих чинників розробники стандартних магістралей обміну і стандартних протоколів обміну завжди закладають необхідні затримки між сигналами, що беруть участь в обміні. Крім того, затримки між сигналами вибираються так, щоб пристрій, якому адресований той або інший сигнал, мав достатньо часу для його обробки. Якщо розробляється нова магістраль, все це теж треба враховувати.
Тому намагатися «модернізувати» якийсь стандартний протокол і прискорювати обмін по магістралі шляхом зменшення затримок, передбачених стандартом, дуже небезпечно. Так само небезпечно, не змінюючи протоколу обміну, намагатися збільшити довжину магістралі, збільшуючи тим самим затримки розповсюдження сигналів по лініях і шинах. Особливо чутливі до такого роду «модернізацій» синхронні магістралі, в яких не передбачено обов'язкове підтвердження виконання кожної операції.
Наприклад, тривалість фази адреси в циклі обміну вибирається таким чином. Протягом адресної фази всі сигнали всіх розрядів коду адреси, хай навіть і сформовані процесором не одночасно, повинні дійти до пристрою-виконавця по своїх дротах шини. А пристрій-виконавець повинен цей код адреси прийняти і обробити (тобто відрізнити свою адресу від чужої). Природно, для гарантії в тривалість адресної фази ще додається невелика додаткова затримка.
Так само тривалість фази даних в циклі читання повинна вибиратися такій, щоб пристрій-виконавець встиг одержати строб читання і видати код читаних даних на шину даних. Потім цей код повинен встигнути дійти до процесора і процесор повинен встигнути його прочитати. Після чого процесор знімає сигнал строба читання, цей задній фронт сигналу доходить із затримкою до пристрою-виконавця, який також із затримкою знімає свій код даних. Аналогічно і в циклі запису.
Для поліпшення форми сигналів, що розповсюджуються по магістралі, іноді застосовують кінцеві узгоджувачі (терминатори) на кінцях ліній магістралі. Особливо важливе їх застосування у разі, коли допустима довжина магістралі перевищує декілька метрів. Наприклад, у разі магістралі Q-bus застосовуються два типи узгоджувачів: 120-омний і 250-омний (мал. 2.15).

Мал. 2.15. Кінцеві узгоджувачі на магістралі Q-bus.

Включення узгоджувачів пред'являє додаткові вимоги до навантажувальної здатності передавачів, що працюють на лінії магістралі. В магістралі ISA подібні узгоджувачі не використовуються, хоча до деяких ліній приєднані резистори, сполучені іншим своїм виводом з шиною живлення (перш за все це лінії, тип вихідного каскаду для яких - ОК).
У будь-якому випадку вихідні каскади передавачів, що працюють на лінії магістралі, повинні забезпечувати високі вихідні струми, оскільки до магістралі може підключатися декілька пристроїв, кожен з яких споживає вхідний струм. Типові величини необхідних вихідних струмів магістральних передавачів знаходяться в межах 20-30 мА. В той же час вхідні струми магістральних приймачів повинні бути малими, щоб не перенавантажувати передавачі. Типові величини допустимих вхідних струмів магістральних приймачів лежать в межах 0,2-0,8 мА.