Преимущество программного протокола заключается в отсутствии необходимости передачи управляющих сигналов интерфейса — минимальный кабель для двустороннего обмена может иметь только 3 провода (см. рис. 2.5, XON), является сложность реализации полнодуплексного режима обмена. В этом случае из потока принимаемых данных должны выделяться (и обрабатываться) символы управления потоком, что ограничивает набор передаваемых символов.
Кроме этих двух распространенных стандартных протоколов, поддерживаемых и ПУ, и ОС, существуют и другие.
В СОМ-портах преобразование параллельного кода в последовательный для передачи и обратное преобразование при приеме данных выполняют специализированные микросхемы UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter — универсальный асинхронный приемопередатчик). Эти же микросхемы формируют и обрабатывают управляющие сигналы интерфейса. СОМ-порты IBM PC XT/AT базируются на микросхемах, совместимых на уровне регистров с UART i8250 — 8250/16450/16550А. Это семейство представляет собой усовершенствование начальной модели, направленное на повышение быстродействия, снижение потребляемой мощности и загрузки процессора при интенсивном обмене. Отметим, что:
♦ 8250 имеет ошибки (появление ложных прерываний), учтенные в XT BIOS;
♦ 8250А — ошибки исправлены, но в результате потеряна совместимость с BIOS; эта микросхема работает в некоторых моделях AT, но непригодна для скорости 9600 бит/с;
♦ 8250В — исправлены ошибки 8250 и 8250A, восстановлена ошибка в прерываниях — возвращена совместимость с XT BIOS; работает в AT под DOS (кроме скорости 9600 бит/с).
Микросхемы 8250x имеют невысокое быстродействие по обращениям со стороны системной шины. Они не допускают обращения к своим регистрам в смежных шинных циклах процессора — для корректной работы с ними требуется введение программных задержек между обращениями CPU. В компьютерах класса AT применяют микросхемы UART перечисленных ниже модификаций.
♦ 16450 — быстродействующая версия 8250 для AT. Ошибок 8250 и полной совместимости с XT BIOS не имеет.
♦ 16550 — развитие 16450. Может использовать канал DMA для обмена данными. Имеет FIFO-буфер, но некорректность его работы не позволяет им воспользоваться.
♦ 16550А — имеет работающие 16-байтные FIFO-буферы приема и передачи и возможность использования DMA. Именно этот тип UART должен применяться в AT при интенсивных обменах на скоростях 9600 бит/с и выше. Совместимость с этой микросхемой обеспечивает большинство микросхем контроллеров портов ввода-вывода, входящих в современные чипсеты.
Микросхемы UART 16550А с программной точки зрения представляют собой набор регистров, доступ к которым определяется адресом (смещением адреса регистра относительно базового адреса порта) и значением бита DLAB (бита 7 регистра LCR). В адресном пространстве микросхема занимает 8 смежных адресов. Список регистров UART 16550A и способы доступа к ним приведены в табл. 2.4. Микросхемы 8250 отличаются отсутствием регистра FCR и всех возможностей FIFO и DMA.
Таблица 2.4. Регистры UART 16550A
| Доступ | Регистр | Чтение/запись R/W | ||
|---|---|---|---|---|
| Смещение | DLAB | Имя | Название | |
| 0h | 0 | THR | Transmit Holding Register | WO |
| 0h | 0 | RBR | Receiver Buffer Register | RO |
| 0h | 1 | DLL | Divisor Latch LSB | R/W |
| 1h | 1 | DIM | Divisor Latch MSB | R/W |
| 1h | 0 | IER | Interrupt Enable Register | R/W |
| 2h | x | IIR | Interrupt Identification Register | RO |
| 2h | x | FOR | FIFO Control Register | WO |
| 3h | x | LCR | Line Control Register | R/W |
| 4h | x | MCR | Modem Control Register | R/W |
| 5h | x | LSR | Line Status Register | R/W¹ |
| 6h | x | MSR | Modem Status Register | R/W¹ |
| 7h | x | SCR | Scratch Pad Register | R/W |
¹ Некоторые биты допускают только чтение. Запись в регистр может привести к сбою протокола.
ТHR — CTS. Бит 0 передается (и принимается) первым. При длине посылки менее 8 бит старшие биты игнорируются.
RBR — RBR, откуда они могут быть считаны процессором. Если к моменту окончания приема очередного символа предыдущий не был считан из регистра, фиксируется ошибка переполнения. При длине посылки менее 8 бит старшие биты в регистре имеют нулевое значение.
