1.1. Традиционный LPT-порт
Традиционный, он же стандартный, LPT-порт называется стандартным параллельным портом (Standard Parallel Port, SPP), или SPP-портом, и является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics (см. п. 8.3.1). Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 1.1) соответствуют интерфейсу Centronics.
Таблица 1.1. Разъем стандартного LPT-порта
Контакт DB-25S № провода в кабеле Назначение I/O¹ Бит² Сигнал 1 1 O/I CR.0\ Strobe# 2 3 O(I) DR.0 Data 0 3 5 O(I) DR.1 Data 1 4 7 O(I) DR.2 Data 2 5 9 O(I) DR.3 Data 3 6 11 O(I) DR.4 Data 4 7 13 O(I) DR.5 Data 5 8 15 O(I) DR.6 Data 6 9 17 O(I) DR.7 Data 7 10 19 I³ SR.6 Ack# 11 21 I SR.7\ Busy 12 23 I SR.5 PaperEnd (PE) 13 25 I SR.4 Select 14 2 O/I CR.1\ Auto LF# (AutoFeed#) 15 4 I SR.3 Error# 16 6 O/I CR.2 Init# 17 8 O/I CR.3\ Select In# 18-25 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 - - -
¹ I/O задает направление передачи (вход-выход) сигнала порта. O/I обозначает выходные линии, состояние которых считывается при чтении из портов вывода; O(I) — выходные линии, состояние которых может быть считано только при особых условиях (см. ниже).
² Символом «\» отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии).
³ Вход Ack# соединен резистором (10 кОм) с питанием +5 В.
Адаптер SPP-порта содержит три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода-вывода, начиная с базового адреса порта
BASE
(3BCh, 378h или 278h).Data Register (
DR
) — регистр данных, адрес=BASE
. Данные, записанные в этот регистр, выводятся на выходные линии Data[7:0]
. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигналам на тех же линиях, что не всегда одно и то же.Status Register (
SR
) — регистр состояния (только чтение), адрес=BASE+1
. Регистр отображает 5-битный порт ввода сигналов состояния принтера (биты SR.4-SR.7
) и флаг прерывания. Бит SR.7
инвертируется — низкому уровню сигнала соответствует единичное значению бита в регистре, и наоборот.Ниже описано назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера контактов разъема порта).
♦
SR.7
— Busy
— инверсное отображение состояния линии Busy
(11): при низком уровне на линии устанавливается единичное значения бита — разрешение на вывод очередного байта.♦
SR.6
— Ack
(Acknowledge) — отображение состояния линии Ack#
(10).♦
SR.5
— РЕ
(Paper End) — отображение состояния линии Paper End
(12). Единичное значение соответствует высокому уровню линии — сигналу о конце бумаги в принтере.♦
SR.4
— Select
— отображение состояния линии Select
(13). Единичное значение соответствует высокому уровню линии — сигналу о включении принтера.♦
SR.3
— Error
— отображение состояния линии Error#
(15). Нулевое значение соответствует низкому уровню линии — сигналу о любой ошибке принтера.♦
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=ВАSЕ+2
, допускает запись и чтение. Регистр связан с 4-битным портом вывода управляющих сигналов (биты 0–3) для которых возможно и чтение; выходной буфер обычно имеет тип «открытый коллектор». Это позволяет корректно использовать линии данного регистра как входные при программировании их в высокий уровень. Биты 0, 1, 3 инвертируются.Ниже описано назначение бит регистра управления.
♦
CR[7:6]
— зарезервированы.♦
CR.5
— Direction
— бит управления направлением передачи (только для портов PS/2, см. ниже). Запись единицы переводит порт данных в режим ввода. При чтении состояние бита не определено.♦
CR.4
— AckINTEN
(Ack Interrupt Enable) — единичное значение разрешает прерывание по спаду сигнала на линии Ack#
— сигнал запроса следующего байта.♦
CR.3
— Select In
— единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Select In#
(17) — сигналу, разрешающему работу принтера по интерфейсу Centronics.♦
CR.2
— Init
— нулевое значение бита соответствует низкому уровню на выходе Init#
(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). Иногда сигнал и бит называют AutoFD
или AutoFDXT
.♦
CR.0
— Strobe
— единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Strobe#
(1) — сигналу стробирования выходных данных.Запрос аппаратного прерывания (обычно
IRQ7
или IRQ5
) вырабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выводе 10 разъема интерфейса (Ack#
) при установке CR.4=1
. Во избежание ложных прерываний контакт 10 соединен резистором с шиной +5 В. Прерывание вырабатывается, когда принтер подтверждает прием предыдущего байта. Как уже было сказано, BIOS это прерывание не использует и не обслуживает.Перечислим шаги процедуры вывода байта по интерфейсу Centronics с указанием требуемого количества шинных операций процессора.
1. Вывод байта в регистр данных (1 цикл
IOWR#
).2. Ввод из регистра состояния и проверка готовности устройства (бит
SR.7
— сигнал Busy
). Этот шаг зацикливается до получения готовности или до срабатывания программного тайм-аута (минимум 1 цикл IORD#
).3. По получению готовности выводом в регистр управления устанавливается строб данных, а следующим выводом строб снимается. Обычно, чтобы переключить только один бит (строб), регистр управления предварительно считывается, что к двум циклам
IOWR#
добавляет еще один цикл IORD#
.Видно, что для вывода одного байта требуется 4–5 операций ввода-вывода с регистрами порта (в лучшем случае, когда готовность обнаружена по первому чтению регистра состояния). Отсюда вытекает главный недостаток вывода через стандартный порт — невысокая скорость обмена при значительной загрузке процессора. Порт удается разогнать до скоростей 100–150 Кбайт/с при полной загрузке процессора, что недостаточно для печати на лазерном принтере. Другой недостаток функциональный — сложность использования в качестве порта ввода.
Стандартный порт 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, называемом также Hewlett Packard Bi-tronics, одновременно принимаются 4 бита данных, пятая линия используется для квитирования. Таким образом, каждый байт передается за два цикла, а каждый цикл требует по крайней мере 5 операций ввода-вывода.
Схемотехника выходных буферов данных LPT-портов отличается большим разнообразием. На многих старых моделях адаптеров SPP-порт данных можно использовать и для организации ввода. Если в порт данных записать байт с единицами во всех разрядах, а на выходные линии интерфейса через микросхемы с выходом типа «открытый коллектор» подать какой-либо код (или соединить ключами какие-то линии со схемной землей), то этот код может быть считан из того же регистра данных. Однако выходным цепям передатчика информации придется «бороться» с выходным током логической един