計算機的并行接口（2）
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為了提高Centronics接口的性能，也要兼容過(guò)去的標準，IEEE1284定義了5種工作模式：
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201612/328723.htmSPP模式：Standard Parallel Port標準并行接口，也稱(chēng)為Compatibility mode兼容模式， Nibble模式：從PC機到外設8-bit數據線(xiàn)，反向4-bit數據線(xiàn)
Byte模式：8-bit雙向傳輸，速率在50KB/s 到150KB/s之間
EPP模式：Enhanced Parallel Port增強并行接口，允許任一方向的高速字節傳輸
ECP模式：Extended Capabilities Port擴展功能并行接口，允許PC機發(fā)送數據塊
符合IEEE 1284標準的并口，使用設備ID（Device identification sequence）來(lái)實(shí)現即插即用（Plug and Play）配置，使并口更易于使用。各種模式都可以使用相同的連接器和電纜連接方式，因硬件和編程方式的不同，傳輸速度可以從50K Bits/秒到2MB/秒不等。
2.1）SPP模式：即傳統的Centronics并行接口，所以也稱(chēng)Centronics mode
提供基本的信號，包括8-bit數據線(xiàn)，4條控制線(xiàn)（Strobe、Initialize Printer、Select Printer、Auto Feed line）和5條狀態(tài)線(xiàn)（Busy、Acknowledge、Select、Paper Empty、Fault），需要三個(gè)不同的寄存器來(lái)進(jìn)行數據的讀寫(xiě)操作。
SPP模式是最基本的工作模式，異步、字節單向傳輸，數據率在50KB/s 到150KB/s之間。使用AB-cable 電纜可傳6米，而使用新的CC-cable 電纜可達10米。
基本的SPP 模式的時(shí)序如圖：
當打印機準備好接收數據，設BUSY為低，主機發(fā)出有效的數據到數據線(xiàn)，等待至少500ns然后發(fā)出STROBE負脈沖持續至少500ns，有效的數據在STROBE上升沿后至少要維持500 ns 。打印機接收數據并設BUSY有效以指示處理數據，當打印機完成數據接收，發(fā)出ACK脈沖至少500ns，然后清除BUSY以指示準備好接收下一個(gè)字節數據。
Centronics標準的握手信號略有不同，nStrobe為最小寬度大于1us的負脈沖，nAck為寬度大于5us的響應負脈沖，由于nAck信號的負脈沖較短，一般不會(huì )查詢(xún)它，而是查詢(xún)Busy。
主機軟件通過(guò)4步來(lái)完成1字節數據通過(guò)并口的傳輸：
1. 把有效數據寫(xiě)入數據寄存器
2. 檢查BUSY狀態(tài)線(xiàn)，等待其無(wú)效（0）
3. 寫(xiě)控制寄存器，使STROBE有效（0）
4. 寫(xiě)控制寄存器，使STROBE失效（1）
SPP模式要求的最小的建立時(shí)間、保持時(shí)間和脈沖寬度限制了其性能，考慮到軟件的等待時(shí)間，IEEE1284最大的數據傳輸率為150 kbytes/s，而Centronics典型為10 kbytes/s，這對于點(diǎn)陣行式打印機已經(jīng)足夠了，但對于高速的激光打印機就顯露出不足。
SPP模式下的信號定義：
為操作并行口，SPP定義了寄存器，并映射到PC機的I/O空間。寄存器包括了以并口地址為基址的3塊連續的寄存器，并口地址常見(jiàn)為3BCH、378H和278H，其中都包括數據、狀態(tài)和控制寄存器，分別對應數據、狀態(tài)和控制信號線(xiàn)操作，通常稱(chēng)為數據端口、狀態(tài)端口和控制端口。打印機卡1的地址常為378H，其中數據口0378H、狀態(tài)口0379H、控制口037AH；打印機卡2的地址常為278H，其中數據口0278H、狀態(tài)口0279H、控制口027AH。支持新的IEEE 1284標準的并口，使用8到16個(gè)寄存器，地址為378H or 278H，即插即用（Plug and Play）兼容的的并口適配器也可以重新加載。
并口的寄存器定義：
數據寄存器：所占用的地址是并行接口的基地址，對應于于接口的2－9針
狀態(tài)寄存器 ：占用的地址是基地址加1，對應于接口的10,11,12,13,15針，是只讀寄存器，其中包含一個(gè)IRQ中斷位(由Ack相反后形成)，當有中斷發(fā)生這個(gè)數據位為“0”。 Bit7（引腳11）在輸入+5V電平時(shí)，數據值為”0”，有反轉的特性。
控制寄存器 ：占用的地址是基地址加2，對應于接口的1,14,16,17針，其中Bit0,Bit1,Bit3有反轉的特性。Bit4為IRQ應用，當向Bit4寫(xiě)入“1”時(shí)，將使ACK（引腳10）信號反相后成為中斷請求IRQ信號，通常為IRQ5或IRQ7。
并口使用的3BCH、378H和278H三個(gè)基地址幾乎都支持SPP、ECP和EPP模式（3BCH這個(gè)地址在早期的并口打印機適配器上不支持EPP和ECP模式）。三個(gè)不同基地址的地址段如下：
一些集成的1284 I/O控制器使用FIFO buffer傳輸數據稱(chēng)為Fast Centronics或Parallel Port FIFO Mode，也使用SPP協(xié)議，但用硬件產(chǎn)生strobe信號來(lái)實(shí)現控制信號握手，使數據率能超過(guò)500KB/s。然而，這不是IEEE 1284定義的標準模式。
2.2）Nibble模式：用于從打印機或外部設備得到反向數據的常用方式，
Nibble模式利用4條狀態(tài)線(xiàn)把數據從外設傳回電腦。標準的并行口提供5條外設到PC機的信號線(xiàn)，用于指示外設的狀態(tài)，利用這些信號線(xiàn)，外設可以分2次發(fā)送1字節(8-bit)數據，每次發(fā)半字節(nibble:4-bit)信息。因為nACK信號一般用來(lái)提供外設中斷，所以難以把傳輸的nibble(半字節)信息通過(guò)狀態(tài)寄存器（Status register）合成1字節，需要軟件讀狀態(tài)信號并作相應操作來(lái)得到正確的字節信息。Nibble模式的數據率為50kbps（6米電纜），使用新型10米CC-cable電纜的數據率為150 kbps。Nibble模式的優(yōu)勢在于具有并口的PC機都可以執行這種方式，但只能用于反向通道為低速率的場(chǎng)合。
下表定義了Nibble模式的信號:
下圖描述了Nibble模式的基本時(shí)序
Nibble模式數據傳輸步驟：
1. 主機通過(guò)設置HostBusy為低表明可以接收數據
2. 外設把第一個(gè)半字節（nibble）輸出到狀態(tài)線(xiàn)
3. 外設設置PtrClk為低指示nibble數據有效
4. 主機設置HostBusy為高指示接收到nibble數據，而正在處理
5. 外設設置PtrClk為高應答主機
6. 重復步驟1到5來(lái)接收第二個(gè)半字節（nibble）
Nibble模式與SPP模式相似，需要軟件通過(guò)設置和讀取并口的控制信號線(xiàn)來(lái)實(shí)現協(xié)議。Nibble模式與SPP模式結合建立完整的雙向通道，形成最簡(jiǎn)單的雙向傳輸方式。從PC機到外設8-bit數據線(xiàn)，反向4-bit數據線(xiàn)，支持單向打印機接口，提供了全速率的前向傳輸和半速率的反向傳輸，速率在50KB/s 到150KB/s之間。
2.3）Byte模式：在數據線(xiàn)上實(shí)現反向傳輸的方式
Byte模式利用數據線(xiàn)把8-bit數據從外設傳輸到主機。標準并行口的8-bit數據線(xiàn)只能從主機向外設單向傳輸，需要抑制住控制數據線(xiàn)的驅動(dòng)器，使數據可以從打印機傳到電腦。Byte模式數據傳送，一次傳送一個(gè)字節，與nibble模式下需要的兩數據周期不同，速度和由電腦到打印機的一樣，在50KB/s 到150KB/s之間，使用新型CC-cable可在10米電纜上達到500kbps。
下表定義了Byte模式的信號：
Byte模式數據傳輸步驟：
1. 主機通過(guò)設置HostBusy為低表明可以接收數據
2. 外設把第一個(gè)字節（byte）數據輸出到數據線(xiàn)
3. 外設設置PtrClk為低指示byte數據有效
4. 主機設置HostBusy為高指示接收到byte數據，而正在處理
5. 外設設置PtrClk為高應答主機
6. 重復步驟1到5來(lái)接收其他字節（byte）數據
下圖描述了Byte模式的基本時(shí)序
制造商首先在IBM PS/2并口上增加了對8-bit數據線(xiàn)的讀取能力，實(shí)現Byte模式，使之成為雙向口，稱(chēng)為擴展并口的Type 1。此外，還提供了Type 2和Type 3，使用DMA方式。在Type 2 和 3的DMA 寫(xiě)數據時(shí)，DMA控制器向數據寄存器寫(xiě)數據，而STROBE脈沖自動(dòng)產(chǎn)生，當從外設收到ACK，發(fā)出DMA請求，下一個(gè)字節發(fā)出。外設可以設置BUSY 來(lái)延遲傳輸。在Type 2 和 3的DMA 讀數據時(shí)，ACK脈沖產(chǎn)生DMA請求，發(fā)起對系統存儲器的傳輸， DMA 控制器讀取數據寄存器，STROBE脈沖自動(dòng)產(chǎn)生。Type 2 和3的 DMA傳輸依照SPP模式時(shí)序進(jìn)行。
雖然IBM定義了Type 2和3方式提高了并口的性能，但只有IBM計算機實(shí)現這種功能，缺乏軟件來(lái)支持這種DMA特性。相比較，EPP和ECP 是種工業(yè)標準，為更廣泛的硬件和軟件制造商支持。
2.4）EPP模式：Enhanced Parallel Port增強型并行端口，可實(shí)現高速雙向數據傳輸
EPP模式由Intel、Xircom, and Zenith Da
EPP模式的信號定義
EPP模式有一個(gè)數據周期和一個(gè)地址周期，提供了4種傳輸周期時(shí)序：
1. 數據寫(xiě)周期時(shí)序
2. 數據讀周期時(shí)序
3. 地址寫(xiě)周期時(shí)序
4. 地址讀周期時(shí)序
數據周期時(shí)序用于在主機和外設間傳輸數據，地址周期時(shí)序用于分配地址、通道、命令和控制信息。
EPP 地址寫(xiě)周期：主機首先設置WRITE*，并把地址信號發(fā)到數據線(xiàn)上，設置ASTROBE*；外設取消WAIT*，指示已準備接收地址字節；主機然后取消ASTROBE* ；外設在A(yíng)STROBE* 上升沿鎖存地址數據，然后設置WAIT*，指示準備開(kāi)始下一周期。
EPP 地址讀周期：主機取消WRITE*，使數據線(xiàn)處于高阻狀態(tài)，設置ASTROBE*；外設發(fā)地址字節到數據線(xiàn)，取消WAIT*指示地址有效；主機檢測到WAIT*取消，讀地址，然后取消ASTROBE；外設然后使數據線(xiàn)處于高阻狀態(tài)，設置WAIT*，指示準備開(kāi)始下一周期。
EPP 數據寫(xiě)周期：主機設置WRITE*，把數據字節發(fā)到數據線(xiàn)，設置DSTROBE*；外設取消WAIT*，指示準備接收數據；主機然后取消DSTROBE* ；外設在DSTROBE*上升沿鎖存數據，然后設置WAIT*，指示準備開(kāi)始下一周期。
EPP 數據讀周期：主機取消WRITE*，使數據線(xiàn)處于高阻狀態(tài)，設置DSTROBE* ；外設把數據字節發(fā)往數據線(xiàn)，取消WAIT*，指示數據有效；主機檢測到WAIT*取消，讀數據，然后取消DSTROBE*；外設外設然后使數據線(xiàn)處于高阻狀態(tài)，設置WAIT*，指示準備開(kāi)始下一周期。
EPP模式在3個(gè)SPP模式并口寄存器外又定義了5個(gè)寄存器， 用于把地址或數據自動(dòng)發(fā)到并口數據線(xiàn)上，然后自動(dòng)產(chǎn)生地址和數據的選通（strobe）信號。EPP模式的數據、狀態(tài)和控制寄存器與SPP模式的配置相同。
把數據寫(xiě)入Auto Address Strobe寄存器，將把數據發(fā)到并口數據線(xiàn)，并伴隨自動(dòng)產(chǎn)生的ASTROBE*低脈沖信號；把數據寫(xiě)入任一Auto Da
EPP寄存器接口：
從軟件角度看，EPP模式是擴展了SPP的并口寄存器。SPP的并口包括數據Da
EPP寄存器定義如下：
通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)對“base_address+4”的 I/O 寫(xiě)指令，EPP控制器產(chǎn)生需要的數據寫(xiě)（Da
標準并口的數據傳輸需要7個(gè)軟件步驟，EPP增加了其他的硬件和寄存器，通過(guò)單I/O 指令自動(dòng)產(chǎn)生控制strobes和數據傳輸的handshaking信號，保證以ISA 總線(xiàn)速度傳輸，最大數據率為2 Mbytes/s，在其他平臺上可能達到10 Mbytes/s 。EPP的微處理器的總線(xiàn)結構使之易于直接與外設硬件通訊。EPP模式還有進(jìn)一步的塊傳輸能力，使用REP_IO指令，依靠主機適配器的支持。
EPP模式數據寫(xiě)時(shí)序的步驟：
1. 程序對PORT4 (EPP Da
2. nWrite信號有效，數據發(fā)送到并口
3. 設datastrobe有效，然后nWAIT 設置為低
4. 等待外設的響應 (nWAIT變?yōu)闊o(wú)效)
5. 設置datastrobe無(wú)效，結束EPP周期
6. ISA 的I/O 周期結束
7. nWAIT 設置為低，指示下一個(gè)周期開(kāi)始
下圖是EPP數據寫(xiě)時(shí)序的實(shí)例，CPU信號nIOW是用來(lái)強調全部的handshake在一次I/O中完成
注意，全部數據傳輸發(fā)生在一次ISA 的I/O 周期中，這表明使用EPP協(xié)議，數據傳輸率可為500KB/s到2MB/s，這樣外設在性能上接近ISA卡。
因為使用互鎖握手信號協(xié)議，數據可在很低的速率下傳輸。Nibble、Byte、EPP和ECP 模式都使用互鎖握手信號協(xié)議。所謂互鎖握手信號，指每次控制信號的變化都需要另一邊的響應。
EPP模式允許任一方向的高速字節傳輸，但不是同時(shí)，是半雙工方式，為光盤(pán)機、磁帶機、硬盤(pán)機和網(wǎng)絡(luò )適配器設計，數據率從500KB/S到2MB/S，使用AB-cable 電纜可傳6米，而使用新的CC-cable 電纜可達10米。
2.5）ECP模式：Extended Capability Port 擴展功能并行接口，也可實(shí)現高速雙向數據傳輸
ECP模式是由Microsoft and Hewlett Packard提出，是對標準并口的擴展，作為打印機和掃描儀類(lèi)的外設的高級通訊模式，允許圖象數據壓縮、排隊中的FIFO（先入先出）和高速雙向通信。數據傳送速度大約2—4MB/S。
ECP協(xié)議重新定義了SPP模式的信號，如下表：
ECP模式提供了2種數據傳輸周期時(shí)序，可用于2個(gè)方向：
1. 數據周期da
2. 命令周期command cycle
命令周期又分為2種類(lèi)型，RLE（Run-Length Count）和通道編址（Channel address）。
RLE方式實(shí)現數據的實(shí)時(shí)壓縮，壓縮率可達64:1，特別用于打印機和掃描儀傳輸大量光柵圖像數據（含有大量的相同數據串）時(shí)，但必須主機和外設都支持才可以實(shí)現。通道編址與EPP的地址有不同，是用于一種物理設備包括多種邏輯設備的場(chǎng)合，比如FAX/Printer/Modem一體機。
ECP模式定義前向傳輸為主機到外設，有2種前向傳輸周期，當HostAck 為高，指示進(jìn)行da
ECP模式的前向傳輸時(shí)序：
1. 主機發(fā)送數據到數據線(xiàn)，并設置HostAck 為高來(lái)指示一個(gè)da
2. 主機設置HostClk為低，指示數據有效
3. 外設設置PeriphAck 為高響應主機
4. 主機設置HostClk為高，這是邊緣觸發(fā)信號，用于使數據存入外設
5. 外設設置PeriphAck為低，指示準備好接收下一字節
6. 循環(huán)重復，但這次為command cycle，因為HostAck為低
注意：接口2側都使用FIFO ，發(fā)出的數據都認為已被接收。在第4步，HostClk變?yōu)楦?，da
ECP模式定義反向傳輸為從外設傳輸到主機，反向傳輸時(shí)，當并口線(xiàn)上數據有效，外設設置PeriphClk 為低，主機在接收數據后設置HostAck 為低。下圖描述了反向通道的command周期緊隨da
上圖也顯示出ECP和EPP協(xié)議的不同。在EPP模式，軟件可以執行混合的讀寫(xiě)操作，而不需要額外的協(xié)議；而在ECP模式，改變數據傳輸方向必須協(xié)商。主機要求反向傳輸通道需設置nReverseRequest并等待外設的nAckReverse的響應， 然后才可以進(jìn)行反向數據傳輸。另外， 如果以前為DMA傳輸，軟件必須等待DMA完成或中斷DMA（要FIFO確定準確的已傳輸的數據量），然后要求反向通道。
ECP模式的反向Da
1. 主機設置nReverseRequest 為低，要求反向傳輸通道
2. 外設設置nAckReverse 為低，響應主機
3. 外設發(fā)送數據到數據線(xiàn)，并設置PeriphAck 為高指示da
4. 外設設置PeriphClk為低指示數據有效
5. 主機設置HostAck 為高確認
6. 外設設置PeriphClk為高，這是邊沿觸發(fā)信號，用于使數據存入主機
7. 主機設置HostAck為低，指示準備好接收下一個(gè)字節
8. 循環(huán)重復，但這次是command周期，因為PeriphAck為低
ECP FIFO的使用，無(wú)論DMA方式或可編程I/O方式，減弱了與ISA的關(guān)聯(lián)，軟件不會(huì )精確知道數據傳輸的狀態(tài)，只關(guān)心傳輸是否完成。
在Microsoft 的規格書(shū)"The IEEE 1284 Extended Capabilities Port Protocol and ISA Interface Standard"中，定義了基于ISA的ECP模式的通用寄存器和適配器的工作模式。ECP寄存器利用了定義的6個(gè)寄存器，只需要3個(gè)I/O口操作，注意寄存器的定義與工作模式有關(guān)。
ECP寄存器描述：
ECP模式在3個(gè)SPP模式并口寄存器外又定義了6個(gè)寄存器， 用于把地址或數據自動(dòng)發(fā)到并口數據線(xiàn)上，然后自動(dòng)產(chǎn)生地址和數據的選通（strobe）信號。
ECP的Address和Da
ECP模式并口寄存器配置圖：
ECP模式的目的是實(shí)現并口的即插即用（plug-and-play）性能和在Windows環(huán)境下進(jìn)行高性能雙向傳輸。ECP模式允許任一方向的高速字節傳輸，也是半雙工方式，為打印機和掃描儀設計，數據率從500KB/S到1MB/S，使用AB-cable 電纜可傳6米，而使用新的CC-cable 電纜可達10米。ECP主要使用DMA而不是直接的I/O操作，目的是傳輸大的數據塊。
2.6）工作模式選擇過(guò)程（Negotiation）：
一個(gè)設備可能設計為有多種工作模式，但不能同時(shí)使用，每次只能選用一種。IEEE 1284發(fā)明了協(xié)商（negotiation）方式，主機必須要判斷所連接的外設的能力以及使用的模式，決定出使用哪種IEEE1284模式，這種協(xié)商方式不會(huì )影響過(guò)去的設備，一個(gè)舊式設備不會(huì )響應協(xié)商的時(shí)序，但符合IEEE 1284標準的設備會(huì )響應這一時(shí)序，使主機獲得設備的ID碼(Device ID co
主機用Device ID序列來(lái)識別并口設備。Device ID是定義了外設特性和性能的ASCII字符串。因為沒(méi)有一個(gè)授權中心來(lái)分派設備和制造商編碼，在即插即用（Plug and Play）系統中，主機必須能夠測定和識別加入的設備，并自動(dòng)安裝需要的設備驅動(dòng)程序。
使用IEEE 1284的所有設備，上電時(shí)都為SPP模式。主機執行IEEE 1284工作模式選擇的過(guò)程如下：
1. 把IEEE 1284的8-bit擴展碼（extensibility co
2. 設置SelectIn信號線(xiàn)為高，并設置AUTOFD為低
3. 外設然后設PError為高、ACK為低、FAULT為高、Select為高表示為為IEEE1284標準設備（如果外設不設置這些信號，主機認為外設不是IEEE1284設備），然后做以下操作。
4. 使STROBE為低
5．使STROBE為高、AUTOFD為低
6. 如果extensibility co
7. 外設使ACK為高，指示狀態(tài)線(xiàn)可用
IEEE1284 擴展碼：Extensibility Request Bytes
ECR寄存器用來(lái)設置當前工作模式，另外也用于軟件確定安裝于PC機的并口的性能。
ECR寄存器的模式：
如果要退出Nibble、Byte或ECP模式，設置SelectIn為低，而退出EPP模式主機要設置INIT信號有效，然后外設將恢復到SPP模式。
如果一個(gè)并口既支持SPP模式，也可實(shí)現其他雙向模式，那么其前3個(gè)寄存器與標準并行口的寄存器完全一致，以便兼容過(guò)去的標準。
2.7）不同模式下25PIN D-sub連接器信號的不同定義：
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