Zugriff auf die serielle Schnittstelle im Pollingbetrieb

Transkript

1 Zugriff auf die serielle Schnittstelle im Pollingbetrieb Wie funktioniert prinzipiell die serielle Schnittstelle? Wie der Name schon andeutet, werden bei der seriellen Schnittstelle die Daten nacheinander über die Leitung geschickt. Die Elektronik der Schnittstelle enthält einen speziellen Chip, den sogenannten UART. Dieser nimmt die Daten vom PC entgegen, speichert sie in einem Schieberegister ab und sendet dann die Datenbits nacheinander über die Leitung TXD (transmit data) an das angeschlossene Gerät. Dieses antwortet auf die gleiche Weise mit Daten über die RXD- Leitung (receive data). Daneben gibt es weitere Leitungen mit besonderen Funktionen. Zum Beispiel wird über das Leitungspaar RTS / CTS (request to send / clear to send), das über Kreuz mit dem angeschlossenen Gerät verbunden ist, ausgetauscht, ob ein Buffer droht überzulaufen. In dem Falle kann der Gegenstelle mitgeteilt werden, den Datentransfer vorübergehend zu stoppen. In diesem Zusammenhang muss man wissen, dass bei einem Buffer-Overrun Daten verloren gehen. Sofern man sicher ist, dass ein Overrun nicht auftreten kann, kann man auf diese Leitungen verzichten. Auf weitere Leitungen soll in diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden. Informationen findet man in der Literatur oder im Internet. Wie konfiguriert man die serielle Schnittstelle? Der UART-Chip besitzt eine Reihe von Registern, die zu benutzen sind. Im weiteren Text findet man eine Übersicht. Bei der Konfiguration hat sich folgende Vorgehensweise bewährt: 1. Für den Pollingbetrieb muss man zunächst die Interrupt-Steuerung abschalten. Dazu adressiert man das IIR (Interrupt Enable Register) und sendet an diesen Port (COM-Port- Adresse +1) an alle s (Speicherzellen) dieses Registers den Wert 0, indem man das Byte 0x00 auf das IIR schreibt. 2. Um die Baudrate (Geschwindigkeit in /s) einzustellen, müssen zunächst die Baudraten- Register DLL und DLH freigeschaltet werden. Hier reicht die einfache Adressierung nicht aus. Um die Divisor-Latches (DL) zu erreichen, muss das DLAB (Divisor Latch ) auf 1 gesetzt werden. Man findet es im LCR (Line Control Register) in 7. Um dieses zu setzen, sendet man also 0x80 an die Adresse des LCR (COM-Port-Adresse +3). 3. Dann wird in die beiden Register DLL und DLH je ein Byte gespeichert. Diese Bytes stehen für einen Divisor x, der errechnet wird durch x = / Baudrate. Für 4800 Baud ist der Divisor 24. Das entspricht einem Hex-Wert von 18h. Bei dieser Baudrate ist das HighByte also 00h und das LowByte 18h. Weitere Werte für andere Baudraten findet man später in der entsprechenden Tabelle. Nach dem Setzen des DLAB (siehe Pkt. 2) speichert man das HighByte in das Register DLH und das LowByte in das Register DLL. Die Port-Adressen sind der entsprechenden Register-Tabelle zu entnehmen, die später folgt. 4. Nun sind noch die Wortlänge, die Anzahl der Stoppbits und die Parität zu speichern. Diese Einstellungen werden im LCR (Line Control Register) vorgenommen. Gleichzeitig sollte man das DLAB wieder auf 0 zurücksetzen, da die Baudraten-Einstellung abgeschlossen und später die beiden Register THB (Transmitter Holding Buffer) und RBR (Receiver Buffer) wieder verfügbar sein müssen. Eine Einstellung (8, ungerade Parität, 1 Stoppbit) entspricht dem Wert Es müsste also 0Bh in das LCR geschrieben werden. 1

2 5. Schließlich sollte am besten noch das FCR (FIFO Control Register) aufgeräumt werden, in dem man an den Port des FCR das Byte 07h sendet. Damit werden die s 0 bis 3 gesetzt. 1 und 2 stellen sich kurz danach selbständig wieder auf 0 zurück. Nun ist das FIFO leer und betriebsbereit. Damit ist die serielle Schnittstelle für den Pollingbetrieb fertig konfiguriert. Eine zusätzliche Verbesserung wäre es, wenn man die bestehenden Registerinhalte am Anfang des Programms alle sichert und kurz vor dem Ende des Programm wieder zuweist. Senden und Empfangen von Daten über die serielle Schnittstelle? Daten werden byteweise über das THB (Transmitter Holding Register) an das angeschlossene Gerät gesendet und von diesem über das RBR (Receiver Buffer Register) empfangen. Die Adresse dieser Register entspricht genau der COM-Port-Adresse. Voraussetzung für den fehlerfreien Datenaustausch ist, dass das DLAB (Divisor Latch ) auf 0 steht und die Schnittstellen beider Geräte gleich konfiguriert sind. Beim Empfang von Daten über das RBR ist es hilfreich, wenn man feststellen kann, wann hier Daten zum Lesen anstehen. Hier hilft das LSR (Line Status Register). Hat das 0 den Wert 1, dann stehen Daten im RBR an und können mit inportb(port) gelesen werden. Mit weiteren s des LSR können darüber hinaus Fehler festgestellt werden. Die entsprechende Tabelle zum LSR gibt Auskunft. EMPFANGEN Im Pollingbetrieb fragt man das 0 im LSR in einer Schleife laufend ab. Wechselt es vom Wert 0 auf 1, dann liest man sofort das Byte aus dem RBR aus. Man beachte, dass man tatsächlich nur das 0 abfragt und nicht das ganze Byte des LSR. Programmiertechnisch liest man dazu zunächst das ganze Byte aus und macht dann eine bitweise (nicht logische) UND-Verknüpfung mit 1. Das Ergebnis der Berechnung ist nur dann 1, wenn das 0 den Wert 1 hat. Alle anderen s werden durch die UND-Verknüpfung ausgeblendet, denn 1 entspricht in binärer Schreibweise. Die anderen s werden also jeweils mit binär 0 UND-verknüpft. SENDEN Zum Senden schickt man die Daten byteweise mit outportb(port) an die Schnittstelle. Da man pro Byte einmal den Befehl outportb ausführen müssen, macht es zum Beispiel Sinn ein Array mit den zu schreibenden Bytes zu füllen, um die Bytes der Reihe nach in einer Schleife mit dem Befehl outportb auf das THB (Transmitter Holding Buffer) zu schicken. Das Handling übernimmt das UART. Die Erfahrung zeigt, dass bei 9600 Baud die Daten schnell genug verschickt werden, so dass es zu keinem Buffer-Overrun kommt. Die Schnelligkeit der Programmschleife hängt dabei vom Prozessor ab. Bei Problemen müsste man sonst das Senden zum Beispiel über 5 des LSR steuern oder eine Erweiterung mit RTS / CTS programmieren. 2

3 Beispielprogramm für den Zugriff auf die serielle Schnittstelle im Pollingbetrieb /* Name : Sample Comm's Program - Polled Version - termpoll.c */ /* Written By : Craig Peacock <cpeacock@senet.com.au> */ /* Date : Saturday 22nd February 1997 */ /* Copyright 1997 CRAIG PEACOCK <cpeacock@senet.com.au> */ /* See */ /* For More Information */ #include <dos.h> #include <stdio.h> #include <conio.h> #define PORT1 0x3F8 /* Defines Serial Ports Base Address */ /* COM1 0x3F8 */ /* COM2 0x2F8 */ /* COM3 0x3E8 */ /* COM4 0x2E8 */ void main(void) { int c; int ch; outportb(port1 + 1, 0); /* Turn off interrupts - Port1 */ /* PORT 1 - Communication Settings */ outportb(port1 + 3, 0x80); /* SET DLAB ON */ outportb(port1 + 0, 0x03); /* Set Baud rate - Divisor Latch Low Byte */ /* Default 0x03 = 38,400 BPS */ /* 0x01 = 115,200 BPS */ /* 0x02 = 57,600 BPS */ /* 0x06 = 19,200 BPS */ /* 0x0C = 9,600 BPS */ /* 0x18 = 4,800 BPS */ /* 0x30 = 2,400 BPS */ outportb(port1 + 1, 0x00); /* Set Baud rate - Divisor Latch High Byte */ outportb(port1 + 3, 0x0B); /* 8 s, Odd Parity, 1 Stop */ outportb(port1 + 2, 0xC7); /* FIFO Control Register */ outportb(port1 + 4, 0x0B); /* Turn on DTR, RTS, and OUT2 */ printf("\nsample Comm's Program. Press ESC to quit \n"); do { c = inportb(port1 + 5); /* Check to see if char has been */ /* received. */ if (c & 1) {ch = inportb(port1); /* If so, then get Char */ printf("%c",ch);} /* Print Char to Screen */ if (kbhit()){ch = getch(); /* If key pressed, get Char */ outportb(port1, ch);} /* Send Char to Serial Port */ } } while (ch!=27); /* Quit when ESC (ASC 27) is pressed */ 3

4 Serial Pinouts (D25 and D9 Connectors) D-Type-25 Pin No. D-Type-9 Pin No. Abbreviation Full Name Pin 2 Pin 3 TD Transmit Data Pin 3 Pin 2 RD Receive Data Pin 4 Pin 7 RTS Request To Send Pin 5 Pin 8 CTS Clear To Send Pin 6 Pin 6 DSR Data Set Ready Pin 7 Pin 5 SG Signal Ground Pin 8 Pin 1 CD Carrier Detect Pin 20 Pin 4 DTR Data Terminal Ready Pin 22 Pin 9 RI Ring Indicator Pin Functions Abbreviation Full Name TD RD CTS DCD DSR DTR RTS RI Function Transmit Data Serial Data Output (TXD) Receive Data Serial Data Input (RXD) Clear to Send This line indicates that the Modem is ready to exchange data. Data Carrier Detect Data Set Ready Data Terminal Ready Request To Send Ring Indicator When the modem detects a "Carrier" from the modem at the other end of the phone line, this Line becomes active. This tells the UART that the modem is ready to establish a link. This is the opposite to DSR. This tells the Modem that the UART is ready to link. This line informs the Modem that the UART is ready to exchange data. Goes active when modem detects a ringing signal from the PSTN. 4

5 Port Addresses & IRQ's Name Address IRQ COM 1 3F8 4 COM 2 2F8 3 COM 3 3E8 4 COM 4 2E8 3 BIOS Start Address Function 0000:0400 COM1's Base Address 0000:0402 COM2's Base Address 0000:0404 COM3's Base Address 0000:0406 COM4's Base Address #include <stdio.h> #include <dos.h> void main(void) { unsigned int far *ptraddr; /* Pointer to location of Port Addresses */ unsigned int address; /* Address of Port */ int a; ptraddr=(unsigned int far *)0x ; for (a = 0; a < 4; a++) { address = *ptraddr; if (address == 0) printf("no port found for COM%d \n",a+1); else printf("address assigned to COM%d is %Xh\n",a+1,address); *ptraddr++; } } 5

6 Table of Registers Base Address DLAB Read/Write Abr. Register Name =0 Write THB Transmitter Holding Buffer + 0 =0 Read RBR Receiver Buffer Register =1 Read/Write DLL Divisor Latch Low Byte + 1 =0 Read/Write IER Interrupt Enable Register =1 Read/Write DLH Divisor Latch High Byte Read IIR Interrupt Identification Register - Write FCR FIFO Control Register Read/Write LCR Line Control Register Read/Write MCR Modem Control Register Read LSR Line Status Register Read MSR Modem Status Register Read/Write - Scratch Register Speed (BPS) Divisor (Dec) Divisor Latch High Byte Divisor Latch Low Byte h 00h h 80h h C0h h 60h h 30h h 18h h 0Ch h 06h h 03h h 02h h 01h 6

7 Interrupt Enable Register (IER) 7 Reserved 6 Reserved 5 Enables Low Power Mode (16750) 4 Enables Sleep Mode (16750) 3 Enable Modem Status Interrupt 2 Enable Receiver Line Status Interrupt 1 Enable Transmitter Holding Register Empty Interrupt 0 Enable Received Data Available Interrupt Interrupt Identification Register (IIR) s 6 and s 1 and No FIFO 0 1 FIFO Enabled but Unusable 1 1 FIFO Enabled 64 Byte Fifo Enabled (16750 only) Reserved 0 Reserved on 8250, Time-out Interrupt Pending Modem Status Interrupt 0 1 Transmitter Holding Register Empty Interrupt 1 0 Received Data Available Interrupt 1 1 Receiver Line Status Interrupt 0 Interrupt Pending 1 No Interrupt Pending 7

8 First In / First Out Control Register (FCR) s 6 and Interrupt Trigger Level Byte Bytes Bytes Bytes Enable 64 Byte FIFO (16750 only) Reserved DMA Mode Select. Change status of RXRDY & TXRDY pins from mode 1 to mode 2. Clear Transmit FIFO Clear Receive FIFO Enable FIFO's Line Control Register (LCR) 7 6 s 3, 4 And 5 2 s 0 And 1 1 Divisor Latch Access 0 Access to Receiver buffer, Transmitter buffer & Interrupt Enable Register Set Break Enable Parity Select X X 0 No Parity Odd Parity Even Parity High Parity (Sticky) Low Parity (Sticky) Length of Stop 0 One Stop 1 2 Stop bits for words of length 6,7 or 8 bits or 1.5 Stop s for Word lengths of 5 bits. 1 0 Word Length s s s s 8

9 Modem Control Register (MCR) 7 Reserved 6 Reserved 5 Autoflow Control Enabled (16750 only) 4 LoopBack Mode 3 Aux Output 2 2 Aux Output 1 1 Force Request to Send 0 Force Data Terminal Ready Line Status Register (LSR) Error in Received FIFO Empty Data Holding Registers Empty Transmitter Holding Register Break Interrupt Framing Error Parity Error Overrun Error Data Ready Modem Status Register (MSR) Carrier Detect Ring Indicator Data Set Ready Clear To Send Delta Data Carrier Detect Trailing Edge Ring Indicator Delta Data Set Ready Delta Clear to Send 9