PDF de programación - Periféricos Interfaces y Buses - III. Interfaces de E/S de datos Interfaces de comunicaciones serie (RS-232, USB, Firewire)

Periféricos Interfaces y Buses

UNIVERSIDAD
DE CANTABRIA

I. Arquitectura de E/S
II. Programación de E/S
III. Interfaces de E/S de datos

Interfaces de comunicaciones serie (RS-232, USB, Firewire). Interfaz
paralelo. Modelo de programación de dispositivos con las interfaces
descritas.

IV. Dispositivos de E/S de datos
V. Buses
VI. Controladores e interfaces de dispositivos de almacenamiento
VII. Sistemas de almacenamiento

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FACULTAD DE CIENCIAS
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Interfaces de E/S de datos

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Bloque I
• Interfaz serie
• Programación de la interfaz serie
• Interfaz paralelo
• Programación de la interfaz paralelo

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Interfaz serie

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Ha sido una de las interfaces más importantes en los
computadores, en particular en los PCs:
• para la conexión de dispositivos como ploters, modems,

ratones, impresoras, terminales, y un largo etc.

• también se usa como conexión para la comunicación entre dos

computadores:
- aunque hay conexiones mucho más rápidas, para sistemas

pequeños sigue siendo una interfaz sencilla de programar

- por ejemplo la depuración de un sistema MaRTE se hace a través

de una línea serie

Los dispositivos que tradicionalmente se conectaban por la
interfaz serie y otros más modernos, ahora lo hacen a través de
USB (Universal Serial Bus)

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Funcionamiento de la interfaz serie

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La interfaz serie se utiliza para la comunicación punto a punto de
datos en serie y asíncrona:
• los bytes se transmiten bit a bit
• no es necesaria una señal de reloj común al transmisor y al

receptor

• se utilizan relojes independientes con la misma frecuencia en el

transmisor y en el receptor

• se transmite un bit de comienzo (start bit), los bits de

información y al menos un bit de parada (stop bit) que indica que
se ha transmitido un dato

• también es posible transmitir información de chequeo de

errores antes del bit de finalización, el bit de paridad (parity bit)

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Funcionamiento de la interfaz serie
(cont.)

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La paridad sólo puede garantizar la detección de errores de un
solo bit:
• para errores múltiples la probabilidad de detección es del 50%
• se puede utilizar un código CRC si se quiere mayor fiabilidad

Las paridades que se pueden utilizar son:
• sin paridad (no se envía el bit)
• par: se busca que haya un número par de unos entre los bits de

datos y en el de paridad

• impar: se busca un número impar de unos
• mark: bit siempre a 1
• space: bit siempre a 0

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Funcionamiento de la interfaz serie
(cont.)

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Un aspecto fundamental es seleccionar la velocidad a la que va a
tener lugar la comunicación, o baud rate:
• se mide en bits por segundo (bps o baudios)

Antes de comenzar una transferencia de datos el transmisor y el
receptor se deben sintonizar con los mismos formatos:
• velocidad de transmisión
• bits de datos: 5, 6, 7 u 8
• paridad: par, impar o ninguna
• bits de parada: 1 ó 2 (uno y medio si se eligen 5 bits de datos)

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Transmisión de datos en serie

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7 bits, paridad impar, 1 bit de parada, y 2400 bps (Messmer[1])

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Transmisión de datos en serie (cont.)

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La UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) es la
interfaz encargada de serializar los datos, para transmisión
(Messmer[1]):

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Transmisión de datos en serie (cont.)

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Y para recepción (Messmer[1]):

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Interfaz RS-232C

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Estándar de EIA (Electronic Industries Association)

Interfaz eléctrica, mecánica y lógica entre un DTE (Data Terminal
Equipment, p.e., un computador) y un DCE (Data Carrier
Equipment, p.e., un módem):
• conexión de 25 pines, la mayoría reservados para la

transferencia de datos síncrona

• para el uso mayoritario de esta interfaz en PCs sólo se necesitan

11 pines: tranferencia de datos asíncrona

• IBM definió un conector de sólo 9 pines
• un pin de transmisión, otro de recepción y el resto señales de

control

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Interfaz RS-232C (cont.)

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Niveles de tensión y lógica de las señales:

ESTADO BINARIO
Nivel de tensión entradas +3 < N.T. < +15
+5 < N.T. < +15
Nivel de tensión salidas

1 (MARK)

0 (SPACE)
-15 < N.T. < -3
-15 < N.T. < -5

Para velocidades de transmisión del orden de 20 kbps (máxima del
estándar) se recomienda que la longitud del cable no sobrepase
los 15 metros

Los circuitos de la interfaz permiten velocidades de 115200 bps

Otros estándares permiten longitudes mayores con
comunicaciones más fiables (RS-422, o RS-485)

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Distribución de pines en la Interfaz
RS-232C

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25 pines

9 pines

Señal

Dirección

Descripción

1
2
3
4
5
6
7
8
20
22
23

-
3
2
7
8
6
5
1
4
9
-

-
TD
RD
RTS
CTS
DSR
-
DCD
DTR
RI
DSRD

-
DCE<-DTE
DCE->DTE
DCE<-DTE
DCE->DTE
DCE->DTE
-
DCE->DTE
DCE<-DTE
DCE->DTE
DCE<->DTE Data signal rate detector

Protección de tierra
Transmisión
Recepción
Request to send
Clear to send
Data set ready
Tierra (común)
Data carrier detect
Data terminal ready
Ring indicator

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Distribución de pines en la Interfaz
RS-232C (cont.)

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TD (transmitted data) y RD (received data)
• líneas de transmisión y recepción de datos

RTS (request to send)
• el DTE le dice al DCE que le quiere enviar un dato

CTS (clear to send)
• el DCE le dice al DTE que está preparado para aceptar un dato
• cuando el DTE recibe la señal puede comenzar a enviar el dato

DCD (data carrier detect)
• el DCE activa esta señal cuando detecta la portadora y la

mantiene activa durante toda la conexión

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Distribución de pines en la Interfaz
RS-232C (cont.)

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DSR (data set ready)
• el DCE la activa para indicar que está preparado para operar

DTR (data terminal ready)
• el DTE indica que ha arrancado y está listo para operar
• normalmente se mantiene activa durante toda la conexión

RI (ring indicator)
• el DCE informa al DTE de que quiere conectarse

DSRD (data signal race detector)
• permite cambiar entre dos velocidades de transmisión

diferentes

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Modos de funcionamiento de la
interfaz serie

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La interfaz serie puede utilizar tres modos de funcionamiento:
• Simplex

- modo unidireccional en el que sólo el DTE o el DCE pueden

transmitir datos

• Half-duplex

- DTE y DCE pueden transmitir datos pero no a la vez, lo hacen sobre

una única línea que usan alternativamente

• Full-duplex

- dos líneas de datos separadas sobre las DTE y DCE pueden

transmitir simultáneamente

Dispositivos como una impresora utilizan una conexión simplex,
mientras que un modem u otro DTE suelen utilizar full-duplex

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Modos de funcionamiento de la
interfaz serie (cont.)

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Conexión de una impresora (Messmer [1]):

COMPUTADOR

IMPRESORA

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Modos de funcionamiento de la
interfaz serie (cont.)

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Conexión entre dos computadores (Messmer [1]):

Habitualmente es suficiente con cruzar las líneas de transmisión y
recepción, y posiblemente conectar una salida de un computador
(RTS) con una entrada del otro (CTS)

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La UART en el PC

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El PC dispone de un chip para la comunicación serie:
• UART 8250

- permite una velocidad máxima de transferencia de 9600 bps

• UART 16450

- permite una velocidad máxima de transferencia de 115200 bps

• UART 16550

-

incorpora un buffer FIFO tanto para los datos de entrada como para
los de salida, haciendo que los errores de sobreescritura sean
menos frecuentes

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Distribución de pines en la UART

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Messmer [1]

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Distribución de pines en la UART
(cont.)

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A0-A2, CS0, CS1, CS2, CSOUT, AS
• líneas de direccionamiento, selección de chip, y reconocimiento

de dirección

• junto con el bit DLAB (divisor latch access bit) permite la

selección de los registros internos

D0-D7, DDI