I BUS DI COMUNICAZIONE PARALLELI

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1 Corso di Strumentazione e Misure per l Automazione (Studenti Ingegneria Meccanica II anno Laurea Magistrale curr. Automazione e Produzione) I BUS DI COMUNICAZIONE PARALLELI Andrea Bernieri bernieri@unicas.it Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche Facoltà di Ingegneria, DAEIMI. Università degli Studi di Cassino Standard IEEE 488 Interfaccia standard per il controllo della strumentazione Nasce da una proposta Hewlett-Packard del 1965 Pubblicato come standard IEEE 488 (poi 488.1) nel 1975 Equivalente agli standard IEC e 621-2, e ANSI MC 1.1 Sinonimi: HPIB (Hewlett-Packard Interface Bus) e GPIB (General Purpose Interface Bus) Successiva estensione: ANSI / IEEE del 1987 Specifiche SCPI (Standard Commands for Programmable Intruments) nel

2 Struttura di un sistema automatico di misura su standard IEEE 488 Device Interface Device BUS Interface Device Interface Interface Device Struttura di un sistema automatico di misura su standard IEEE 488 (2) Periferiche (Devices): strumenti autonomi (dotati di alimentazione, pannello, display, ingressi e uscite propri, in grado di funzionare senza bus 488). Almeno una periferica deve essere in grado di operare come controller del bus. Interfacce (Interfaces): circuiti in grado di collegare le periferiche al bus. Bus: mezzo fisico di comunicazione, che collega le diverse interfacce. E' costituito da 24 linee. Su un bus 488 possono essere presenti fino a 15 periferiche. 2

3 Il bus 8 linee dati: trasmissione parallela di 1 byte DI01, DI02,..., DI08 3 linee per il Data Byte Transfer Control: gestione della comunicazione asincrona di un byte sulle linee dati (handshake) DAV, NRFD, NDAC 7 linee di massa per i segnali (twisted pair con altre linee) 1 linea di massa per la schermatura dell'intero bus cable 5 linee di General Interface Management: trasferimento di particolari messaggi da/verso le interfacce ATN, IFC, SRQ, REN, EOI Il bus IEEE 488 3

4 Connettore e livelli di tensione Ogni estremità di uno spezzone di cavo 488 è dotata di un connettore dotato di doppio attacco, per il collegamento di più spezzoni alla stessa interfaccia Non è consigliabile collegare più di 4 spezzoni alla stessa interfaccia Le linee del bus funzionano in logica negata: tensione bassa (0.5V) indica 1 o vero, e alta (2.4V) indica 0 o falso (livelli Low-power Schottky TTL). Bus Open Collector 4

5 Configurazione del bus Al massimo 15 dispositivi connessi Lunghezza massima del cavo: 20 m, e non superiore a 2m per dispositivo Le interfacce sono connesse alle linee mediante circuiti detti bus driver Modi di funzionamento delle interfacce Una stessa interfaccia può assumere funzioni diverse in momenti diversi: Talker: la periferica è in grado di inviare dati sul bus Listener: la periferica è in grado di ricevere dati dal bus Controller: è in grado di inviare comandi alle interfacce delle altre periferiche. i Nota: I capability codes della interfaccia indicano quali funzioni essa è in grado di svolgere 5

6 Bus Handshake La funzione di controller Il componente che opera come controller presiede al funzionamento di tutto il sistema automatico di misura Stabilisce, mediante l'invio di comandi a tutte le periferiche collegate al bus, la sequenza di azioni da compiersi Usualmente è un calcolatore dotato di scheda di interfaccia 488, e la sequenza delle operazioni è stabilita da un programma (ad es. scritto in LabView o C) Un controller può cedere la funzione di controller in charge (CIC) ad un altra interfaccia Una sola interfaccia ha la funzione di system controller, in grado di rilevare autonomamente la funzione di CIC. 6

7 Indirizzamento delle periferiche Circuitalmente, tutte le periferiche sono collegate in parallelo sul bus E', quindi, necessaria una procedura di indirizzamento che garantisca il corretto instradamento dei dati Ogni interfaccia collegata al bus 488 è identificata da un numero a 5 bit (da 0 a 30, il valore 31 è riservato) E' il controller che seleziona, mediante l'invio di appositi comandi di indirizzamento, il talker ed i listener tra i quali deve avvenire una trasmissione di dati Sono previsti comandi per la deselezione del talker edeilistener Dati e comandi Le linee del bus 488 possono essere usate in due modalità diverse: Modo comandi: fase durante la quale il controller configura le interfacce connesse al bus, inviando comandi sul bus. Modo dati: solo il talker ed i listener selezionati partecipano alla comunicazione, con la quale il talker invia dati ai listener. Tali dati sono messaggi di device, e possono essere di natura molto diversa: query, risultati tidi misura, configurazione i di strumenti tidi misura,... Per passare da una modalità all'altra, il controller agisce sullo stato della linea ATN ( attention ) 7

8 Trasmessi con ATN = true Modo Comandi I comandi sono messaggi trasmessi dalla interfaccia correntemente configurata come Controller In Charge (CIC) alle altre interfacce. Si dividono in: Universali: inviati a tutte le interfacce Unilinea: il controller agisce su una particolare linea del bus (ATN, REN, IFC). Non richiedono handshake. Multilinea: il comando è codificato sulle 8 linee dati. Tutte le interfacce partecipano alla handshake. Sono comandi di questo tipo anche i comandi di indirizzamento e di deselezione. Indirizzati: (sempre multilinea) inviati alle interfacce precedentemente indirizzate. Comandi universali unilinea REN (Remote Enable): quando il controller porta REN a 1, le periferiche si predispongono a ricevere messaggi dal bus. ATN (Attention): abilita/disabilita il modo comandi del bus. IFC (Inteface Clear): Se asserita, interrompe ogni attività delle interfacce, che si portano in una condizione di attesa. Inoltre, il System Controller riprende le funzioni di Controller in Charge. Solo il System Controller può agire su questa linea. 8

9 La struttura dei comandi multilinea Comandi universali multilinea DCL (Device Clear): Ogni periferica assume uno stato predeterminato (non stabilito dallo standard 488.1) riportato sul suo manuale. LLO (Local Lockout): Impedisce che le periferiche possano essere programmate dal loro pannello frontale (impedendo che vadano da remote a local ). SPE (Serial Poll Enable), SPD(SerialPollDisable)ePPU (Parallel Poll Unconfigure) si riferiscono alla gestione di particolari modalità diagnostiche (Serial Poll e Parallel Poll). TADx (Talk Address): Configura la interfaccia di indirizzo x come talker LADx (Listen Address): Configura la interfaccia i di indirizzo i x come listener UNL (Unlisten) e UNT (Untalk): disabilitano rispettivamente tutti i listener ed il talker precedentemente selezionati. Nota: UNT è facoltativo. 9

10 Comandi multilinea indirizzati Devono essere preceduti da un comando LADx per ogni destinatario (tranne TCT che richiede un TADx). GET (Group Execute Trigger): Richiede alle periferiche precedentemente configurate in modo opportuno l'esecuzione (contemopranea) dll della funzione di misura richiesta. GTL (Go To Local): Riporta la periferica nel modo local (è come REN=0, ma solo per le periferiche indirizzate). SDC (Selected Device Clear): come DCL, ma solo per le periferiche selezionate. TCT (Take Control): la interfaccia controller in charge cede il proprio ruoloadunaltrainterfaccia in grado di operare come controller. Nota: questo comando deve essere preceduto dal comando TADx, cioè l'interfaccia destinatario del comando deve essere indirizzata come talker. PPC (ParallelPollConfigure):Predisponelaperiferica per la funzione diagnostica di Parallel Poll. Il polling Serve al controller per individuare la device che richiede un intervento Fasi: 1) la device avverte il controller attraverso la linea SRQ; 2) Il controller attiva la sessione di polling, che può essere: Serial poll: interrogazione sequenziale di una device alla volta, che restituisce lo status byte relativo alla propria condizione; il serial poll è attivato/disattivato con i comandi SPE e SPD; Parallel poll: interrogazione contemporanea di più device, che restituiscono lo status bit solo per indicare il proprio stato; richiede una fase preliminare di configurazione di ogni device, attivata con il comando PPC + comando di configurazione; si annulla con il comando PPU che riporta il polling a seriale. 3) Il controller esegue il servizio richiesto dalla periferica 10

11 Struttura dei device message Mentre la struttura degli interface command (modo comandi) è rigidamente fissata, lo standard non codificava il formato dei messaggi scambiati in modo dati tra i dispositivi (device message o device command). Lo standard consigliava ai costruttori l'uso del codice ASCII (stringhe) anche per i dati di tipo numerico. Riconoscendo alcune tipologie generali di messaggi, i costruttori hanno iniziato ad uniformarne le strutture. Lo standard ha introdotto alcuni device message standard. Lo standard SCPI (indipendentemente dal 488) fissa tutti i possibili device command: ogni possibile funzione si richiede sempre con la stessa stringa, indipendentemente dal tipo di strumento. Terminazione dei device message I listener devono essere in grado di riconoscere la condizione di fine messaggio. Il talker può essere configurato in diversi modi: Alla fine del messaggio, asserisce la linea EOI Aggiunge al messaggio uno o più caratteri terminatori (EOS, end of string). Nota: l uso dell EOS è possibile solo se il messaggio non è codificato in binario, ma, ad es., in ASCII. 11

12 Device message con LabView mode specifica la condizione di fine lettura quando non si raggiunge byte count: 0: Nessun carattere EOS(End of fstring). Solo linea EOI o bt byte count. 1: L EOS è CR. La lettura termina con EOI, byte count, o CR. 2: L EOS è LF. La lettura termina con EOI, byte count, o LF. x: Indica il codice (decimale) del carattere EOS desiderato. Nota: l indirizzo sul bus 488 è specificato con una stringa (ad es. 3 ). Esempio di query Richiesta di un dato di misura ad un Fluke 45 di indirizzo 3 12

13 Lo standard Regolamenta aspetti che erano indeterminati nel precedente standard: Lo stato in cui viene a trovarsi un dispositivo Standardizzazione nei formati dei dati: ASCII 7-bit Set minimo di funzionalità per listener/talker e per controller Codifica il formato dello status byte Include integralmente t la norma Introduce dei comandi di device standard Obbliga alla documentazione delle funzionalità Device message standard L estensione obbliga i costruttori di strumenti l implementazione della risposta ad alcuni messaggi: *IDN? *RST *TST? *CLS Identification query Reset command Self-test query Clear status Consultare il manuale dello strumento per conoscere dettagliatamente il comportamento in risposta ai comandi. 13

14 Funzioni LabView per i device message Le funzioni richiedono che l indirizzo sia specificato come intero E possibile specificare il bus (se vi sono più schede di interfaccia 488 sul PC) Invio di device message a più destinatari La funzione accetta un array di indirizzi dei destinatari, ai quali inviare la data string. 14

15 Invio di interface command: GET Inviano il comando di interfaccia Group Execute Trigger al dispositivo o ai dispositivi specificati. Consentono di effettuare delle operazioni (ad esempio misurazioni) contemporanee su più dispositivi. In LabView, l invio di comandi di interfaccia avviene tramite funzioni simili. Altre funzioni per la gestione delle interfacce Abilitano/disabilitano il funzionamento da remoto attraverso il bus 488 (implementate combinando Remote Enable (REN) e GoToLocal (GTL) Impedisce l uso del pannello frontale dello strumento, inviando LocalLockOut (LLO) 15

16 Inizializzazione generale del bus Inizializza tutte le interfacce (con Remote Enable + Interface Clear) Inizializza i dispositivi (con Device Clear) ai dispositivi specificati Inizializza le funzioni dei dispositivi specificati (con il device command standard *RST ) La procedura di interrogazione seriale (Serial Poll) Sul bus 488 è presente una linea, la SRQ, asserendo la quale un dispositivo può richiedere l attenzione del controller. - Per segnalare condizioni di errore - Per migliorare l efficienza del sistema: ad es. liberando il controller dalla necessità di attendere il risultato di una lunga operazione di misura (lo avviserà quando avrà finito). 16

17 La procedura di interrogazione seriale (Serial Poll) Quando il controller rileva la presenza di una richiesta di servizio (leggendo lo stato della linea) deve individuare il dispositivo che l ha generata: - Richiedendo a tutti i dispositivi l invio del loro status byte - Cercando il dispositivo nel cui status byte è settato il bit 6 (che è il settimo da destra, vale 2^6=64 ed è chiamato RQS bit) Il bit 6 pari a 1 indica, già nello standard 488.1, che il dispositivo ha effettuato una richiesta di interruzione Lo status byte E possibile ottenere informazioni sullo stato di uno strumento mediante la lettura del suo status byte Lo standard fissa il significato del solo bit 6 Lo standard fissa il significato degli altri bit: 7 Power On 6 RQS 5 Command Error 4 Execution Error 3 Device Error 2 Query Error 1 Non usato 0 Operation Complete Il significato dei singoli bit DEVE essere riportato sul manuale di ogni strumento.2 17

18 Funzioni per la Serial Poll WaitSRQ sospende l esecuzione fino a quando un dispositivo effettua una richiesta di servizio TestSRQ legge lo stato corrente della linea SRQ. Non sospende l esecuzione. ReadStatus legge lo status byte di un singolo dispositivo di indirizzo specificato L uscita status si riferisce allo stato della interfaccia del controller dopo l operazione Funzioni per la Serial Poll (2) AllSpoll restituisce l array degli status byte dei dispositivi specificati Fi drqs idiid l l di FindRQS individua l elenco dei dispositivi che hanno effettuato una richiesta di servizio tra quelli specificati 18

19 Soluzioni per la Serial Poll Possono essere effettuate altre operazioni in parallelo 19