Модемы. Информационные сети и телекоммуникационные каналы

Интерфейсы модемов

Интерфейс RS-232 (V.24/V.28)

Общие сведения

Последовательные интерфейсы и, в частности, наиболее популярный их них интерфейс RS-232 нашел широкое применение в модемах. Этот стандарт соединения оборудования был разработан в'1969 г. рядом крупных промышленных корпораций и опубликован Ассоциацией электронной промышленности США (Electronic Industries Association — EIA) как вариант "С" рекомендуемого стандарта (Recommended Standard — RS) номер 232. RS-232 разработан как стандарт для соединения компьютеров и различных последовательных периферийных устройств.' Международный союз электросвязи ITU-T использует аналогичные рекомендации под названием V.24 и V.28. Министерство обороны США выпустило практически идентичный стандарт Mil-Std-188C. В нашей стране подобный стандарт введен ГОСТ 18145-81.

Модификация "D" RS-232 была принята в 1987 г. В ней определены некоторые дополнительные линии тестирования, а также в качестве наиболее предпочтительного соединителя для рассматриваемого интерфейса рекомендован разъем типа DB-25.

Самой последней модификацией является модификация "Е", принятая в июле 1991г. как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта. Материал данной главы основан на спецификациях, устанавливаемых стандартом EIA/TIA-232E.

Рекомендация V.24 содержит описание линий и набора сигналов обмена между DTE и DCE. В RS-232 используются другие обозначения линий, однако линии интерфейса RS-232 и рекомендации V.24 выполняют совершенно одинаковые функции. V.24 определяет большее количество линий, чем RS-232, поскольку стандарт V.24 используется и в других интерфейсах. В этом смысле RS-232 является подмножеством V.24. Рекомендация V.24 не определяет электрические характеристики (см. V.28) или другие физические аспекты реализации, такие как тип разъема, расположение контактов, длина кабеля и скорость обмена. Технические вопросы реализации интерфейса подробно изложены в стандарте V.28.

Рекомендация V.28 определяет только электрические характеристики интерфейса V.24, обеспечивающего работу по несимметричным двухполярным линиям обмена на скоростях до 20 Кбит/с. К таким характеристикам относятся уровни используемых сигналов, емкостное сопротивление и т.д. Данная рекомендация не содержит требований к длине кабеля, типу разъемов и расположению их контактов. Поэтому рекомендация V.28 может рассматриваться как подмножество стандарта RS-232.

Стандарт RS-232 в общем случае описывает четыре интерфейсные функции:

- определение управляющих сигналов через интерфейс;

- определение формата данных пользователя, передаваемых через интерфейс;

- передачу тактовых сигналов для синхронизации потока данных;

- формирование электрических характеристик интерфейса.

Сигналы интерфейса RS-232

Интерфейс RS-232 является последовательным асинхронным интерфейсом. Последовательная передача означает, что данные передаются по единственной линии. Для синхронизации битам данных предшествует специальный стартовый бит, после битов данных следует бит паритета и один или два стоповых бита. Такая группа битов совместно со стартовым и стоповым битом, а также битом паритета носит название старт-стопного символа.

Каждый старт-стопный символ, как правило, содержит один информационный символ, например символ американского стандартного кода для обмена информацией ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Символы ASCII представляются семью битами. Так например, латинская буква А имеет код 1000001. Для передачи символов по интерфейсу RS-232 наибольшее распространение получил формат, включающий в себя один стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита. Соответствующий сигнал с уровнями ТТЛ при передаче буквы А показан на рис. 3.1, а. Начало асинхронного символа всегда отмечает низкий уровень стартового бита. После него следуют 7 бит данных символа кода ASCII. Бит паритета устанавливается в "1" или "О" так, чтобы общее число единиц в 8-ми битной группе было нечетным (нечетный паритет — нечетность) или четным (четный паритет — четность). Последними передаются два стоповых бита, представленных высоким уровнем напряжения.

Рис. 3.1. Представление кода буквы А уровнями ТТЛ (а) и на сигнальных линиях интерфейса RS-232 (б)

Часто используются национальные расширения кода ASCII, который полностью включает в себя 128 стандартных ASCII-символов и дополнительно содержит еще 128 символов с единицей в старшем бите. Среди дополнительных символов используются буквы ряда европейских алфавитов, буквы греческого алфавита, математические символы и символы псевдографики. В России наибольшее распространение получила альтернативная кодировка ASCII. Число всех символов расширенного кода ASCII равно 256 и, следовательно, каждый такой символ кодируется восьмью битами (2 =256). Удобнее передавать каждый символ расширенной кодировки в виде отдельного старт-стопного символа. Поэтому часто используется формат, состоящий из одного стартового бита, восьми информационных и одного стопового бита. При этом бит паритета не используется.

Таким образом, полный асинхронно передаваемый символ данных состоит из 10—11 бит при том, что собственно пользовательские данные состоят из 7—8 бит. Для приведенного примера старт-стопный символ, соответствующий букве А, состоит из 11 бит и записывается в виде 01000001011. Здесь используется четный паритет, поэтому девятый бит содержит 0.

Используемые в интерфейсе RS-232 уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, действующих в модеме или компьютере. Логический О (SPACE) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25В, а логическая 1 (MARK) — отрицательным напряжением в диапазоне от —3 до —25В. На рис. 3.1, б показан асинхронный сигнал для буквы А в том виде, в каком он присутствует на линиях TxD или RxD интерфейса RS-232.

Каждая линия интерфейса задается своим функциональным описанием. Все линии обмена сигналами между DTE и DCE, определяемые стандартом RS-232, можно разбить на четыре основные группы. Это линии данных, управления, синхронизации и линии сигнальной и защитной "земли". Все эти линии перечислены в табл. 3.1. В табл. 3.1. также приведены соответствующие обозначения стандарта V.24. Кроме того, указано направление передачи сигналов между DTE и DCE. Ниже приведем описание всех линий интерфейса RS-232.

Сигнальная "земля" (АВ)

Эта линия является общим проводом для всех электрических цепей, образуемых линиями физического интерфейса. Стандарт рекомендует присоединять этот общий провод к защитной "земле" путем внутреннего соединения в DCE. Смысл такого соединения заключается в том, что корпуса устройств оказываются заземленными через штепсельную розетку.

Защитная "земля" (АД)

Эта линия присутствует только в интерфейсе с разъемом DB-25 и предполагает соединение с корпусом устройства.

Передаваемые данные (ВА)

Сигналы, которые присутствуют на этой линии, вырабатываются местным (локальным) DTE для передачи местному DCE. Посылаемые сигналы могут быть кодами команд, управляющих работой местного DCE (АТ-команды или другие), или данными, которые местное DCE должно передать удаленному DCE-устройству.

Если DTE не передает данные, то оно удерживает эту линию в состоянии логической 1 (MARK). Это свойство можно использовать для того, чтобы отличить DTE от DCE. Согласно стандарта DTE не будет передавать данные до тех пор,, пока управляющие линии "Запрос передатчика", "Сброс передатчика", "Готовность DCE" и "Готовность DTE" не будут находится одновременно в активном (ON) состоянии.

Независимо от того, относится ли данное устройство к DTE или DCE, рассматриваемая линия всегда называется одинаково: "Передаваемые данные". Это выходная линия для DTE и входная для DCE.

Принимаемые данные (ВВ)

Таблица 3.1. Сигналы интерфейса RS-232

ответами на команды, передаваемыми местным DCE, или данными, получаемыми от удаленного DCE.

Если не выполняется операция подтверждения приема команды, стандартное DCE удерживает эту линию в состоянии логической 1 (MARK) при условии, что линия "Указатель несущей" находится в неактивном состоянии (OFF). Данное свойство также можно использовать для того, чтобы отличить DTE от DCE.

При полудуплексной работе эта линия удерживается в состоянии MARK, когда линия "Запрос передачи" находится в активном состоянии, а также в течение короткого промежутка времени после ее перехода из активного состояние в неактивное.

Независимо от того, относится ли данное устройство к DTE или DCE, рассматриваемая линия всегда называется одинаково: "Принимаемые данные". Это выходная линия для DCE и входная для DTE.

Запрос передачи (СА)

Сигналы на этой линии вырабатывает DTE. В симплексных или дуплексных системах активное состояние этой линии обеспечивает удержание DCE в режиме передачи. Переключение в неактивное состояние приостанавливает передачу. В обоих случаях состояние этой линии никак не влияет на работу DCE-устройства как приемника.

В полудуплексных системах переключение этой линии в активное состояние переводит DCE в режим передачи и приостанавливает его работу на прием. Когда DTE переключает эту линию в неактивное состояние, соответствующее DCE-устройство начинает работать в режиме приема.

Если DTE переключило линию "Запрос передачи" в неактивное состояние, оно не должно снова активизировать эту линию до тех пор, пока DCE-устройство не подтвердит прием этого сигнала путем переключения в такое же неактивное состояние линии "Готовность к передаче".

Переключение линии "Запрос передачи" из неактивного в активное состояние является сигналом на переход DCE в режим передачи. DCE может затем выполнять любые действия, необходимые для подготовки к передаче, и после их завершения устанавливает линию "Готовность к передаче" в активное состояние, сообщая тем самым, что DCE может передавать данные.

Переключение линии "Запрос передачи" из активного в неактивное состояние является сигналом для DCE на завершение обработки любых данных, которые уже получены от DTE-устройства. Затем DCE прекращает передачу или переходит в режим приема. О завершении этого процесса оно сообщает путем переключения линии "Готовность к передаче" в неактивное состояние.

Готовность к передаче (СВ)

Сигналы на этой линии вырабатывает DCE. Эти сигналы сообщают о готовности DCE к приему данных от связанного с ним DTE-устройства. Если линия "Готовность к передаче" находится в неактивном состоянии, DTE не должно передавать данные. Когда DCE переключает эту линию в активное состояние, оно готово принимать данные. Эти данные могут быть командами для DCE или данными, передаваемыми по каналу связи.

Обычно сигнал "Готовность к передаче" является ответом на сигнал "Запрос передачи". Однако DCE может независимо переключить линию "Готовность к передаче" в неактивное состояние, чтобы сообщить DTE о необходимости приостановки передачи данных на некоторый конечный промежуток времени. Любые данные, переданные после переключения линии "Готовность к передаче" в неактивное состояние, могут быть проигнорированы DCE-устрой-ством. DCE может снова активизировать эту линию в любой момент при условии, что линия "Запрос передачи" также находится в активном состоянии. Такая процедура хорошо известна как аппаратное управление потоком данных.

Если линия "Запрос передачи" не используется, DCE будет работать так,

будто эта линия все время находится в активном состоянии.

Готовность DCE (СС)

DCE использует эту линию для информирования DTE о своей готовности к работе. Для соответствующего сигнала часто используется название: "Готовность устройства сопряжения" или "Готовность модема". Активное состояние линии означает, что DCE готово обмениваться информацией с DTE и начать передачу данных.

В некоторых реализациях данная линия в комбинации с линией "Индикатор тестирования" используется для управления обменом сигналами при тестировании и обслуживании DCE. В других случаях эта линия используется вместе с линией "Готовность к передаче" для управления и программирования DCE, поддерживающего последовательную систему автоматического вызова.

Готовность DTE (CD)

Сигналы на этой линии вырабатывает DTE. Переключение этой линии в активное состояние информирует DCE-устройство о том, что ему нужно приготовиться к соединению с каналом связи. Если DCE может автоматически отвечать на последующие вызовы, оно будет делать это только в том случае, если линия "Готовность DTE" находится в активном состоянии. Однако состояние данной линии не влияет на сигналы, присутствующие на линии "Индикатор вызова".

Если текущее соединение с каналом связи установлено, то активное состояние линии "Готовность DTE" указывает, что DCE должно поддерживать это состояние. Если эта линия впоследствии переключается в неактивное состояние, DCE отключится от канала связи после завершения текущей передачи данных. После перехода в неактивное состояние линия "Готовность DTE" не должна активизироваться снова до тех пор, пока от DCE не будет получено подтверждение этого перехода путем переключения линии "Готовность DCE" в неактивное состояние.

Индикатор вызова (СЕ)

DCE использует эту линию для сообщения о том, что по каналу связи принимается сигнал вызова. Сигнал на линии "Индикатор вызова" соответствует состоянию сигнала вызова ON — при наличии сигнала вызова, и OFF — при его отсутствии. Эта линия всегда активна. Однако DTE может игнорировать этот сигнал по своему усмотрению.

Обнаружение несущей (CF)

DCE активизирует эту линию при получении сигнала, служащего указателем возможности установления соединения с подходящим качеством связи. Если линия находится в неактивном состоянии, то это означает либо полное отсутствие сигнала, либо наличие сигнала неудовлетворительного качества. Какой сигнал считать подходящим по качеству — определяет DCE. Для данной линии часто используется название "Указатель сигнала на линии приема несущей".

Если во время передачи данных возникнут обстоятельства, требующие переключения линии "Обнаружение несущей" в неактивное состояние (означающего потерю несущей), DCE также установит сигнал MARK на линии "Принимаемые данные".

В полудуплексных системах данная линия переключается в неактивное состояние всякий раз, когда активизируется линия "Запрос передачи", а также в течение короткого промежутка времени после переключения линии "Запрос передачи" из активного в неактивное состояние.

Детектор качества сигнала (CG)

Использование этой линии в настоящее время не рекомендуется.

Переключатель скорости передачи данных от DTE (СН)

По этой линии DTE сигнализирует о том, какая из двух возможных скоростей передачи данных (в бодах) или какой диапазон скоростей передачи должно выбрать DCE. Активное состояние этой линии соответствует выбору более высокой скорости передачи.

Переключатель скорости передачи данных от DCE (CI)

По этой линии DCE сообщает о том, какую из двух возможных скоростей передачи данных или какой диапазон скоростей передачи оно выбирает. Активное состояние этой линии соответствует выбору более высокой скорости передачи.

Готовность к приему (CJ)

Для обеспечения документированного метода аппаратного управления потоком данных стандартом RS-232 предусмотрена линия "Готовность к приему". DTE активизирует эту линию, чтобы сообщить DCE о своей готовности к приему данных.

Напротив, неактивное состояние этой линии означает, что DTE не может принимать данные от DCE. В этом случае DCE должно сохранить не переданные данные. Локальное DCE-устройство может передать удаленному DCE сигнал на приостановку передачи данных по каналу связи.

В системах, использующих линию "Готовность к приему", все остальные линии работают так, как если бы линия "Запрос передачи" постоянно находилась в активном состоянии.

Местный шлейф (LL)

DTE использует эту линию дли перевода локального DCE в режим петлевого тестирования. Когда DTE активизирует линию "Местный шлейф", локальное DCE-устройство отключает свой сигнальный выход от канала связи и подключает его к своей собственной входной линии. Затем это DCE активизирует линию "Индикатор тестирования". В результате этого любые данные, передаваемые от DTE к DCE, немедленно возвращаются обратно к DTE. При переключении линии "Местный шлейф" в неактивное состояние DCE реконфигу-рирует себя для нормальной работы.

Состояние линии "Местный шлейф" не влияет на работу линии "Индикатор вызова".

Удаленный шлейф (RL)

DTE использует эту линию для перевода удаленного DCE в режим дистанционного тестирования. Когда DTE активизирует линию "Удаленный шлейф", локальное DCE выдает команду удаленному DCE на установку петлевой конфигурации. Когда установка такой конфигурации завершена, локальное DCE переключает линию "Индикатор тестирования" в активное состояние.

При дистанционном тестировании данные, передаваемые локальным DTE-устройством, проходят через .локальное DCE-устройство и далее поступают в канал связи. Удаленное DCE принимает эти данные и сразу же передает их обратно по каналу связи к локальному DCE, а последнее — к локальному DTE. Когда локальное DTE переключает линию "Удаленный шлейф" в неактивное состояние, локальное DCE выдает команду удаленному DCE на окончание тестирования.

Во время дистанционного тестирования удаленное DCE устанавливает линию "Готовность DCE" в неактивное, а линию "Индикатор тестирования" в активное состояние, указывая тем самым, что связь с удаленным DCE невозможна.

Индикатор тестирования (ТМ)

DCE активизирует эту линию для того, чтобы сообщить DTE о своем переходе в тестовый режим. Активизация этой линии является откликом DCE-уст-ройства на переключение линий "Местный шлейф" или "Удаленный шлейф" в активное состояние. Линия "Индикатор тестирования" активизируется также в том случае, когда DCE отвечает на команду перехода в режим петлевого тестирования, поступающего от удаленного DCE. Неактивное состояние линии "Индикатор тестирования" означает, что DCE готово для нормальной работы.

Синхронизация передачи от DTE (DA)

По этой линии DTE передает сигналы для синхронизации DCE. Моменты переключения этой линии из активного состояния в неактивное номинально соответствуют середине каждого элементарного сигнала (импульса), поступающего от DTE на линию "Передаваемые данные". Если эта линия реализована в интерфейсе, то для поступления на нее синхронизирующей информации обычно достаточно, чтобы DTE-устройство находилось во включенном состоянии.

Синхронизация передачи от DCE (DB)

По этой линии DCE передает сигналы для синхронизации DTE. DCE должно выдавать элементарные сигналы на линию "Передаваемые данные" таким образом, чтобы значащие моменты переходов между соседними элементарными сигналами (битами) соответствовали моментам переключения линии DB из неактивного состояния в активное.

Синхронизация приема от DCE (DD)

По этой линии DCE передает сигналы для обеспечения синхронной работы DTE в режиме синхронной передачи данных. Моменты переключения этой линии из активного состояния в неактивное соответствуют середине каждого элементарного сигнала (бита), поступающего от DCE на линию "Принимаемые данные".

Передаваемые данные дополнительного канала (SBA)

Эта линия эквивалентна линии "Передаваемые данные", но используется для организации дополнительного канала связи.

Принимаемые данные дополнительного канала (SBB)

Эта линия эквивалентна линии "Принимаемые данные", Но используется для организации дополнительного канала связи.

Запрос передачи по дополнительному каналу (SCA)

Эта линия эквивалентна линии "Запрос передачи", но используется для организации дополнительного канала связи.

Готовность к передаче по дополнительному каналу (SCB)

Эта линия эквивалентна линии "Готовность к передаче", но используется для организации дополнительного канала связи.

Обнаружение несущей дополнительного канала (SCF)

Эта линия эквивалентна линии "Обнаружение несущей", но используется для организации дополнительного канала связи".

Аппаратная реализация

Аппаратная реализация интерфейса RS-232 включает в себя последовательный адаптер и собственно механический интерфейс (разъемное соединение).

Когда фирма IBM стала выпускать свои первые персональные компьютеры, на их материнской плате не предусматривалось никаких схем для поддержки последовательной связи. Однако дополнительно мог поставляться асинхронный коммуникационный адаптер. Этот адаптер устанавливался в соответствующий слот материнской платы и обеспечивал связь между микропроцессором и программируемым интерфейсом, подобным RS-232. С тех пор много воды утекло, было продано и установлено буквально несчетное число адаптеров, выпускаемых большим числом фирм. Не смотря на это у всех последовательных адаптеров гораздо больше общего, нежели различий. Причина этого — не отсутствие творческого подхода у разработчиков, а необходимость согласования характеристик адаптера с требованиями простого и жестко определенного стандарта

Рис. 3.2. Структурная схема адаптера RS-232

Структурная схема типичного варианта адаптера последовательного порта RS-232 представлена на рис. 3.2.

Преобразование ТТЛ-уровней в уровни интерфейса RS-232 и наоборот производится передатчиками и приемниками EIA, входящими в состав микросхем типа il488 и il489 или их аналогов.

Обычно передача данных осуществляется на одной из нескольких дискретных скоростей: 50, 75, 110, 150 , 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 или 115200 Бод. Средства BIOS (такие как прерывание Intl4h) поддерживают скорости только до 9600 Бод включительно. Тактовая частота составляет 1,8432 МГц и стабилизирована благодаря использованию кварцевого i снератора. Из этой частоты формируются все остальные необходимые частоты.

В основе контроллера последовательного порта передачи данных лежит микросхема INS8250 (i8250) или ее современные аналоги — 16450, 16550, 16550А. Эта микросхема является асинхронным приемопередатчиком UART (Universal Asinchronouse Receiver Transmitter). Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных, а также ряд служебных регистров. Точная последовательность операций, выполняемых UART в каждой конкретной ситуации, контролируется внешними параметрами. В общих чертах работу UART в режимах приема/передачи можно описать следующим образом. При передаче символа UART должен выполнить следующие операции:

- принять символ в параллельной форме через системную шину PC;

- преобразовать символ в последовательность отдельных битов (параллельно-последовательное преобразование);

- сформировать старт-стопный символ путем добавления к информационным разрядам стартового, стопового и, возможно, бита паритета (четности или нечетности);

- передать старт-стопный символ на интерфейс с требуемой скоростью;

- сообщить о готовности к передаче следующего символа.

При приеме символа UART должен выполнить обратную последовательность действий:

- принять данные в последовательной форме;

- проверить правильность структуры старт-стопного символа: стартовый бит, информационные разряды, бит паритета; если выявлена ошибка — выдать сигнал ошибки;

- осуществить проверку паритета; если выявлена ошибка — выдать сигнал ошибки паритета;

- преобразовать старт-стопный символ в информационный и передать его в параллельной форме в PC;

- сообщить, что символ принят.

Первые адаптеры последовательной связи фирмы IBM были построены на микросхеме INS8250 фирмы National Semiconductor. За прошедшее время эта микросхема несколько раз модернизировалась. Выпускались и многочисленные функциональные аналоги другими производителями микросхем. Тем не менее, все модификации микросхемы 8250 идентичны между собой по большинству своих функциональных характеристик. Микросхемы 8250 рассчитаны на максимальную скорость 38400 бит/с. В настоящее время UART такого типа практически не используются.

Появившиеся позже микросхемы UART серии 16450 рассчитаны на максимальную скорость 115200 бит/с. При их разработке были исправлены некоторые ошибки микросхем серии 8250.

Работая со скоростями порядка 9600 бит/с микросхемы 8250 и 16450 превосходно выполняли свои функции, полностью соответствуя по своим характеристикам невысокому (в прошлом) быстродействию PC и однозадачным операционным системам. Однако на сегодняшнем уровне техники связи с ее высокими скоростями передачи информации и многозадачными операционными системами (ОС) микросхемы такого типа стали "узким местом" коммуникационной аппаратуры. Чтобы исправить ситуацию были разработаны и выпущены микросхемы типа 16550 (PC16550C/NS16550AF и ряд их функциональных аналогов).

По умолчанию микросхема 16550 работает в режиме микросхемы 8250 и может быть установлена вместо микросхемы 8250. В совместимом режиме, она является полным функциональным аналогом UART 8250 и 16450 и в отличие от микросхем UART более ранних выпусков микросхема 16550 имеет второй режим работы, предусматривающий сокращение вмешательства центрального процессора в процедуру последовательной передачи данных. В этом режиме внутренние буферные регистры приемника и передатчика расширяются от 1 до 16 байтов и управляются с использованием логики FIFO (First In — First Out

— первым пришел — первым вышел). Буфер FIFO приемника используется также для хранения трех битов информации об ошибках для каждого символа. Ошибки паритета, форматирования и сигналы прерывания (BREAK-сигналы) буферируются вместе с символом, к которому они относятся. Микросхема 16550 выполняет следующие функции:

• > обеспечивает простой интерфейс между шиной PC и модемом или другими внешними устройствами;

- автоматически добавляет, удаляет и проверяет форматирующие биты;

- генерирует и проверяет биты паритета под управлением специальной программы;

- выделяет указатели состояния операций передачи и приема, а также состояния линии передачи данных и устройства сопряжения;

- содержит встроенные сдвиговые регистры и регистры хранения для операций передачи и приема данных, что исключает необходимость точной синхронизации работы процессора с потоком последовательных данных;

> содержит программируемый генератор-контроллер скорости передачи, работающий с внешним опорным сигналом частотой до 24 МГц;

- содержит встроенные средства самотестирования;

- может работать под управлением программного обеспечения, разработанного для микросхем 8250 и 16450;

- внутренние буферы позволяют хранить до 16 символов и связанную с ними служебную информацию при операциях передачи и приема данных.

Асинхронный последовательный порт подключается к внешним устройствам через специальный разъем. Существует два стандарта на разъемы интерфейса RS-232 — это DB-25 и DB-9. Первый имеет 25, а второй — 9 контактов. Назначение контактов этих разъемов в соответствии со стандартами RS-232 (EIA) и V.24 (ITU-T) приведены в табл. 3.1.

Рис. 3.3. Расположение контактов разъемов DB-25 и DB-9

Общий вид разъемов DB-25 и DB-9, используемых в интерфейсе RS-232 приведен на рис. 3.3.

3.1.4. Соединения по интерфейсу RS-232. Кабели

Входы TxD и RxD используются устройствами DTE и DCE по-разному. Устройство DTE использует линию TxD для передачи данных, а линию RxD — для приема данных. И наоборот, устройство DCE использует линию TxD для приема, а линию RxD — для передачи данных. Поэтому для соединения терминального устройства и устройства передачи данных их необходимо соединить напрямую, как показано на рис. 3.4 (для DB-25)

Для корректной работы коммуникационных приложений требуется программное либо аппаратное управление потоком данных. Для реализации аппаратного управления потоком данных требуется большее количество управляющих

Рис. 3.4. Подключение DTE к DCE

Рис 3 5 Подключение DTE к DTE

чиний порта Наиболее правильным будет использование кабеля-удлинителя всех линии интерфейса RS-232

Если понадобится соединить два персональных компьютера друг с другом, то необходимо произвести перекрестное соединение линий TxD и RxD, как показа но на рис 3 5. Однако часто этого недостаточно, т к. для устройств DTE и DCE функции, выполняемые линиями DSR, DTR, DCD, CTS и RTS, асимметричны.

Устройство DTE подает сигнал DTR и ожидает получения сигналов DSR и DCD В свою очередь, DCE подает сигналы DSR, DCD и ожидает получения сигнала DTR Таким образом, если вы соедините вместе два устройства DTE, то они не смогут "договориться" друг с другом и осуществить процесс подтверждения связи.

Для решения этих проблем при соединении двух устройств типа DTE (DCE) используется специальный кабель, часто называемый нуль-модемом Имея два разъема и многожильный кабель, нуль-модем можно изготовить самостоятельно, руководствуясь схемами, приведенными на рис 3 6

Рис 3.6 Нуль-модем

Рис. 3.7. Модемный кабель DB25-DB25

Рассмотрим механическое соединение портов RS-232. Для подключения модема к компьютеру, как правило, используют модемный кабель, представляющий собой удлинитель основных цепей RS-232. Внешний вид такого кабеля показан на рис. 3.7.

Из-за использования в компьютерах и модемах разъемов различных типов (рис. 3.8) часто приходится пользоваться переходниками. Схема одного из них приведена на рис. 3.9, а внешний вид модемного кабеля DB-9 — DB-25 показан на рис. 3.10.

Рис.3.8. Внешний вид разъемов, используемых в компьютерах и модемах

Рис. 3.9. Переходник DB-25 — DB-9

Следует отметить, что DTE (компьютер) всегда оборудуется разъемом-вилкой (на инженерном жаргоне — "папа", male), a DCE (модем) — разъемом-розеткой ("мама", female). Переходник для мыти DB-9 — DB-25, выполненный в неразборном компактном корпусе, для подключения модемов с 9-контактным разъемом лучше не использовать. Дело в том, что в этом переходнике линии CTS (5-8), DSR (6-6), DCD (8-1) и RI (22-9) не используются. В результате чего нельзя будет использовать аппаратное управление потоком, что может привести к неполной совместимости с имеющимся программным обеспечением.

Рис. ЗЛО. Модемный кабель DB-9 — DB-25

Рис 3 11 Переходник Mini DIN-8 — DB-25 для компьютеров Macintosh

Для подключения модема к компьютерам Macintosh необходим переходник для подключения к используемому в этих компьютерах разъему Mini DIN-8 Схема одного из возможных вариантов такого переходника приведена на рис 3 11, а внешний вид соответствующего кабеля — на рис 312

Рис 3 12 Модемныи кабель Mini DIN-8 — DB-25 для компьютеров Macintosh

Управление потоком

Различают программный и аппаратный методы управления потоком. При программном методе включение и выключение передачи данных производится путем посылки по встречной информационной линии специальных служебных символов. При аппаратном управлении потоком для приостановки и последующего возобновления передачи используют специальные линии интерфейса

Большинство компьютеров и модемов поддерживают управление потоком. Однако если один из них не поддерживает такой механизм, то необходимо обеспечить работу последовательного порта на скорости, не большей, чем действительная скорость соединения. В данном случае управление потоком должно быть запрещено на соответствующих портах модема и компьютера.

Модем может принимать и передавать данные через последовательный порт на скорости, отличающейся от скорости канального порта модема. Это возможно благодаря наличию двух буферов, по одному на каждое направление потока данных. Если последовательный порт работает на скорости, большей, чем скорость канального порта модема, его буфер заполняется полностью. При использовании механизма управления потоком потерь данных при заполнении буфера не происходит.

Программный метод управления потоком.

Программный метод управления потоком, или метод XON/XOFF, заключается в следующем:

- передача знака XOFF (код DC3h ASCII) по линии TxD (103) для сообщения местному или удаленному DTE о необходимости прерывания потока информации;

- передача знака XON (код DClh ASCII) по линии RxD (104) для сообщения местному или удаленному DTE о необходимости восстановления потока информации.

Знак XOFF представляет собой символ CTRL-S ("S), a XON — символ CTRL-Q (*0). Если управление потоком разрешено по канальному интерфейсу модема и по последовательному порту, и знак XOFF принят по каналу связи, то этот знак заставляет модем приостановить передачу данных из своего буфера в канал связи.

Буфер модема заполняется в процессе передачи данных местным DTE через последовательный порт. Если буфер заполнился, модем передает знак XOFF через последовательной порт, который сообщает местному DTE-устройству о необходимости прервать передачу. Местное DTE возобновляет передачу данных только в том случае, если оно принимает знак XON от модема или по каналу связи от удаленной системы (через местный модем). Это заставляет местное DTE-устройство возобновить передачу данных.

Рассмотренный метод называется программным методом управления потоком (.Software Hand-Shaking). Его преимущество заключается в возможности

Рис. 3.13. Простейшая схема соединения для программного управления потоком

применения соединения между компьютером и модемом (DTE—DCE) с использованием небольшого числа проводников. Одна из возможных схем такого соединения приведена на рис. 3.13.

Модемы также поддерживают так называемое "аппаратное управление потоком", реализованное только средствами последовательного порта.

Аппаратное управление потоком.

DCE могут использовать два типа аппаратного управления потоком: однонаправленный и двунаправленный. Однонаправленное аппаратное управление потоком аналогично методу управления XON/XOFF. Вместо передачи знака XOFF местному терминалу модем переводит в низкое логическое состояние уровень сигнала на линии CTS (106) ("Готов к передаче").

При изменении уровня сигнала CTS, DTE прекращает передачу данных по последовательному порту. Передача данных возобновляется, когда DCE переводит уровень сигнала на линии CTS в высокое логическое состояние, что для последовательного порта аналогично передаче сигнала XON.

DTE может запретить DCE передавать данные в его сторону. Это возможно только тогда, когда действует двунаправленное аппаратное управление потоком. При таком управлении потоком линия CTS используется точно также, как и при однонаправленном управлении. Кроме того, DCE останавливает передачу данных к DTE, если последний переводит в низкое состояние уровень сигнала на линии RTS (105) ("Запрос передачи"). DCE возобновляет передачу при переходе уровеня сигнала на линии RTS в высокое логическое состояние. Для большинства применений эффективен однонаправленный метод управления потоком.

Аппаратное управление потоком носит также название Hardware Hand-Shaking. Для соединения аппаратуры DTE и DCE с использованием аппаратного протокола управления потоком рекомендуется использовать полную схему соединения, приведенную на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Схема соединения DCE и DTE при аппаратном управлении потоком

Адресация последовательных портов

При установке внутреннего модема со своим портом или дополнительного контроллера последовательного порта, должны быть установлены адреса ввода/вывода, по которым операционная система с помощью BIOS будет обмениваться данными с адаптером этого порта. У каждого порта должен быть свой уникальный адрес. Только при этом условии можно гарантировать нормальную работу порта и подключенного к нему модема.

При запуске PC операционная система проверяет адреса портов посредством опроса платы адаптера и заносит их в специальную область оперативной памяти компьютера. Затем ОС анализирует содержимое этой области и присваивает каждому порту имя в порядке расположения его адреса в памяти.

Система опрашивает порты в определенном порядке: 3F8h, 2F8h', 3E8h и 2E8h. При нахождении порта определенного типа ОС включает его адрес в специально зарезервированную для этого область памяти BIOS. Это небольшая область памяти, начинающаяся с абсолютного адреса 0400h. Первые восемь байт в этой области предназначены для хранения адресов четырех последовательных портов. Следующие восемь байт хранят информацию об адресах параллельных портов. При загрузке ОС считывает эти адреса из области данных BIOS и присваивает каждому из них имя в соответствии с порядком их расположения в этой области памяти: от СОМ1 до COM4 для последовательных портов, и от LPT1 до LPT4.

Портам для нормальной работы необходимо аппаратное прерывание. Последовательному порту с именем СОМ1 обычно соответствует аппаратное прерывание IRQ4 (Interrupt Request). Для порта COM2 - IRQ3. Порты COM3 и COM2 используют одно и то же прерывание IRQ3, а COM4 и СОМ1 — прерывание IRQ4. Прерывания для параллельных портов устанавливаются автоматически.

Таблица 3.2. Системные ресурсы последовательных портов компьютеров PS/2

Компьютеры с архитектурой PS/2 имеют отличные от AT адреса портов за исключение двух первых и другие прерывания. Кроме того, существует возможность расширения количества портов до восьми. Такие отличия обусловлены тем, что компьютерах PS/2 применен другой контроллер последовательного порта и усовершенствованный последовательный интерфейс (ESI) фирмы Hayes. Контроллер такого типа поддерживает режим прямого доступа к памяти, осуществляет выборку символов во входящем потоке данных и сам управляет потоком данных. ESI- адаптер фирмы Hayes представляет собой законченный коммуникационный сопроцессор для управления линией связи практически независимо от центрального процессора компьютера. В табл. 3.2 приведены адреса ввода/вывода и линии прерывания, используемые в системе PS/2.

Ограничения интерфейса RS-232

Вследствие воздействия помех, активного и реактивного сопротивления соединительного кабеля между устройствами DTE и DCE существуют ограничения на его длину. Официальное ограничение по длине для соединительного кабеля по стандарту RS-232 составляет порядка 15 м при скорости передачи около 20 Кбит/с. Однако на практике это расстояние может быть значительно больше и зависит от скорости передачи данных. В табл. 3.3 приведены значения длины соединительного кабеля, определенные McNamara (Technical Aspects of Data Communications, Digital Press, 1982).

Соотношение между скоростью передачи и длиной кабеля зависит также от качества используемого кабеля. Если используется кабель с низкой емкостью, то расстояние между DTE и DCE может быть больше. Интерфейсы, рассматриваемые ниже, такие как RS-449, RS-422A и RS-423A, позволяют работать с большими скоростями передачи и на большем удалении, чем интерфейс RS-232.

Таблица 3.3. Длина соединительного кабеля между устройствами DTE и DCE

Интерфейсы RS-422A, RS-423A и RS-449 (V.36)

Более новыми стандартами, по сравнению с RS-232, позволяющими обеспечить высокоскоростную работу на больших расстояниях, являются стандарты EIA RS-422A, RS-423A и RS-449. Соответствующими рекомендациями ITU-T для этих стандартов являются V.10 и Х.26 — для RS-423, и V.11 и Х.27 — для RS-422. В табл. 3.4 приведены соотношения скорости передачи и допустимой длины кабеля для этих стандартов.

Таблица 3.4. Соотношение скорости передачи и допустимой длины кабеля для стандартов RS-422A и RS-423A

Стандарт RS-423A

Стандарт RS-423A определяет электрические характеристики несимметричного цифрового интерфейса. "Несимметричность" означает, что данный стандарт подобно RS-232 для каждой линии интерфейса использует только один провод. При этом для всех линий используется единый общий провод.

Как и RS-422A, этот стандарт не определяет сигналы, конфигурацию выводов или типы разъемов. Он содержит только описание электрических характеристик интерфейса. Стандарт RS-422A предусматривает максимальную скорость передачи 100 Кбит/с.

Стандарт RS-422A

Стандарт RS-422A определяет электрические характеристики симметричного цифрового интерфейса. Он предусматривает работу на более высоких скоростях (до 10 Мбит/с) и больших расстояниях (до 1000 м) в интерфейсе DTE—DCE. Для его практической реализации, в отличие от RS-232, требуется два физических провода на каждый сигнал. Реализация симметричных цепей обеспечивает наилучшие выходные характеристики.

Подобно V.28, данный стандарт является простым описанием электрических характеристик интерфейса и не определяет параметры сигналов, типы разъемов и протоколы управления передачей данных. Для линий интерфейсов RS-422A и RS-423A могут быть использованы различные проводники (или пары проводников) одного и того же кабеля.

Стандарт RS-422A был разработан совместно с RS-423A и позволяет размещать линии этих интерфейсов в одном кабеле. Он не совместим с RS-232, и взаимодействие между RS-422A и RS-232 может быть обеспечено только при помощи специального интерфейсного конвертера.

Стандарт RS-449

Стандарт RS-449, в отличие от RS-422A и RS-423A, содержит информацию о параметрах сигналов, типах разъемов, расположении контактов и т.п. В этом отношении RS-449 является дополнением к стандартам RS-422A и RS-423A. Стандарту RS-449 соответствует международный стандарт V.36.

Комбинация RS-449, RS-422A и (или) RS-423A первоначально предназначалась для возможной замены RS-232. Однако этого не произошло, хотя данные стандарты нашли достаточно широкое применение в качестве высокоскоростного интерфейса DTE—DCE.

Стандарт RS-449 определяет 30 сигналов интерфейса. Большинство этих сигналов имеют эквивалентные в RS-232. Кроме того, добавлен ряд новых сигналов. Обозначения большинства сигналов были изменены во избежание путаницы.

Десять сигналов RS-449 определены как линии 1-й категории. Эта группа сигналов включает в себя все основные сигналы данных и синхронизации, такие как "Передаваемые данные", "Принимаемые данные", "Синхронизация терминала" . Скорость передачи сигналов 1 -и категории существенно зависит от длины кабеля. Для линий этой категории на скоростях до 20 Кбит/с могут использоваться стандарты RS-422A либо RS-423A; на скоростях выше 20 Кбит/с (до 2Мбит/с) - только RS-422A.

Оставшиеся 20 линий классифицируются как линии 2-й категории и используются стандартом RS-423A. Ко 2-й категории относятся такие управляющие линии, как "Качество сигнала", "Выбор скорости передачи" и др.

Стандарт RS-449 определяет тип разъема и, в отличие RS-232, распределение контактов разъема (см. табл. 3.5). Используемые разъемы имеют 37 контактов для прямого канала и 9 контактов для обратного канала.

Таблица 3.5. Назначение сигналов интерфейса RS-449

Расположение контактов разъема интерфейса RS-449/V.36 приведено на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Расположение контактов разъема интерфейса RS-449/V.36

Интерфейс V.35

Стандарт V.35 появился в начале 80-х годов как спецификация интерфейса между устройствами доступа к сети (мультиплексором, модемом или др.) и высокоскоростной сетью с коммутацией пакетов. Первоначально эта спецификация использовалась для подключения групповых модемов (модемных пулов) к коммутационному устройству.

Рекомендация V.35 определяет синхронный интерфейс для работы по аналоговым широкополосным каналам с полосой пропускания 60-108 кГц (соответствует полосе 12 канальной группы) со скоростью передачи до 48 Кбит/с.

В приложении к стандарту определялся вид электрического соединения, обеспечивающего высокоскоростной последовательный интерфейс между мультиплексором и коммутационным оборудованием сети.

Рынок собственно модемов V.35 не состоялся, но-интерфейс в качестве высокоскоростной замены RS-232 прижился. В спецификации стандарта не был определен тип электрического разъема, но фирма IBM в свое время стала выпускать совместимые с V.35 большие прямоугольные разъемы с массивными прижимными винтами. Получилось очень надежное соединение. Остальные производители коммутационное техники стали повторять конструкцию соединителя IBM, который и стал стандартом де-факто и был принят в качестве рекомендации ISO 2593.

Рис. 3.16. расположение контактов разъема интерфейса V.35

Таблица 3.6. Назначение контактов и сигналов V.35

Контакты несимметричной цепи обмена с электрическими характеристиками V.28 используют один контакт, показанный в столбце А. Каждая несимметричная цепь обмена с электрическими характеристиками V.35 ("1"=-0,55 В, "0"=+0,55 В) используют два контакта, показанные в столбцах А и Б.

Интерфейс V.35 использует комбинацию несимметричных (V.24/V.28) и симметричных (V.35) сигналов. Поэтому максимальная длина соединительного кабеля та же, что и для интерфейса V.24/V.28 (RS-232). В качестве интерфейсного разъема между DTE—DCE используется 34-контактный разъем типа MRAC. Диаметр штырей/отверстий, используемых в 34-контактном разъеме, и соответствие контактов сигналов может отличаться в разных странах. В табл. 3.6 показано назначение сигналов и обозначение контактов разъема ISO 2593 для интерфейса V.35, а на рис. 3.16. приведено расположение его контактов.

В 1988 г. ITU-T отказался от стандарта V.35, заявив, что он устарел. Несмотря на столь категоричное официальное заявление, интерфейс V.35 продолжает существовать. В настоящее время, кроме различного рода высокоскоростных модемов, интерфейс V.35 применяется в мультиплексорах, маршрутизаторах и другом коммуникационном оборудовании, обеспечивая скорость передачи до 2 Мбит/с.

Интерфейсы Х.21 и X.21bis

Стандарт Х.21 впервые был опубликован в 1972 г. Он определяет физические характеристики и процедуры управления для интерфейса DTE—DCE в режиме синхронной передачи данных и может применяться как в сетях с коммутацией каналов, так и в сетях на выделенных линиях. Стандарт предусматривает дуплексную работу DTE при условии, что DCE связаны друг с другом реальными, а не виртуальными цифровыми линиями связи. Функциональные процедуры Х.21 формализованы в виде диаграмм состояний, рассмотрение которых выходит за рамки данной книги.

Рекомендация ITU-T Х.21 определяет формат передаваемых символов, которые представляются в коде МТК-5 (Международный Телеграфный Код №5). Данный интерфейс рассчитан на сквозную цифровую передачу. В нем в процесс установления соединения и разъединения полностью автоматизирован при помощи набора сигналов о состоянии соединения и о его неисправностях. В ходе передачи данных через интерфейс могут передаваться любые последовательности битов.

Создатели этого стандарта стремились максимально упростить его и, по нашему мнению, достигли своей цели. Так, соединение DTE с DCE требует существенно меньшего числа сигнальных линий, чем аналогичное соединение для интерфейса RS-232.

Назначение сигналов и линий интерфейса Х.21 приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7. Назначение сигналов и линии интерфейса Х.21

Рис. 3.17. Расположение контактов разъема интерфейса Х.21

Механические характеристики интерфейса Х.21 определены стандартом ISO 4903, предусматривающим использование 15-контактного разъема типа DB-15, изображенного на рис. 3,17.

Интерфейс Х.21 может находится либо в режиме переноса данных, либо в одном из многочисленных режимов управления. Управляющая информация в режимах управления передается в коде МТК-5. Применение потока управляющих символов открывает неограниченные возможности для выбора будущих управляющих механизмов. Такой подход является более гибким по сравнению с другими вариантами интерфейсов, использующими для каждого управляющего сигнала отдельную линию. В режиме управления важно правильно идентифицировать моменты появления символов. Для этого любой последовательности управляющих символов, посылаемых или принимаемых DTE, предшествуют два идущих подряд символа синхронизации SYN.

По ряду причин Х.21 не получил широкого распространения. Тем не менее для некоторых приложений он является оптимальным вариантом, особенно для таких, где требуются дуплексные выделенные каналы, работающие в синхронном режиме.

Рекомендация X.21bis

Рекомендация X.21bis была разработана для для обеспечения возможности подключения к сетям передачи данных общего пользования тех пользователей, которые используют для этого аналоговые выделенные или коммутируемые каналы и имеют синхронные модемы, работающие согласно рекомендациям серии V.

Выполнение рекомендации X.21bis обеспечивает взаимодействие между DTE, подсоединенным к сети через модем серии V в соответствии с рекомендацией X.21bis, и DTE, подсоединенным по рекомендации Х.21. При этом возможна как дуплексная передача (основной вариант), так и полудуплексная.

Электрические и механические характеристики цепей интерфейса DTE— DCE могут соответствовать рекомендациям V.28, Х.26 и иметь 25- или 37-кошакчный разъем, соответственно.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.