Lucrarea 5. Portul paralel standard

Transcription

1 Lucrarea 5 Portul paralel standard 1. Scopul lucrării Lucrarea prezintă portul paralel standard al calculatoarelor compatibile IBM PC şi urmăreşte familiarizarea cu diferite soluţii de conectare ale unor echipamente externe la portul paralel al acestor calculatoare. Sunt prezentate registrele şi semnalele portului paralel, porturile bidirecţionale, utilizarea întreruperilor şi metode de transfer a datelor între două calculatoare utilizând portul paralel standard. 2. Consideraţii teoretice 2.1. Introducere Începând cu calculatorul IBM PC original (introdus în anul 1981), IBM a definit un port paralel standard pentru imprimantă. Acest port reprezenta o alternativă la portul serial mai lent, fiind utilizat mai ales pentru conectarea imprimantelor matriciale mai rapide. Definiţia iniţială s-a regăsit în adaptorul pentru imprimantă ( IBM Printer Adaptor ) şi adaptorul pentru monitor monocrom şi imprimantă ( IBM Monochrome Display and Printer Adaptor - MDPA ). Pe măsura creşterii numărului de echipamente care trebuie conectate la calculator, portul paralel a devenit mijlocul prin care se pot conecta periferice cu performanţe mai ridicate. Printre acestea se numără unităţi de partajare a imprimantelor, unităţi portabile de disc, unităţi încasetate de bandă şi unităţi CD-ROM. Pentru aceste periferice se utilizează porturile paralele îmbunătăţite (EPP, ECP). În această lucrare se studiază portul paralel standard SPP (Standard Parallel Port) Conectori şi cabluri Portul paralel al calculatorului utilizează un conector mamă DB-25S cu 25 de contacte sub formă de pini, aflat pe panoul din spate al calculatorului. Din cele 25 de contacte, 17 sunt utilizate pentru liniile de semnal, iar 8 ca linii de masă. Liniile de semnal sunt împărţite în trei grupe: Control (4 linii) Stare (5 linii) Date (8 linii) Acest conector a fost standardizat ulterior de organizaţia IEEE, cu denumirea de conector IEEE A. Figura 1.1 ilustrează acest conector. Figura 1.1. Conectorul cu 25 de contacte DB-25S (IEEE 1284-A) utilizat pentru porturile paralele ale calculatoarelor IBM PC. Imprimantele conectate la portul paralel al calculatorului utilizează un conector cu 36 de contacte, cunoscut sub numele de Centronics, după numele firmei Centronics Data Computer Corporation care a utilizat pentru prima dată acest conector pentru imprimantele produse de aceasta în anii Contactele acestui conector sunt sub formă de lamele. Asignarea semnalelor pentru acest conector a fost modificată de mai multe ori. Prima variantă a fost cea realizată de firma Centronics. În anul 1981, IBM a modificat câteva din conexiunile conectorului. În final, în anul 1994 IEEE a efectuat unele modificări ale asignării semnalelor şi a standardizat conectorul cu denumirea de conector IEEE 1284-B. Acest conector este ilustrat în Figura 1.2. Figura 1.2. Conectorul cu 36 de contacte Centronics (IEEE 1284-B) utilizat pentru interfeţele paralele ale imprimantelor.

2 Pentru conectarea imprimantelor la portul paralel se utilizează un cablu cu un conector tată DB-25P la un capăt şi un conector tată Centronics cu 36 de contacte la celălalt capăt. Acesta este deci un cablu adaptor între cele două tipuri de conectori, conexiunile necesare pentru un asemenea cablu fiind indicate în Tabelul 1.3. Calitatea cablului este importantă mai ales pentru modurile de transfer cu viteză ridicată. Pentru aceste moduri, este important să se conecteze în mod corespunzător toate liniile de masă, şi nu doar o singură linie, în modul întâlnit la numeroase cabluri comerciale de calitate redusă Registrele portului paralel Semnalele din grupele de sus sunt asignate biţilor din registrele care constituie interfaţa hardware/software cu portul paralel. Adresele registrelor sunt mapate în spaţiul de I/E al procesorului. Pentru fiecare port paralel, există un număr de 3 registre cu adrese consecutive, începând cu adresa de bază a portului. Adresele de bază obişnuite ale portului paralel sunt 378h şi 278h. Adresa 3BCh a fost utilizată în trecut de adaptoarele pentru monitor monocrom şi imprimantă. Implementările mai noi ale portului paralel, care permit funcţionarea în modurile avansate definite de standardul IEEE 1284, utilizează între 8 şi 16 registre, cu adresele de bază 378h sau 278h. Uneori adresele acestora pot fi relocate, ca în cazul adaptoarelor de tip Plug and Play. Registrele portului paralel sunt de 8 biţi, accesul direct la acestea realizându-se prin instrucţiunile IN şi OUT în limbajul de asamblare sau prin funcţiile inportb şi outportb în limbajul C. Registrele portului paralel standard sunt prezentate în Tabelul 1.1. Tabelul 1.1. Registrele portului paralel standard. Observaţii Offset indică deplasamentul faţă de adresa de bază a portului paralel. Registrul de date poate fi citit în cazul tuturor porturilor, dar se poate utiliza pentru o operaţie de intrare numai în cazul porturilor bidirecţionale. Registrul de control poate fi citit în scopuri de testare. Valoarea citită trebuie să fie egală cu cea înscrisă anterior în acest registru. ROM BIOS rezervă în memoria RAM, începând de la adresa 0000:0408h, 4 cuvinte de 16 biţi pentru adresa de bază a 4 porturi paralele. La pornirea sistemului, BIOS testează existenţa porturilor paralele cu adresele de bază 3BCh, 378h şi 278h (în această ordine), şi memorează adresele de bază ale porturilor găsite în cuvinte consecutive din această tabelă. Un port este detectat prin înscrierea valorii AAh în registrul de date şi citirea aceluiaşi registru, în cazul în care portul există fiind citită aceeaşi valoare. Pot exista confuzii în cazul în care una sau mai multe linii sunt ţinute în starea 1 sau 0 de un echipament extern (sau dacă portul se află iniţial în starea de înaltă impedanţă). ROM BIOS memorează de asemenea numărul porturilor paralele găsite în cei doi biţi superiori ai octetului de la adresa 0000:0411h (ca o valoare între 0 şi 3). Sistemul de operare DOS şi funcţiile BIOS pentru imprimantă (accesate prin int 17h) realizează asignarea adreselor de bază la porturile paralele LPTn. Prima valoare din tabelă va fi adresa de bază pentru portul LPT1, a doua pentru LPT2, iar a treia pentru LPT3. Nu există o adresă standard pentru al patrulea port. Prin inversarea intrărilor în tabela BIOS, se pot schimba adresele fizice care sunt asignate porturilor LPT. Asignarea tipică a adreselor de bază la porturile paralele LPT este indicată în Tabelul 1.2. Tabelul 1.2. Asignarea adreselor de bază la porturile paralele LPT. Port paralel Adresa de bază LPT1 378h LPT2 278h

3 2.4. Semnalele portului paralel Pentru prezentarea semnalelor portului paralel se utilizează următoarele convenţii: Litera n de la începutul numelui unui semnal indică un semnal activ în starea logică 0. Semnalele al căror nume nu începe cu această literă sunt active în starea logică 1. Conexiunea dintre bitul unui registru şi pinul corespunzător este directă dacă valoarea 1 a bitului este asociată cu valoarea logică 1 şi inversată dacă valoarea 1 a bitului este asociată cu valoarea logică 0. Inversarea se realizează prin hardware de către logica portului. Biţii registrului de date sunt notaţi cu D0..D7, iar cei ai registrului de stare cu S3..S7, în funcţie de poziţia lor. Biţii registrului de control care sunt conectaţi la pini sunt notaţi cu C0..C3. Semnul +, respectiv - ataşat ca sufix unui bit indică faptul că bitul este direct, respectiv inversat comparativ cu pinul de ieşire sau de intrare cu care este asociat. Tabelul 1.3. Semnalele portului paralel standard. Observaţie: Direcţia semnalelor (In, Out) este definită din punctul de vedere al calculatorului, cu excepţia semnalelor Select şi nselectin, a căror direcţie este definită din punctul de vedere al imprimantei.

4 2.5. Configuraţia registrelor Se prezintă în continuare configuraţia registrelor portului paralel standard. Registrul de date (378h, 278h) La scriere, datele sunt transmise (neinversate) la pinii Valoarea înscrisă va fi memorată şi va rămâne stabilă până la înscrierea unei noi valori. La citire, în cazul în care bitul 5 al registrului de control (C5) este 0, se citeşte valoarea care a fost înscrisă în prealabil în registrul de date. În cazul în care bitul C5 este 1, valoarea citită reprezintă datele preluate de la pinii 2..9 (numai la porturile bidirecţionale). Registrul de stare (379h, 279h) Bitul 7 (Busy): Conţine valoarea inversată a semnalului Busy. Dacă bitul Busy este 0, tipărirea este în curs sau bufferul imprimantei este plin (inversat). Bitul 6 (nack): Conţine valoarea semnalului nack. Printr-un impuls negativ al acestui semnal, cu durata de aproximativ 10 µs, imprimanta indică preluarea ultimului caracter (neinversat). Bitul 5 (PError): Conţine valoarea semnalului PError. Dacă acest semnal este 1, imprimanta nu are hârtie (neinversat). Bitul 4 (Select): Conţine valoarea semnalului Select. Dacă acest semnal este 1, imprimanta este operaţională (neinversat). Bitul 3 (nfault): Conţine valoarea semnalului nfault. Dacă acest semnal este 0, a apărut o eroare la tipărire sau imprimanta nu este operaţională (neinversat). Biţii 2..0 nu sunt utilizaţi (sunt nedefiniţi). Registrul de control (37Ah, 27Ah) Biţii 7..6 nu sunt utilizaţi (ignoraţi la scriere, nedefiniţi la citire). Bitul 5 (Dir): La porturile bidirecţionale (PS/2), acest bit indică direcţia liniilor de date: 0 - ieşire; 1 - intrare (nu există un semnal extern asociat acestui bit). Bitul 4 (IRQEn): Dacă este setat la 1, un front crescător al semnalului nack va genera o cerere de întrerupere (nu există un semnal extern asociat acestui bit). Bitul 3 (nselectin): Este inversat, iar valoarea rezultată generează semnalul nselectin. Dacă acest semnal este setat la 1, caracterele de control DC1 (11h) şi DC3 (13h) pot activa şi dezactiva imprimanta (inversat). Bitul 2 (ninit): Generează semnalul ninit. Prin setarea acestui semnal la 0 pentru cel puţin 50 µs, imprimanta va fi iniţializată (neinversat). Bitul 1 (nautofd): Este inversat, iar valoarea rezultată generează semnalul nautofd. Dacă acest semnal este setat la 1, imprimanta va trece la o linie nouă după recepţionarea fiecărui caracter CR (inversat). Bitul 0 (nstrobe): Este inversat, iar valoarea rezultată generează semnalul nstrobe. Prin setarea acestui semnal la 1 pentru cel puţin 1 µs, se indică imprimantei că există o nouă dată validă pe liniile de date (inversat) Porturi bidirecţionale Seria de calculatoare IBM PS/2 a adăugat posibilitatea utilizării porturilor paralele în mod bidirecţional. Prin setarea bitului de direcţie al registrului de control (C5 = 1) se pot trece ieşirile registrului de date în starea de înaltă impedanţă, aceste ieşiri fiind deconectate de la pinii conectorului.

5 În registrul de date se pot citi atunci semnalele TTL externe aplicate la pinii corespunzători. Valorile înscrise în registrul de date sunt memorate, dar nu sunt transmise la pini. Porturile paralele care funcţionează în acest mod sunt numite porturi bidirecţionale sau PS/2. Calculatoarele actuale dispun de porturi paralele integrate pe placa de bază, având mai multe moduri de funcţionare. De obicei, există şi un mod bidirecţional compatibil PS/2. Selecţia modului se realizează printr-o setare pusă la dispoziţie de BIOS. Portul ECP, permite mai multe moduri de funcţionare, printre care şi modul PS/2, fiind posibilă selectarea modului prin program. În cazul în care nu se dispune de un port paralel bidirecţional, există totuşi posibilitatea utilizării portului paralel unidirecţional ca port de intrare. Prin înscrierea valorii FFh în registrul de date, orice semnal TTL extern cu valoarea logică 0 va fi citit ca 0 în registrul de date. Un semnal TTL extern cu valoarea logică 1, sau lipsa unui semnal, va fi citit ca 1 în registrul de date. O asemenea utilizare nu este însă recomandată, deoarece poate determina forţarea circuitului utilizat pentru implementarea portului paralel şi deteriorarea acestuia. De notat că, spre deosebire de porturile IBM iniţiale, realizate cu circuite MSI TTL, cum este circuitul 74LS374, porturile paralele actuale sunt implementate prin controlere LSI într-o singură capsulă, cu caracteristici electrice şi costuri de înlocuire diferite. Controlerul LSI integrează şi alte circuite, ca un port serial sau un adaptor video, astfel că la o supraîncălzire se pot distruge şi acestea. Metoda recomandată pentru utilizarea portului paralel unidirecţional pentru intrare este folosirea liniilor de stare ale portului. Există un număr de 5 linii de stare, care permit transferul datelor de la un echipament extern conectat la portul paralel. Starea acestor linii poate fi citită din registrul de stare, în poziţiile S7, S6, S5, S4 şi S3. Trebuie să se ţină cont de inversarea bitului S7. Această metodă nu permite însă transferul simultan a 8 biţi de date de la un echipament extern. O soluţie constă în transferul celor 8 biţi de date în două etape, liniile de date ale echipamentului extern fiind conectate la liniile de stare ale portului paralel prin intermediul unui multiplexor 2:1 cu 4 căi. Se poate utiliza, de exemplu, circuitul 74LS157, conectarea acestui circuit fiind ilustrată în Figura 1.3. Atunci când intrarea A / B a circuitului este 0, sunt selectate liniile de intrare 1A, 2A, 3A şi 4A, iar atunci când intrarea A / B este 1, sunt selectate liniile de intrare 1B, 2B, 3B şi 4B. Selecţia intrărilor se realizează cu unul din semnalele de control, de exemplu, cu semnalul nstrobe. Ieşirile Y ale circuitului sunt conectate la 4 din liniile de stare ale portului paralel. Cele două valori de câte 4 biţi sunt combinate apoi într-un octet prin program. Dezavantajul soluţiei constă în viteza mai redusă. Figura 1.3. Utilizarea unui multiplexor 74LS157 pentru transferul datelor de la un echipament extern O altă soluţie de utilizare a portului paralel unidirecţional pentru intrare constă în folosirea a 4 linii ale registrului de control, şi anume, a liniilor nstrobe, nautofd, ninit şi nselectin. Aceste linii sunt conectate la poziţiile C0, C1, C2, respectiv C3, ale registrului de control. De obicei, pentru ieşirile C0..C3 ale acestui registru se utilizează un buffer inversor cu colector deschis, ieşirile fiind conectate la +5 V prin rezistenţe (în mod obişnuit, de 4,7 KΩ). Aceste ieşiri au două stări posibile, 0 logic şi starea de înaltă impedanţă. De aceea, un echipament extern poate forţa aceste linii în starea logică 0, fără suprasolicitarea circuitelor din calculator. Pentru utilizarea biţilor C0..C3 ai registrului de control

6 ca intrări, mai întâi se vor seta ieşirile corespunzătoare la 1 logic prin înscrierea valorii binare xxxx0100 în acest registru (din cauza inversării biţilor C0, C1 şi C3). După aceea, se va putea citi starea semnalelor externe aplicate la pinii respectivi prin citirea registrului de control. Se va ţine cont de inversarea biţilor C0, C1 şi C3. În cazul utilizării acestei soluţii, poate apare o problemă dacă echipamentul este conectat la portul paralel înaintea iniţializării registrului de control prin program. De exemplu, dacă echipamentul dispune de ieşiri cu tranzistoare în contratimp ( totem-pole ), va apare un conflict în cazul în care intrarea este în starea 1 logic şi portul încearcă trecerea acesteia în starea 0 logic. Pentru evitarea acestei probleme, se pot insera drivere sau inversoare cu colector deschis pe liniile conectate la registrul de control. Observaţie La unele porturi paralele, nu se utilizează circuite cu colector deschis pentru biţii C0..C3 ai registrului de control. În asemenea cazuri, pot apare conflicte între echipamentul extern şi portul paralel. Acelaşi lucru se poate întâmpla dacă portul este trecut în modul EPP sau ECP, ieşirile registrului de control devenind atunci de tip totem-pole. De aceea, pentru compatibilitate, este preferabilă utilizarea doar a liniilor de stare pentru intrare. Utilizarea liniilor de control poate fi combinată cu folosirea liniilor de stare ale portului paralel, 4 din liniile de date ale echipamentului extern fiind conectate la 4 din liniile registrului de stare, celelalte 4 linii de date fiind conectate la liniile menţionate anterior ale registrului de control. Soluţia este prezentată în Figura 1.4, unde se ilustrează şi conectarea unor inversoare cu colector deschis pe liniile de control. Figura 1.4. Utilizarea liniilor de stare şi de control pentru transferul datelor de la un echipament extern. În cazul utilizării oricărui port paralel bidirecţional pentru intrare, se recomandă trecerea ieşirilor în starea de înaltă impedanţă de fiecare dată când portul este conectat la echipamente externe. Se pot utiliza şi rezistenţe pentru limitarea curentului. Anumite circuite utilizate pentru implementarea porturilor paralele blochează bitul C5 de control al direcţiei, pentru a preveni schimbarea accidentală a direcţiei (deblocarea se realizează prin înscrierea unei valori într-un alt registru) Întreruperi Portul paralel standard poate genera o întrerupere prin setarea bitului IRQEn din registrul de control. Prin setarea acestui bit, este validat un buffer cu trei stări al liniei de întrerupere IRQ, fiind generată o întrerupere la fiecare front crescător al semnalului nack. Pentru generarea întreruperii trebuie ca nivelul respectiv de întrerupere să fie validat prin resetarea bitului corespunzător din registrul măştilor de întrerupere (cu adresa 21h) al controlerului de întreruperi Intel În cazul imprimantelor conectate la portul paralel standard, BIOS şi sistemele de operare MS DOS şi Windows nu utilizează transferul prin întreruperi. Versiunile sistemului de operare OS/2 anterioare versiunii 3.0 (Warp) utilizau întreruperea pentru tipărire, dar începând cu următoarele versiuni întreruperea nu este necesară (deşi ea poate fi utilizată).

7 Primul port paralel (cu adresa de bază 378h) utilizează de obicei întreruperea hardware de nivel 7 (IRQ 7), corespunzătoare INT 0Fh. Nivelul 7 de întrerupere este utilizat şi de unele plăci de sunet, dar, de obicei, nu apar conflicte între acestea şi portul paralel. Al doilea port paralel (cu adresa de bază 278h) utilizează în mod normal întreruperea hardware de nivel 5 (IRQ 5), corespunzătoare INT 0Dh. Acest nivel este utilizat şi de unele plăci de sunet sau plăci de reţea Protocolul Centronics Majoritatea imprimantelor conectate la portul paralel standard utilizează protocolul de comunicaţie Centronics, elaborat de către firma cu acelaşi nume. În mod obişnuit, acest protocol este implementat de calculator prin program. Diagrama de timp simplificată a protocolului Centronics este ilustrată în Figura 1.5. Figura 1.5. Protocolul de comunicaţie Centronics. Mai întâi, programul depune un octet pe liniile de date Data7..Data0. În continuare, programul activează semnalul nstrobe prin trecerea acestuia în 0 logic, aşteaptă un timp de minimum 1 µs, iar apoi dezactivează semnalul nstrobe. De obicei, octetul de date este memorat de imprimantă pe frontul crescător al semnalului nstrobe. Imprimanta semnalează starea sa ocupată pentru preluarea datelor prin activarea semnalului Busy. Preluarea octetului este confirmată de imprimantă prin dezactivarea semnalului Busy şi printr-un impuls negativ pe linia nack, a cărei durată poate fi în jur de 5 µs. Programul testează starea imprimantei prin citirea semnalului Busy din registrul de stare şi aşteaptă până când semnalul Busy devine inactiv. De multe ori, pentru simplitate, starea liniei nack nu este testată prin program. Impulsul generat pe linia nack de către imprimantă poate fi utilizat pentru generarea unei întreruperi. Există un mod de transfer denumit Fast Centronics, în care protocolul Centronics este implementat prin hardware. Programul va trebui doar să înscrie octetul de transferat în registrul de date, celelalte operaţii fiind efectuate în mod automat de către logica portului paralel Transferul datelor între două calculatoare utilizând portul paralel Există 3 moduri principale de conexiune între două porturi paralele pentru transferul datelor între două calculatoare utilizând aceste porturi. Cel mai utilizat mod este Modul 1, în care datele sunt transferate pe 4 biţi, conectând biţii D0..D4 (sau D3..D7) ai registrului de date din primul port cu biţii S3..S7 ai registrului de stare din cel de-al doilea port, şi invers. Cei 4 biţi de date (de exemplu, D0..D3) transmişi de la un port sunt citiţi de al doilea port (de exemplu, S3..S6), celălalt bit (D4/S7) fiind utilizat pentru sincronizare (Data Ready ca strob de date într-un sens sau Acknowledge în celălalt sens). Acest mod de conectare funcţionează cu oricare port standard. Este necesară implementarea unui protocol pentru controlul direcţiei de transfer. În Tabelul 1.4 se prezintă o listă de conexiuni a unui cablu care se poate utiliza pentru transferal datelor în Modul 1 (există şi alte variante de conexiuni pentru acest mod). Varianta prezentată poate fi utilizată şi cu diferite programe pentru transferul datelor, ca Total Commander (funcţia Net -> PORT Connection to Other PC) sau Direct Cable Connection (din sistemele de operare MS Windows).

8 Tabelul 1.4. Lista de conexiuni pentru transferul în Modul 1. Modul 2 poate fi utilizat numai la porturile bidirecţionale, permiţând transferuri pe 8 biţi. Portul receptor trebuie să treacă registrul de ieşire date în starea de înaltă impedanţă (prin setarea bitului C5 la 1) pentru a utiliza registrul de date ca registru de intrare. În Modul 3 se utilizează pentru intrare 4 biţi ai registrului de control şi 4 biţi ai registrului de stare. Acest mod permite transferuri bidirecţionale pe 8 biţi cu oricare port standard. Biţii registrului de control utilizaţi ca intrări trebuie setaţi la 1 logic: C0 = C1 = C3 = 0 şi C2 = 1 (secţiunea 2.5). Există şi posibilitatea utilizării pentru intrare a 5 biţi ai registrului de stare şi a 3 biţi ai registrului de control. Cealaltă ieşire a registrului de control va fi conectată cu ieşirea corespunzătoare a registrului de control din al doilea port. Dacă această ieşire este implicit la 1 logic, fiecare port o poate aduce la 0 logic Accesul la porturi sub sistemele de operare Windows NT/2000/XP Problema accesului la porturile de I/E Spre deosebire de sistemele de operare Windows 95/98/Me, sistemele de operare Windows NT/2000/XP vor genera o excepţie de instrucţiune privilegiată în cazul în care se încearcă accesul la un port de I/E dintr-un program utilizator obişnuit. Aceasta se datorează restricţiilor impuse de utilizarea modului privilegiat al procesorului. Accesul la porturile de I/E este controlat de nivelul privilegiilor de I/E (IOPL I/O Privilege Level) din registrul indicatorilor de condiţii şi de harta drepturilor de I/E din segmentul de stare al procesului TSS (Task State Segment). Procesorul recunoaşte patru nivele de privilegiu ale programelor, de la 0 la 3, nivelul 0 fiind cel mai privilegiat. Cei doi biţi IOPL indică nivelul de privilegiu pe care trebuie să îl aibă un proces pentru a putea executa instrucţiunile privilegiate, asemenea instrucţiuni fiind şi cele de I/E IN şi OUT. De exemplu, dacă ambii biţi IOPL sunt 1, instrucţiunile privilegiate pot fi executate numai de procesele cu nivelele de privilegiu 0 şi 1. În sistemele de operare Windows NT/2000/XP, se utilizează numai două nivele de privilegiu din cele patru ale procesorului. Programele utilizator rulează cu nivelul de privilegiu 3, în timp ce nucleul sistemului de operare şi driverele de dispozitive rulează cu nivelul de privilegiu 0. De aceea, instrucţiunile privilegiate, printre care şi cele care permit accesul la porturile de I/E, pot fi executate de programele utilizator doar prin intermediul sistemului de operare sau al driverelor de dispozitiv. Harta drepturilor de I/E conţine câte un bit pentru fiecare adresă de I/E. Dacă bitul corespunzător unei adrese de I/E este setat, o instrucţiune de I/E cu acea adresă va genera o excepţie, iar în caz contrar operaţia de I/E va fi permisă. Această hartă poate fi utilizată pentru a permite unor programe utilizator

9 accesul la unele porturi de I/E. Procesorul testează drepturile de I/E atunci când se execută o instrucţiune de I/E într-un proces, iar procesul respectiv nu are un nivel de privilegiu suficient pentru execuţia instrucţiunii. Pe lângă restricţionarea accesului la porturi de către sistemele de operare, o altă problemă este că cele mai multe medii de programare actuale pentru limbajele de nivel înalt nu mai pun la dispoziţie funcţii pentru accesul direct la porturile de I/E, funcţii existente în versiunile anterioare ale acestor medii de programare. Există două soluţii pentru accesul la porturile de I/E sub sistemele de operare Windows NT/2000/XP. Prima este de a se utiliza un driver de dispozitiv care rulează cu nivelul de privilegiu 0, driver care realizează accesul la porturi. Datele sunt transferate între un program utilizator şi driver prin intermediul apelurilor funcţiei sistem DeviceIoControl, operaţia care trebuie executată de driver fiind indicată printr-un cod de control IOCTL (I/O Control). Pentru simplificarea programelor utilizator, driverul poate pune la dispoziţie şi unele funcţii de I/E similare cu funcţiile inportb şi outportb puse la dispoziţie în trecut de mediile de dezvoltare în limbajul C. De exemplu, aceste funcţii pot fi furnizate sub forma unor biblioteci DLL (Dynamic Link Library). Astfel, nu va mai fi necesar apelul direct al funcţiei sistem DeviceIoControl. Această soluţie este cea recomandată pentru accesul la porturi. Totuşi, dezavantajul utilizării unui asemenea driver de dispozitiv este că eficienţa transferurilor de date va fi redusă. La fiecare apel al unei funcţii pentru citirea sau scrierea unui octet, procesorul trebuie să comute de la execuţia cu nivelul de privilegiu 3 la cea cu nivelul de privilegiu 0, iar după execuţia operaţiei să se realizeze comutarea inversă. Însă, driverul poate pune la dispoziţie şi funcţii pentru citirea şi scrierea unui bloc de date, în locul citirii şi scrierii unui singur octet. A doua soluţie pentru accesul la porturile de I/E constă în modificarea hărţii drepturilor de I/E pentru a permite unui anumit proces accesul la unele porturi. Deşi această metodă nu este recomandată, ea permite rularea unor aplicaţii existente sub sistemele de operare Windows NT/2000/XP Driverul PortTalk Există mai multe drivere disponibile pentru accesul la porturile de I/E sub sistemele de operare Windows NT/2000/XP. În cadrul aplicaţiilor de laborator, se va utiliza driverul PortTalk al firmei Beyond Logic. Versiunea curentă a driverului este 2.2, care este disponibilă la următoarea adresă: Acest driver pune la dispoziţie funcţii în limbajul C sau C++ pentru citirea unui octet de la un port de intrare şi scrierea unui octet la un port de ieşire. În varianta sa actuală, driverul nu permite operaţii de I/E cu porturi de 16 biţi. Pe lângă aceste funcţii, driverul mai dispune de funcţii pentru modificarea hărţii drepturilor de I/E a unui proces. În plus, pachetul de instalare mai conţine programul AllowIo.exe, care permite unui program existent (DOS sau Windows) accesul la porturile ale căror adrese sunt specificate ca parametri în linia de comandă. În mod obişnuit, driverul PortTalk nu necesită o instalare explicită. Atunci când este executat un program utilizator care apelează funcţia OpenPortTalk() a driverului, în cazul în care accesul la driver nu se poate realiza, se va încerca instalarea şi lansarea automată a acestuia. Pentru ca instalarea să se realizeze corect, este necesar ca fişierul porttalk.sys să se afle în acelaşi director cu programul utilizator executat, iar utilizatorul trebuie să aibă drepturi de administrator. După instalarea driverului, acesta va fi accesibil pentru orice utilizator, fără a fi necesare drepturi de administrator. Se recomandă însă instalarea prealabilă a driverului, prin executarea următoarelor operaţii: Se copiază fişierul porttalk.sys din pachetul de instalare în directorul în care se află driverele sistemului. Acest director poate fi, de exemplu, C:\WINNT\system32\drivers\. Se execută un clic dublu pe fişierul porttalk.reg din pachetul de instalare, pentru adăugarea cheilor corespunzătoare în baza de date a sistemului de operare (Registry). Se reporneşte sistemul, prin care driverul va fi încărcat şi lansat în execuţie în mod automat. Pe pagina laboratorului şi în directorul C:\Laborator\SIE\Exemple\TestPort se găseşte un exemplu de utilizare a funcţiilor inportb şi outportb puse la dispoziţie de driverul PortTalk într-o aplicaţie Windows scrisă în limbajul C. Aplicaţia TestPort testează porturile paralele cu adresele de bază 378h

10 şi 278h, afişând informaţii despre existenţa acestor porturi şi funcţionarea lor. Aplicaţia a fost realizată utilizând mediul de programare Microsoft Visual C Presupunând că driverul PortTalk este instalat, pentru utilizarea funcţiilor inportb şi outportb într-o aplicaţie Windows sunt necesare următoarele operaţii: 1. Se copiază fişierele PortTalk_IOCTL.c şi PortTalk_IOCTL.h în directorul în care a fost creat în prealabil proiectul aplicaţiei. Aceste fişiere se găsesc în directorul aplicaţiei TestPort. 2. Se include în fişierul sursă al aplicaţiei linia următoare: #include "PortTalk_IOCTL.c" 3. Înainte de utilizarea funcţiilor de I/E se apelează funcţia OpenPortTalk (): OpenPortTalk (); 4. La sfârşitul aplicaţiei se apelează funcţia ClosePortTalk (): ClosePortTalk (); În fişierul PortTalk_IOCTL.c, funcţiile inportb şi outportb sunt definite astfel: void outportb (unsigned short PortAddress, unsigned char byte); unsigned char inportb (unsigned short PortAddress); Observaţii Fişierele PortTalk_IOCTL.c şi PortTalk_IOCTL.h nu trebuie incluse în proiectul aplicaţiei, ci doar copiate în directorul proiectului. Pentru o aplicaţie Windows obişnuită, nu se va utiliza fişierul pt_ioctl.c din pachetul de instalare PortTalk. Acest fişier poate fi utilizat doar în aplicaţii de tip consolă. Fişierul modificat pentru aplicaţiile Windows este PortTalk_IOCTL.c. Programul AllowIo.exe, care permite modificarea hărţii drepturilor de I/E pentru programe existente, poate fi lansat în execuţie dintr-o linie de comandă. Ca parametri se introduc numele programului executabil pentru care se solicită accesul la porturi, urmat de lista porturilor de I/E la care se doreşte accesul. Prin specificarea unei adrese de I/E se va acorda accesul la 8 porturi consecutive începând de la adresa respectivă. De exemplu, pentru accesul programului Port.exe la toate registrele portului paralel LPT1 se va introduce comanda: allowio Port.exe 0x378 Pentru accesul la toate porturile de I/E se poate specifica opţiunea /a: allowio Port.exe /a 3. Desfăşurarea lucrării 3.1. Răspundeţi la următoarele întrebări: a. Cum se poate detecta existenţa unui port paralel standard? b. Cum se poate verifica dacă un port paralel este bidirecţional (de tip PS/2)? c. Care sunt posibilităţile de utilizare a portului paralel standard pentru intrare? d. Cum funcţionează cheile hardware de protecţie împotriva copierii programelor? 3.2. Studiaţi aplicaţia TestPort disponibilă pe pagina laboratorului şi în directorul: \Laborator\SIE \Exemple \ TestPort, care testează existenţa porturilor paralele cu adresele de bază 378h şi 278h. Completaţi programul cu testarea tipului porturilor paralele şi afişarea acestui tip: port unidirecţional (sau setat în modul standard), respectiv port bidirecţional (PS/2) Realizaţi o aplicaţie pentru transferul datelor între două calculatoare folosind un cablu cu lista de conexiuni din Tabelul 1.4 (Modul 1). Concepeţi un protocol pentru sincronizarea între sursă şi destinaţie. Pentru unul din calculatoare, scrieţi un program de transmisie care preia textul dintr-o fereastră de editare şi îl transmite pe portul paralel. Utilizaţi fişierul de definiţii pentru portul paralel LptDef.h şi programul exemplu pentru preluarea textului dintr-o fereastră de editare GetText, disponibile pe pagina laboratorului sau în directoarele C:\Laborator\SIE\Exemple\LptDef, respectiv C:\Laborator\SIE\Exemple\ GetText. Pentru al doilea calculator, scrieţi un program de recepţie care citeşte câte un caracter de la portul paralel, depune caracterele într-un buffer, iar la recepţia fiecărei linii de text, indicată prin caracterul LF (0Ah), afişează în fereastra aplicaţiei linia respectivă. Pentru testarea acestor programe, efectuaţi următoarele operaţii.

11 Opriţi ambele calculatoare care vor fi conectate prin cablul paralel. Conectaţi un cablu care conţine conexiunile din Tabelul 1.4 la porturile paralele ale celor două calculatoare. Atenţie: Nu conectaţi calculatoarele printr-un cablu paralel obişnuit, pentru că se pot distruge porturile paralele ale acestora. Porniţi calculatoarele care vor fi utilizate pentru transfer. Pe calculatorul care va fi utilizat ca destinaţie a transferurilor, lansaţi programul de recepţie şi selectaţi operaţia de recepţie din meniu. Pe calculatorul care va fi utilizat ca sursă a transferurilor, lansaţi programul de transmisie, deschideţi un fişier text, după care selectaţi din meniu operaţia de transmisie Întocmiţi lista de conexiuni a unui cablu care se poate utiliza pentru transferul în Modul 3. Realizaţi o aplicaţie pentru transferul datelor între două calculatoare utilizând acest mod Scrieţi un program care citeşte de la portul paralel o combinaţie de 4 cifre binare şi scrie la portul paralel de ieşire codul pentru afişajul cu 7 segmente corespunzător cifrei hexazecimale citite, respectând următoarele specificaţii: Se citeşte registrul de stare cu adresa 379h; Dacă semnalul nfault este activ, atunci cei 4 biţi se citesc serial la fiecare impuls negativ al semnalului nack, folosind ca bit de date bitul 7 al registrului de date cu adresa 378h; În caz contrar, cei 4 biţi se citesc paralel pe semnalele Busy, nack, PError şi Select (se va ţine cont de semnalele inversate).