Sériový přenos dat

Jako sériový přenos označujeme takový, kdy se signálové prvky téhož datového proudu předávají za sebou - sériově. Naopak při paralelním přenosu se určitý počet signálových prvků (např. bitů) přenáší současně.

Synchronní a asynchronní sériový přenos

Při přenosu informace (sériovém i paralelním) musíme zabezpečit, aby přijímač správně vyhodnotil okamžiky platnosti jednotlivých značek generovaných vysílačem. Vysílač a přijímač proto spolu musí být nějakým způsobem časově synchronizovány. Právě podle druhu synchronizace rozlišujeme sériový přenos na synchronní a asynchronní.

Synchronní přenos se děje pomocí izochronního signálu, tedy takového, kde odstup dvou libovolných charakteristických okamžiků (např. začátků a konců jednotlivých značek) je celistvým násobkem určitého (apriorně daného) jednotkového intervalu. Komunikační kanál je tedy taktován společným hodinovým signálem (vedeným zvlášť nebo obsaženém v datovém signálu), který vymezuje intervaly platnosti jednotlivých značek.

Synchronní přenos se nejčasteji používá u bitově orientovaných protokolů, kde se informace seskupuje do rámců. V datových komunikacích se používá zejména pro přenos větších objemů dat.

Asynchronní (správněji arytmický) přenos - vysílač a přijímač nemají společný hodinový signál, který by vymezoval intervaly platosti značek. Namísto toho mají obě strany své vlastní hodiny, dostatečně přesné, aby se po fázovém zasynchronizování mohly po několik značkových intervalů považovat za izochronní. Jelikož je třeba hodiny pravidelně synchronizovat, používá se tento způsob nejčastěji pro přenos krátkých bitových posloupností, znaků (5,6,7 nebo 8 bitů). Synchronizace probíhá před každým znakem,i kdy před prvním významovým bitem vždy předchází tzv. startbit, jenž je reprezentován opačnou hodnotou signálu, než je klidová úroveň na lince i a trvá stejnou dobu jako následující bitové intervaly. Arytmický přenos ze své podstaty vhodný např. pro komunikaci s počítačem prostřednictvím terminálu.

Poznámka: "čistě" asynchronní přenos se děje prostřednictvím anizochronního signálu, kdy bitové intervaly obecně nemají stejnou délku; Prakticky to může být realizováno kupříkladu 3-stavovým signálem.

Poznámka: arytmický přenos je kombinací přenosu synchronního a asynchronního - jednotlivé znaky mohou započít kdykoli, avšak po odvysílání startbitu do konce znaku má signál isochronní charakter.

Parametry asynchronního sériového přenosu

Formát znaku: klidová úroveň, start-bit, parita, počet prvků znaku, stop-bit.
Přenosová rychlost (používají se rychlosti 150,300,600,1200,... bps, další rychlosti vždy vynásobením dvěma), počet datových bitů, parita, počet stop-bitů
Chyby přenosu: parity error, framing error, overrun error, (break)

Sériová komunikace na PC

Obvod USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver-Transmitter): 8250,16450,16550
Použitá přerušení: COM1: IRQ4 (INT 0Ch), COM2: IRQ3 (INT 0Bh)

Přes BIOS (INT14h)

- poměrně omezené ovládání

Adresy portů pro komunikaci s jednotlivými 8250 (resp. 16450, 16550) v tabulce proměnných BIOSu na adr. 0:400h (standardně COM1: 3F8h-3FFh, COM2, 2F8h-2FFh)
Jen synchronní volání pro příjem (a vyslání) znaku
Nemožnost ovládání modemových signálů
Modemové signály ovládá BIOS, není standardně stanoveno jak

Poskytované služby:

Inicializace portu (parametry: přenosová rychlost, počet datových bitů, parita, počet stop-bitů). Umožňuje zadat pouze rozsah rychlostí 110-9600 Bd, 7 nebo 8 bitů dat
Vyslání znaku
Příjem znaku (čeká, neumožňuje stanovit timeout (!))
Zjištění některých stavových informací

Přímé ovládání 8250

Porty 8250

Data Register (xF8h-R/W) - Dvojice registrů pro vstup a výstup; Je-li DLAB=1: Dělitel pro baudrate (low)
Interrupt Enable Register (xF9h-W) - povolení přerušení od jednotlivých událostí (znak byl přijat, vysílací registr prázdný, chyba příjmu detekce přerušení linky, změna stavu modemových signálů (CTS, DSR, RI, RSLD)). Je-li DLAB=1: Dělitel pro baudrate (high)
Interrupt Identification Register (xFAh-R) - Identifikace důvodu, ze kterého došlo k přerušení (použitelné i pro polling, pokud generování přerušení nebylo povoleno)
Line Control Register (xFBh-R/W) - Nastavení komunikačních parametrů: šířka slova (5-8b), počet stop-bitů, parita, DLAB (Divisor Latch Access Bit) - pokud je nastaven, umožňují porty xF8h a xF9h nastavit konstantu, kterou se dělí kmitočet dodávaný do 8250 z externího oscilátoru, aby se získala doba trvání jednoho bitu
Modem Control Register (xFCh-W) - Ovládání modemových signálů DTR, RTS a pomocných signálů OUT1, OUT2 (viz pozn. níže)
Line Status Register (xFDh-R) - příznaky: data ready, overrun error, framing error, parity error, break, transmitter holding register empty (OK to send), transmiter empty
Modem Status Register (xFEh-R) - stavy signálů CD, RI, DSR, CTS a indikace změn těchto signálů

Poznámka: Signál přerušení z obvodu 8250 nevede v PC do řadiče přerušení (8259) přímo, ale je hradlován signálem OUT2 (signál obecného použití, výstup 8250, který lze nastavit na portu xFC). Pokud tedy má dojíti k přerušení procesoru při události na 8250, je třeba přerušení povolit na třech místech:

Na 8250 odmaskovat bity událostí, od kterých se má přerušení generovat (port xF9)
Na 8250 nastavit signál OUT2, aby signál o přerušení prošel hradlem na řadič přerušení
Na řadiči přerušení (8259) povolit IRQ 4, resp. IRQ 3

Obsluha přerušení od sériového portu a Windows

latence zpracování přerušení v chráněném režimu 80x86
fronta 16550 (16B), nutnost povolení ze strany ovladače
modemy na paralelním portu