STEbus
STEbus . (также называемый шиной IEEE-1000) [1] ) — это непатентованная, независимая от процессора компьютерная шина с 8 линиями данных и 20 адресными линиями. Он был популярен для промышленных систем управления в конце 1980-х и начале 1990-х годов, прежде чем на этом рынке доминировал вездесущий IBM PC. STE означает ST andard E urocard. [2]
Хотя он больше не является конкурентоспособным на своем первоначальном рынке, он является подходящим выбором для любителей, желающих создавать «домашние» компьютерные системы. и Z80 , возможно, CMOS 65C02 Возможные процессоры: . Стандартизированная шина позволяет любителям взаимодействовать с проектами друг друга.
Происхождение
[ редактировать ]В начале 1980-х годов существовало множество собственных шинных систем, каждая из которых имела свои сильные и слабые стороны. Большинство из них развивались спонтанно, обычно вокруг определенного микропроцессора. Шина S-100 основана на сигналах Intel 8080 , шина STD — на основе сигналов Z80 , шина SS-50 — на основе сигналов Motorola 6800 , а шина G64 — на основе сигналов 6809 . Это затрудняло взаимодействие с другими процессорами. Обновление до более мощного процессора слегка изменило бы тайминги, а ограничения по таймингу не всегда были жестко заданы. Не были также электрические параметры и физические размеры. Обычно для шины использовались торцевые соединители, которые были уязвимы к загрязнениям и вибрации.
VMEbus разъемов предоставил высококачественное решение для высокопроизводительных 16-битных процессоров с использованием надежных DIN 41612 и четко определенных размеров плат Eurocard и стоечных систем. Однако это было слишком дорого, когда приложению требовался только скромный 8-битный процессор.
В середине 1980-х годов стандарт STEbus решил эти проблемы, определив нечто вроде упрощенной шины VMEbus для 8-битных процессоров. Сигналы шины достаточно универсальны, поэтому с ними легко взаимодействовать 8-битным процессорам. Размер платы обычно представлял собой еврокарту одинарной высоты (100 x 160 мм), но допускались также платы двойной высоты (233 x 160 мм). [3] Последний расположил разъем шины так, чтобы его можно было аккуратно встроить в систему шины VME.
Рабочая группа IEEE P1000 первоначально рассматривала возможность простого перезапуска шины STD .замена краевого разъема карты на разъем DIN41612.Но они решили создать совершенно новую высокопроизводительную 8-битную шину.Они решили сделать автобус больше похожим на VMEbus и Futurebus .STEbus был разработан таким образом, чтобы быть независимым от производителя, независимым от процессора и иметь возможность работы с несколькими ведущими устройствами. [4]
Зрелость
[ редактировать ]STEbus в свое время был очень успешным. Ему был присвоен официальный стандарт IEEE 1000-1987.
На картах STEbus было доступно множество процессоров разной цены и производительности. В число этих плат входили Intel 8031 , 8085 , 8088 , 80188 ; National Semiconductor 32008 и 32016 ; Motorola 6809 , 68000 и 68008 ; Zilog Z80 и Z280 ; Хитачи HD64180 ; и Inmos Transputer . [4]
STEbus предназначен для 8-битных микропроцессоров. Процессоры, которые обычно используют более широкую шину данных ( 16-битную и т. д.), могут использовать STEbus, если процессор может обрабатывать данные порциями размером в байт, предоставляя подчиненному устройству столько времени, сколько ему необходимо для ответа. [1]
STEbus поддерживал процессоры от популярного Z80, 6809 до 68020 . Единственным популярным микроконтроллером, который заметно отсутствовал, был 6502, поскольку он, естественно, не поддерживал состояния ожидания во время записи. У CMOS 65C02 этого недостатка не было, но он встречался реже и дороже, чем NMOS 6502 и Z80. В модели 6809 использовалась циклическая растяжка.
Периферийные платы включали платы прототипирования, контроллеры дисков, видеокарты, последовательный ввод-вывод, аналоговый и цифровой ввод-вывод.STEbus достиг своей цели, предоставив достаточно надежную для промышленного использования систему монтажа в стойку , с легко заменяемыми платами и независимостью от процессора. [5]
Исследователи описывают системы STEbus как надежные, адаптируемые и экономически эффективные. [6]
Отклонить
[ редактировать ]Рынок STEbus начал приходить в упадок по мере того, как IBM PC продвигался в области промышленных систем управления. Клиенты предпочитали продукты на базе ПК, поскольку база программного обеспечения была больше и дешевле. Больше программистов были знакомы с ПК, и им не приходилось изучать новые системы.
Стоимость памяти снизилась, поэтому было меньше причин для расширения памяти с помощью шины, когда на плате процессора ее было достаточно. Поэтому, несмотря на недостатки, производители создали промышленные ПК-системы и в конечном итоге отказались от других шинных систем. Со временем в компьютерных системах отпала необходимость в каркасах для плат и объединительных панелях, перейдя на формат PC/104 , в котором платы штабелируются друг на друга. Хотя PC/104 не так хорошо спроектирован, как STEbus, он достаточно хорош для многих приложений. [ нужна ссылка ] Крупнейшие производители в период своего пика сейчас поддерживают STEbus в основном из соображений доброй воли старых клиентов, которые купили у них много продукции.
По состоянию на 2013 год некоторые производители все еще поддерживают STEbus, G64, Multibus II и другие устаревшие системы с шинами. [7]
IEEE отозвал стандарт не из-за каких-либо ошибок, а потому, что он больше не достаточно активен для обновления.
Физический формат
[ редактировать ]3U Еврокарта . Наиболее распространенным размером была еврокарта 100 x 160 мм.
6U Eurocard — редко, иногда используется в гибридных платах VMEbus.
Разъем
[ редактировать ]DIN 41612 , ряды a и c, шаг 0,1 дюйма.
Гибридные платы VME/STE имеют STEbus и VMEbus, использующие общий разъем VME P2, сигналы VME находятся в строке b. По этой причине платы STEbus не могут использовать строку b для каких-либо целей.
Распиновка
[ редактировать ]| число | имя | абв | имя |
|---|---|---|---|
| 1 | Земля | о + о | Земля |
| 2 | +5В | о + о | +5В |
| 3 | Д0 | о + о | Д1 |
| 4 | Д2 | о + о | Д3 |
| 5 | Д4 | о + о | Д5 |
| 6 | Д6 | о + о | D7 |
| 7 | А0 | о + о | Земля |
| 8 | А2 | о + о | А1 |
| 9 | A4 | о + о | А3 |
| 10 | А6 | о + о | А5 |
| 11 | А8 | о + о | A7 |
| 12 | A10 | о + о | А9 |
| 13 | А12 | о + о | А11 |
| 14 | A14 | о + о | А13 |
| 15 | А16 | о + о | А15 |
| 16 | А18 | о + о | А17 |
| 17 | CM0 | о + о | А19 |
| 18 | СМ2 | о + о | СМ1 |
| 19 | АДРСТБ* | о + о | Земля |
| 20 | ДАННЫЕ* | о + о | ДАННЫЕTB* |
| 21 | ТФРЕРР* | о + о | Земля |
| 22 | ATNRQ0* | о + о | СИСРССТ* |
| 23 | АТНРК2* | о + о | ATNRQ1* |
| 24 | ATNRQ4* | о + о | ATNRQ3* |
| 25 | ATNRQ6* | о + о | ATNRQ5* |
| 26 | Земля | о + о | ATNRQ7* |
| 27 | БУСРК0* | о + о | БУСРК1* |
| 28 | БУСАК0* | о + о | БУСАК1* |
| 29 | СИСКЛК | о + о | VSTBY |
| 30 | -12В | о + о | +12В |
| 31 | +5В | о + о | +5В |
| 32 | Земля | о + о | Земля |
Активные низкие сигналы отмечены звездочкой.
Земля: Опорное напряжение заземления
+5В: Поддерживает большую часть логики.
+12 В и -12 В: В первую очередь полезен для буферного питания RS232. +12 В использовался для программирования генераторов напряжения. Оба могут использоваться в аналоговых схемах, но учтите, что это в первую очередь шины питания для цифровых схем, и поэтому они частоимеют цифровой шум. Для аналоговых схем рекомендуется некоторая развязка или местное регулирование.
ВСТБИ: Резервное напряжение. Необязательный. Эта линия указывается как 5 В (от +0 до +5%) и ток до 1 А. Однако некоторые платы используют эту линию для передачи резервного напряжения батареи на платы, которые его подают или потребляют. Никель-кадмиевый аккумулятор напряжением 3,6 В является распространенным источником. В спецификации STEbus нет жестких указаний относительно того, откуда это должно быть получено.
На практике это означает, что большинство плат, требующих резервного питания, как правило, действуют безопасно и имеют встроенную батарею, часто со связью, позволяющей им подавать или принимать питание от VSTBY. Следовательно, в вашей системе может оказаться больше батарей, чем вам нужно, и тогда вы должны позаботиться о том, чтобы не более одной батареи управляли VSTBY.
Д0...7: Шина данных. Его ширина составляет всего 8 бит, но большинство периферийных устройств ввода-вывода или отображаемой в памяти периферии ориентированы на байты.
А0...19: Адресный автобус. Это позволяет адресовать до 1 МБ памяти. Современная технология такова, что процессор, требующий большого объема памяти, имеет ее на плате процессора, так что это не является большим ограничением. Пространство ввода-вывода ограничено 4 КБ, чтобы упростить декодирование адреса ввода-вывода до практического уровня. Один 74LS688 на каждой подчиненной плате может декодировать A11...A4 для определения местоположения подчиненных плат ввода-вывода по любому адресу ввода-вывода с 16-байтовым выравниванием. [1] [8] Обычно 8 небольших перемычек или один блок из 8 DIP-переключателей или два шестнадцатеричных поворотных переключателя с двоичным кодом. для присвоения каждой ведомой плате ввода-вывода уникального адреса используются [1]
CM0...2: Модификаторы команд. Они указывают на характер цикла передачи данных.
| СМ 2 1 0 | Функция | |
|---|---|---|
| 1 1 1 | читать | память |
| 1 1 0 | писать | |
| 1 0 1 | читать | ввод/вывод |
| 1 0 0 | писать | |
| 0 1 1 | векторная выборка | |
| 0 1 0 | сдержанный | |
| 0 0 1 | ||
| 0 0 0 | ||
Простая плата процессора может управлять высоким уровнем CM2 для любого доступа к шине, управлять CM1 по сигналу памяти/не_IO и CM0 по сигналу чтения/не записи. Низкое состояние CM2 используется только во время фаз «запроса внимания» (для прерываний и/или циклов DMA) для режима явного ответа. Когда используется режим неявного ответа, мастер шины опрашивает подчиненные платы, чтобы определить, какая из них вызвала запрос внимания, и сбрасывает источник сигнала. В этом случае векторная выборка не используется.
АТНРК0...7*: Запросы внимания. Они зарезервированы для плат, чтобы сигнализировать о внимании процессора — термин, который охватывает прерывания и прямой доступ к памяти (DMA). Разумный выбор сигнала не обязывает эти строки относиться к определенным типам, таким как маскируемые прерывания, немаскируемые прерывания или DMA.
Количество запросов внимания отражает предполагаемую роль STEbus в системах управления в реальном времени. Восемь строк могут быть приоритетно закодированы в три бита, и это достаточно практичное количество строк для обработки.
BUSRQ0...1* и BUSAK0...1*: Запросы шины и подтверждение шины. Необязательный. Используется в системах с несколькими ведущими устройствами.
Количество запросов внимания отражает то, что STEbus стремится быть простым. Системы с одним ведущим устройством являются нормой, но эти сигналы позволяют системам при необходимости иметь вторичные ведущие шины.
ДАТТБ*: Строб данных. Это основной сигнал в циклах передачи данных.
ДАННЫЕ*: Подтверждение данных. Подчиненное устройство подает этот сигнал, когда подтверждает безопасное завершение передачи данных через STEbus. Это позволяет системам STEbus использовать сменные карты с широким диапазоном скоростей.улучшение более ранних шинных систем, которые требуют, чтобы все работало со скоростью самого медленного устройства.
ТФРЕРР*: Ошибка передачи. Подчиненное устройство выдаст этот сигнал при подтверждении ошибочного завершения передачи данных через STEbus.
АДРСТБ*: Адрес Строуб. Этот сигнал указывает на то, что адресная шина действительна. Первоначально это имело практическое применение в платах DRAM, которые могли начать стробирование адресных линий в чипах DRAM до того, как шина данных была готова. Позже спецификация STEbus была уточнена, и в ней говорилось, что ведомым устройствам не разрешается начинать передачу до тех пор, пока DATSTB* не будет готов, поэтому ADRSTB* стал совершенно излишним. В настоящее время ведущие устройства STEbus могут просто генерировать DATSTB* и ADRSTB* из одного и того же логического сигнала. Подчиненные просто отмечают, когда DATSTB* действителен (поскольку определение шины настаивает на том, что адрес также будет действителен одновременно с данными). ADRSTB* также позволяет мастеру шины сохранять владение шиной в течение неделимых циклов чтения-изменения-записи, оставаясь активным в течение двух импульсов DATSTB*. Последовательность соответствует последовательности автобуса 68008. Другим процессорам может потребоваться дополнительная логика для создания циклов чтения-изменения-записи.
СИСКЛК: Системные часы. Фиксированная частота 16 МГц. Рабочий цикл 50%.
СИСРСТ*: Сброс системы. [9]
Объединительная плата соединяет все разъемы DIN параллельно. STEbus Таким образом, плата расширения воспринимает одни и те же сигналы независимо от того, в какой слот объединительной платы она подключена. [8]
Типы сигналов
[ редактировать ]| Сигнал | Тип |
|---|---|
| А[19..0] | трехгосударственный |
| Д[7..0] | трехгосударственный |
| СМ[2..0] | трехгосударственный |
| АДРСТБ* | трехгосударственный |
| ДАННЫЕTB* | трехгосударственный |
| ДАННЫЕ* | Открытый коллектор/Открытый дренаж |
| БУСРК[1..0]* | Открытый коллектор/Открытый дренаж |
| ТФРЕРР* | Открытый коллектор/Открытый дренаж |
| АТНРЕК[7..0]* | Открытый коллектор/Открытый дренаж |
| СИСРССТ* | Открытый коллектор/Открытый дренаж |
| СИСКЛК | Тотем-поле |
| УДАЛИТЬ[1..0]* | Тотем-поле |
SYSCLK должен управляться только одной платой в системе. Как поясняется в стандарте, этот сигнал должен генерироваться системным контроллером.
Системный контроллер также отвечает за арбитраж шины в случае наличия нескольких главных устройств. Если имеется только один главный контроллер, системный контроллер не требуется, а SYSCLK может генерироваться главной платой.
Технические примечания
[ редактировать ]- Входные сигналы должны быть триггерными Шмитта.
- Только одна нагрузка TTL на сигнал линии шины на плату
- Сигнальные выходы должны иметь разветвление 20.
- Объединительная плата может иметь до 21 разъема.
- Максимальная длина трассировки печатной платы сигнальной линии шины 50 мм на любой плате
- Максимальная длина сигнальной линии шины 500 мм.
- Рекомендуется активная оконечная нагрузка шины (270R, повышение до 2,8 В)
- Микросхемы серии 7400 часто используются для создания специальных плат управления, напрямую подключенных к STEbus. [8]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Стандарт STEbus (IEEE1000) (доступен подписчикам и членам IEEE) 8 . 1988. doi : 10.1109/IEESTD.1988.122133 . ISBN 0-7381-4593-9 .
- Стоимость STEbus (ISO/IEC 10859:1997) : 192 швейцарских франка.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Майкл Дж. Спинкс. «Проектирование микропроцессорных систем: практическое введение» . 2013. с. 158, 162, 166.
- ^ Митчелл, Р.Дж., доктор (1989). Микрокомпьютерные системы, использующие шину STE . Макмиллан. п. 27. ISBN 978-0-333-49649-7 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Лерой Дэвис. «СТЭБус» .
- ^ Jump up to: а б ISO/IEC 10859: 8-битный интерфейс объединительной платы: спецификации STEbus и механических ядер для микрокомпьютеров .1997.п. 4
- ^ Тули, Майкл Х (17 марта 1995 г.). Контрольно-измерительные приборы и управление на базе ПК . стр. 91–101. ISBN 0-7506-2093-5 .
- ^ Проф. М.М. Кьюсак и г-н Дж. Томас. «Управляющее программное и аппаратное обеспечение робота, лазящего по стенам» .1994.
- ^ «Объединительные платы и платы расширения: Multibus / STEbus / G64» .
- ^ Jump up to: а б с Пол Куалтроу. «Аппаратное обеспечение на базе STEbus для системы управления моделью железной дороги» .1998.
- ^ Информация об автобусе STE