Giao tiếp I/O

Quá trình trao đổi dữ liệu giữa CPU và thiết bị I/O cũng giống như quá trình trao đổi dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ, tức là dưới sự tác dụng của các tín hiệu điều khiển, quá trình được hoàn thành thông qua bus dữ liệu. Nhưng quá trình trao đổi dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ đơn giản hơn nhiều, bởi vì tốc độ truy cập của các chip nhớ thường cùng cấp với tần số đồng hồ của vi xử lý, hơn nữa bản thân các chip nhớ có khả năng đệm dữ liệu, cho nên CPU có thể thông qua bus dữ liệu tiến hành trao đổi dữ liệu với chip nhớ.

2 PHẦN CỨNG HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC

Hình 2.9: Đèn chỉ thị

Trong khi đó, thiết bị I/O có nhiều chủng loại khác nhau, đứng về mặt nguyên lý hoạt động thì có các loại như: loại cơ khí, loại cơ điện, loại điện tử. Chính vì vậy, nó mang đến cho việc trao đổi dữ liệu giữa CPU và thiết bị ngoài một số vấn đề sau:

1) Tốc độ không tương thích

Thông thường tốc độ của các thiết bị ngoài thấp hơn rất nhiều so với tốc độ hoạt động của vi xử lý như tốc độ của máy in, bàn phím.

2) Mức điện áp không tương thích

Tín hiệu điện mà CPU sử dụng thường là mức điện áp TTL. Trong khi đó thiết bị ngoài như thiết bị điện cơ thường thường không thể dùng mức điện áp TTL điều khiển mà dùng mức điện áp và hệ thống nguồn riêng.

3) Kiểu tín hiệu không tương thích

Truyền trên bus của hệ thống vi xử lý thông thường là dữ liệu song song 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit, trong khi đó kiểu tín hiệu của các loại thiết bị ngoài không giống nhau. Có loại thiết bị là tín hiệu tương tự, có loại là tín hiệu đóng mở, có loại là tín hiệu số; hoặc có loại là tín hiệu dòng, có loại là tín hiệu áp; hoặc có loại là tín hiệu nối tiếp, có loại là tín hiệu song song.

4) Thời gian không tương thích

Các thiết bị ngoài đều có sự định thời và lôgic điều khiển riêng, không thống nhất với thời gian làm việc của CPU.

Cho nên các thiết bị I/O không thể trực tiếp nối với bus hệ thống của CPU mà cần phải thông qua mạch giao tiếp giữa CPU và các thiết bị I/O nhằm

giải quyết những vấn đề nêu trên.

Thông thường mạch giao tiếp có những chức năng sau:

1) Khuếch đại điện áp:

Khuếch đại điện áp thường được yêu cầu thực hiện để làm cho điện áp cảm biến phù hợp với mức điện áp của hệ thống xử lý. Ví dụ, một bộ cảm biến có thể tạo ra điện áp trong phạm vi mV, trong khi giao tiếp đầu vào của một máy tính có thể yêu cầu mức điện áp tín hiệu đầu vào có mức của volt.

2) Dịch chuyển mức điện áp:

Dịch chuyển mức điện áp thường được yêu cầu để sắp xếp các mức điện áp được tạo ra bởi một cảm biến để được chấp nhận bởi hệ thống xử lý. Ví dụ, một bộ cảm biến xuất ra điện áp trong khoảng -0,5 đến 0,5v, trong khi giao tiếp đầu vào của máy tính có thể chấp nhận điện áp chỉ trong khoảng 0 - 1v. Trong trường hợp này, điện áp cảm biến phải thông qua sự chuyển đổi trước khi nó có thể được sử dụng bởi máy tính.

3) Dịch chuyển và lọc tần số :

Dịch chuyển và lọc tần số thường được sử dụng để làm giảm các thành phần tiếng ồn trong một tín hiệu. Các loại tiếng ồn xảy ra ở các băng tần hẹp và tín hiệu phải được dịch chuyển khỏi các băng tần tiếng ồn để tiếng ồn có thể được lọc đi.

4) Chuyển đổi phương thức tín hiệu:

Chuyển đổi phương thức tín hiệu thường xuyên được thực hiện để chuyển đổi tín hiệu một chiều thành xoay chiều và ngược lại. Hoặc dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và ngược lại.

2.5.3.1 Bộ chuyển đổi tương tự - số

Bộ chuyển đổi tương tự - số (Analogue – Digital Converter ADC) là thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện áp hoặc dòng điện tương tự thành tín hiệu số. Các khái niệm về bộ biến đổi này đã được nêu ở nội dung môn học kỹ thuật số. ADC có chức năng chuyển đổi điện áp tương tự đầu vào thành số nhị phân. Các thông số quan trọng nhất của vi mạch ADC biểu hiện chất lượng, tính chất hoạt động của ADC là các thông số sau:

- Kết quả chuyển đổi và độ phân giải

ADC chuyển đổi đại lượng tương tự đầu vào có giá trị từ 0 đến điện áp tham khảo Vref thành đại lượng số có độ rộngn bit (8 bit, 12 bit, 16 bit . . . ). Như vậy có thể có 2n kết quả số có thể có với giá trị từ 0 đến 2n-1.

2 PHẦN CỨNG HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC Để chuyển đổi tín hiệu tương tự đầu vào thành tín hiệu số cho đầu ra thì ADC cần một khoảng thời gian xác định. Thông thường, các ADC hoạt động trên nguyên tắc so sánh nên cần khoảng thời gian có đơn vị mili giây đến micro giây để chuyển đổi. Thời gian chuyển đổi càng bé thì ADC có chất lượng và giá thành càng cao.

2.5.3.2 Bộ biến đổi số - tương tự

Bộ biến đổi số - tương tự (Digital – Analogue Converter DAC) chuyển đổi tín hiệu số ra từ vi xử lí thành tín hiệu tương tự để điều khiển các thiết bị tương tự. Hoạt động của DAC là tương đối đơn giản nên tại đây ta chỉ nêu ra những nguyên tắc cơ bản để bạn đọc có thể tự tiến hành. Nội dung hoạt động và các tính chất của bộ DAC đã được giới thiệu kỹ tại môn Kỹ thuật số, tại đây chúng ta chỉ bàn đến các tính chất của DAC liên quan đến việc kết nối với vi xử lí.

-Độ phân giải (resolution): Được định nghĩa bằng trong đó Vm là điện áp tối đa đầu ra,n là số bit của dữ liệu đầu vào.

- Độ tuyến tính: chỉ mức độ thay đổi của giá trị tương tự khi giá trị số thay đổi. DAC lý tưởng là tuyến tính nhưng trên thực tế có sai số DAC chuyển đổi gần như tức thời dữ liệu số từ đầu vào đến đầu ra.

Câu hỏi ôn tập

2.1 Bus là gì?

2.2 Xác định khái niệm cấu trúc 3-bus

2.3 Vẽ sơ đồ khối của hệ thống xử lí bao gồm CPU, bus địa chỉ, bus dữ liệu, bus điều

khiển, ROM, RAM, I/O.

2.4 ROM là gì? RAM là gì?

2.5 Giới thiệu 4 loại ROM phổ biến. 2.6 Tại sao hệ thống xử lí lại cần ROM?

2.7 Nêu hai tính chất quan trọng của RAM tĩnh. 2.8 Flash ROM là bộ nhớ

a. Bộ nhớ chỉ đọc được chế tạo theo công nghệ CMOS b. Là bộ nhớ bay hơi

c. Là bộ nhớ EEPROM có tốc độ đọc cao d. Được sử dụng làm bộ nhớ đệm.

2.9 Bộ nhớ song song có tốc độ truy xuất so với bộ nhớ nối tiếp là

a. Cao hơn b. Thấp hơn

c. Không so sánh được

d. Tốc độ phụ thuộc vào vi xử lý

2.10 Bộ nhớ song song 16 bit có dung lượng 1Mbit. Số đường địa chỉ là

a. 15 b. 16 c. 17 d. 18

2.11 Một bộ nhớ có các đường địa chỉ là 16, các đường dữ liệu là 16, các đường điều

khiển là 4. Dung lượng bộ nhớ là a. 32kbyte

b. 64 kbyte c. 128 kbyte d. 256 kbyte

2.12 Một bộ nhớ song song phải có các tín hiệu sau

a. Các đường dữ liệu, các đường địa chỉ

b. Các đường dữ liệu, các đường địa chỉ và các đường điều khiển

c. Các đường dữ liệu, các đường địa chỉ, các đường điều khiển và các đường chọn chip

d. Các đường dữ liệu, các đường địa chỉ, các đường xung clock đồng bộ

2.13 Nêu một số thiết bị cảm biến và thiết bị chấp hành và một tả nguyên lý hoạt động

của chúng.

3

HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC

3.1 Giới thiệu chương

• Giới thiệu khái niệm về hệ điều hành

• So sách sự khác biệt giữa hệ điều hành chung và hệ điều hành thời gian thực • Đặc điểm và chức năng của hệ điều hành thời gian thực

• Phân loại hệ điều hành thời gian thực

• Giới thiệu tổ chức và kiến trúc hệ điều hành thời gian thực • Giới thiệu các dịch vụ cơ bản của hệ điều hành thời gian thực • Giới thiệu các dịch vụ mở rộng của hệ điều hành thời gian thực • Giới thiệu một số hệ điều hành thời gian thực tiêu biểu