Лекция 13. Программируемые таймеры и счетчики событий.

Довольно часто требуется устройство формирования временных интервалов для процессора и внешних устройств, подсчета внешних событий и ввода показаний в процессор, а также генерирования внешней синхронизации, которую может программировать процессор. Такое устройство называется программируемым интервальным таймером/счетчиком событий. Некоторыми областями применение такого устройства являются:

прерывание операционной системы с разделением времени через равномерные интервалы, чтобы она осуществляла переключение программ;

вывод точных временных сигналов с программируемыми периодами в устройство ввода-вывода (например, в аналого-цифровой преобразователь);

программируемая генерация скорости передачи в бодах;

измерение временной задержки между внешними событиями;

подсчет числа появлений событий во внешнем эксперименте и ввод показания в компьютер;

Рис. 9.25. Типичный интервальный таймер/счетчик событий

прерывание процессора после появления запрограммированного числа внешних событий.

Типичная организация интервального таймера/счетчика событий показана на рис. 9.25. Слева находятся четыре доступных компьютеру регистра: два верхних являются выходними портами, а два нижних - входными. Сам счетчик прямо процессору не доступен, но может инициализироваться из регистра начального счета и считывается посредством передачи его содержимого в выходной регистр счетчика. Счетчик запускается с начального значения и отсчитывает до 0. Вход CLK определяет скорость счета, сигнал GATE разрешает и запрещает вход CLK и, возможно, выполняет другие функции, а выход OUT-становится активным при достижении счетчиком 0 или, возможно, при подаче сиг-нала АТЕ. Выход OUT подключается к линии запроса прерывания в системной шине, поэтому прерывание возникает при достижении счетчиком 0; его же можно подключить к устройству ввода-вывода для инициирования необходимых действий.

Устройство вводит значение в регистр начального счета, передает его в счетчик и выполняет счет "назад" (т. е. вычитание) импульсами со входа CLK. Текущее содержимое счетчика в любой момент можно ввести в процессор, не нарушая работы счетчика, посредством передачи его в выходной регистр счетчика с последующим считыванием из этого регистра. При буферировании содержимого счетчика не требуется вводить его в процессор немедленно. Индикация нуля в счетчике обычно фиксируется на выходе OUT и в одном бите регистра состояния. Поэтому для обнаружения нуля допускается применять Программный ввод-вывод и ввод-вывод по прерываниям.

Регистр управления определяет режим работы и выполняет другие функции. Режим точно определяет, что происходит при достижении счетчиком 0 и (или) при подаче сигнала на вход GATE. Возможными действиями являются:

вход GATE применяется для разрешения и запрещения входа CLK;

вход GATE вызывает реинициализацию счетчика;

[ i. вход GATE прекращает счет и формирует высокий уровень на выходе OUT;

- при достижении 0 счетчик выдает сигнал OUT и останавливается;

при достижении 0 счетчик выдает сигнал OUT и автоматически реинициализируется из регистра начального счета.

Режимы могут также определяться комбинациями перечисленных возможностей. Рассмотрим, например, применение интервального таймера в операционной системе разделением времени. В этом случае на вход CLK подаются сигналы синхронизации,) выход OUT подключается к линии запроса прерывания, возможно, немаскируемой прерывания. Вход GATE здесь не требуется. При включении системы в регистр начального счета загружается значение

начальный счет == частота синхронизации Х Т,

где Т - продолжительность каждого временного кванта в секундах. Задается такой режим, что при достижении счетчиком 0 содержимое регистра начального счета вновь загружается в счетчик, а выход OUT становится активным. Поскольку сигнал OUT используется как запрос прерывания, процедура прерывания для переключения программ будет выполняться с интервалом Т секунд.

9.3.1 Программируемый интервальный таймер

На рис. 9.26 представлена схема интервального таймера/счетчика событий 8254 фирмы Intel. В нем имеются три одинаковые счетные схемы со своими входами CLK и GATE и выходом OUT. Каждая схема имеет регистр управления и состояния, регистр счетчика (CR) для приема начального счета, счетного элемента (СЕ), который выполняет счет, но непосредственно процессору недоступен, и выходного регистра-защелки (OL) для фиксации содержимого СЕ, так что его может считать процессор. Полагается, что CR, СЕ и OL представляют собой пары 8-битных регистров. (Реальные схемы несколько отличаются от приведенных, но для программиста рисунок абсолютно точен.)

Обращения к регистрам производятся в соответствии с табл. 9.3.

Таблица 9.3