Файл: ATxmega-rus.doc

Если МК работает в экономичном режиме и обнаруживается условие START, синхронизация задерживается на время возобновления активной работы МК. Периодической задержкой синхронизации на побитовой основе подчиненное устройство может добиться снижения быстродействия шины. Потребность в этом может возникнуть при использовании пониженных частот системной синхронизации в подчиненном устройстве. Возможность произвольной задержки синхронизации на побайтной основе получают и ведущее и подчиненное устройства перед передачей и после передачи бита ACK/NACK. В результате такой задержки, появляется время на обработку принятых данных, подготовку передаваемых данных или же на выполнение других критичных ко времени задач.

Когда синхронизацию задерживает подчиненное устройство, ведущее переходит в состояние ожидания и наоборот.

19.3.8Арбитраж

Ведущее устройство имеет право начинать транзакцию только при условии нахождения шины в состоянии IDLE. Поскольку шина TWI является мультимастерной, транзакцию могут инициировать два или более устройств одновременно. В результате, шина становится занятой сразу несколькими ведущими устройствами. Разрешение такой конфликтной ситуации достигается применением механизма арбитража, в соответствии с которым теряет контроль над шиной каждое ведущее устройство, которое не способно передать высокий уровень на линии SDA. Те ведущие устройства, которые в процессе арбитража потеряли контроль над шиной, переходят в состояние ожидания до тех пор, пока шина вновь не перейдет в состояние IDLE (что происходит после передачи условия STOP), а затем вновь пытаются получить контроль над шиной. Подчиненные устройства не принимают никакого участия в арбитраже.

Рисунок 19.9. Арбитраж шины TWI

На рисунке 19.9 показан пример, когда два ведущих устройства пытаются получить контроль над шиной. Оба устройства успешно передают условие START, однако устройство 1 теряет контроль в ходе арбитража, когда пытается передать высокий уровень (бит 5), в то время как устройство 2 передает низкий уровень. Арбитраж недопустим между передачей условия повторного старта и бита данных, между условием STOP и битом данных, а также между условием повторного старта и условием STOP. При необходимости арбитража на этих интервалах, его необходимо реализовать программно.

19.3.9Синхронизация ведущих устройств

В ситуации, когда более одного ведущего устройства пытаются управлять линией SCL, необходимо применить алгоритм, обеспечивающий синхронность работы этих устройств. Этот алгоритм основан на тех же принципах, что описанная ранее задержка синхронизации. На рисунке 9.10 показан пример, в котором два ведущих устройства конкурируют за контроль над синхронизацией шины. Результирующий сигнал на линии SCL является результатом объединения по принципу монтажного И двух сигналов на выходах синхронизации ведущих устройств.

Рисунок 19.10. Синхронизация ведущих устройств

Как только линия SCL перейдет из высокого состояния в низкое, все ведущие устройства переведут свой выход синхронизации в низкое состояние и начнут отчет длительности импульса синхронизации низкого уровня. Длительность этого импульса может отличаться у разных ведущих устройств. Если ведущее устройство (в нашем примере устройство 1) завершит отсчет длительности низкого уровня, оно освободит линию SCL. Однако, линия SCL не перейдет в высокое состояние, пока её не освободят все остальные ведущие устройства. Таким образом, линия SCL будет удерживаться в низком состоянии устройством с самым длительным импульсом низкого уровня (устройство 2).

Устройства с более короткими импульсами низкого уровня до освобождения линии синхронизации находятся в состоянии ожидания. Все ведущие устройства начинают отсчет длительности их высокого уровня только в момент освобождения линии SCL всеми устройствами, когда она переходит в высокое состояние. Устройство, которое первым завершает отсчет длительности высокого уровня (DEVICE1) переводит линию синхронизации в низкое состояние и цикл повторяется. В конечном итоге, устройство с самым малым периодом синхронизации будет определять длительность высокого уровня, а устройство с самым большим периодом будет определять длительность низкого уровня.

19.4Логика контроля состояния шины TWI

После разрешения работы TWI в качестве ведущего устройства, логика контроля состояния шины непрерывно следит за активностью на линиях шины. Она остается в работе во всех экономичных режимах МК, в т.ч. режим POWER DOWN.

Логика контроля состояния шины состоит из схемы обнаружения условий START и STOP, схемы обнаружения коллизий, таймера для измерения интервалов времени бездействия шины и счетчика бит. Все эти узлы используются для определения состояния шины. Программа может оценить состояние шины путем опроса бит статуса шины в регистре статуса ведущего устройства. Как показано на рисунке 19.11, шина может находиться в следующих состояниях: UNKNOWN (неопределенное). IDLE (незанятое), BUSY (занятое внешним устройством) и OWNER (занятое владельцем). На рисунке также представлены соответствующие состояниям шины значения бит статуса шины.

Рисунок 9.11. Диаграмма состояний шины

После системного сброса, состояние шины является неопределенным (UNKNOWN). Из этого состояния автомат состояний может перейти в состояние IDLE с одновременной соответствующей записью в биты состояния шины. Данное состояние также вводится, если иного состояния не было введено программой и обнаружено условие STOP. Дополнительно, переход в состояние IDLE происходит по истечении выдержки времени таймера, контролирующего интервалы бездействия шины (только при условии разрешения его работы). После перехода в любое известное состояние обратный переход в состояние UNKNOWN из любого другого состояния не предусмотрен. Состояние UNKNOWN вводится только системным сбросом или отключением ведущего модуля TWI.

Нахождение шины в состоянии IDLE указывает на её готовность к новой транзакции. При обнаружении внешне сгенерированного условия START, шина переходит в занятое состояние (BUSY) вплоть до появления на шине следующего условия STOP. Условие STOP вновь переведет шину в состояние IDLE. Переход в это состояние также произойдет по истечении выдержки времени таймера контроля интервалов бездействия шины, но только при условии разрешения его работы.

Если же из состояния IDLE условие START вводит модуль TWI, то осуществляется переход в состояние OWNER. В случае нормального выполнения транзакции, т.е. без обнаружения коллизий, ведущее устройство генерирует условие STOP и шина возвращается в состояние IDLE. В случае же обнаружения коллизии и проигрыша арбитража, шина переходит в состояние BUSY вплоть до обнаружения условия STOP. Условие REPEATED START способно изменить состояние шины только при проигрыше арбитража во время генерации этого условия.

19.5Работа ведущего модуля TWI

Ведущий модуль TWI предназначен для побайтной передачи данных и может генерировать прерывание после передачи/приема каждого байта. Предусмотрены отдельные прерывания для транзакций записи ведущим устройством и чтения ведущим устройством. При необходимости управления модулем путем опроса его состояния, могут использоваться флаги прерываний. Для сигнализации о приеме бита ACK/NACK, обнаружении ошибки, проигрыше арбитража, задержки синхронизации и состоянии шины предусмотрены отдельные биты статуса.

После установки флага прерывания, линия SCL удерживается в низком состоянии. Данная задержка необходима ведущему устройству для реагирования на прерывание или обработку данных, что в большинстве случаев требует участия программы. Работу ведущего модуля TWI иллюстрирует рисунок 19.12. Ромбовидный значок с надписью SW указывает на участки, где требуется взаимодействие с программой. Освобождение линии SCL произойдет только после сброса флагов прерываний.

Рисунок 19.12. Работа ведущего модуля TWI

За счет автоматического выполнения многих операций количество генерируемых прерываний поддерживается на минимальном уровне. Для автоматического запуска операций и снижения сложности программы могут быть разрешены команда QUICK и режим SMART.

19.5.1Передача пакета адреса

После ввода условия START, ведущее устройство начнет транзакцию шины сразу после записи в регистр адреса ведущего устройства адреса подчиненного устройства и бита направления. Если шина находится в состоянии BUSY, то ведущий модуль TWI будет ожидать перехода шины в состояние IDLE. При обнаружении этого состояния ведущее устройство генерирует условие START, а затем передает байт адреса.

В зависимости от результата арбитража и состояния бита направления R/W дальнейшая передача (по завершении передачи пакета адреса) может осуществляться по 4 сценариям. Все эти сценарии должны быть реализованы программно.

19.5.1.1Сценарий M1: арбитраж проигран или ошибка во время передачи пакета адреса

Если во время передачи пакета адреса ведущее устройство проигрывает арбитраж, происходит установка двух флагов: флага прерывания по записи ведущим устройством и флага проигрыша арбитража. В этом случае, модуль отключается от линии SDA и освобождает линию SCL. Ведущее устройств теряет дальнейшую возможность выполнять какие-либо действия на шине, пока шина не вернется в состояние IDLE.

Ситуация с обнаружением ошибки на шине обрабатывается таким же образом, как и проигрыш арбитража, но затем исключением, что в дополнение к установке флагов прерывания по записи и проигрыша арбитража происходит установка флага ошибки.

19.5.1.2Сценарий M2: Передача пакета адреса завершена, но он не подтвержден подчиненным устройством

Если на переданный пакет адреса не отреагировало ни одно подчиненное устройство, устанавливаются флаг прерывания по записи ведущим устройством и флаг принятого подтверждения. В этой точке, во избежание дальнейшей активности на шине, линия синхронизации удерживается в активном состоянии.

19.5.1.3Сценарий M3: Завершена передача пакета адреса с равным нулю битом направления

Если ведущее устройство получает от подчиненного устройства бит ACK, устанавливается флаг прерывания по записи ведущим устройством и сбрасывается флаг принятого подтверждения. В этой точке, во избежание дальнейшей активности на шине, линия синхронизации удерживается в активном состоянии.

19.5.1.4Сценарий M4: Завершена передача пакета адреса с равным единице битом направления

Если ведущее устройство получает от подчиненного устройства бит ACK, ведущее устройство выполняет прием от подчиненного устройства следующего байта данных. После приема первого байта данных устанавливается флаг прерывания по чтению ведущим устройством и сбрасывается флаг принятого подтверждения ведущим устройством. В этой точке, во избежание дальнейшей активности на шине, линия синхронизации удерживается в активном состоянии.

19.5.2Передача пакетов данных

Передача данных ведущим устройством возможна по сценарию М3 после записи в регистр данных ведущего устройства. Если передача данных выполняется успешно, подчиненное устройство передает бит ACK. После этого, устанавливается флаг прерывания по записи ведущим устройством, сбрасывается флаг принятого подтверждения ведущим устройством и ведущее устройство может подготовить новые данные к отправке. Во время передачи данных ведущее устройство непрерывно контролирует шину на предмет обнаружения коллизий.

Флаг принятого подтверждения необходимо проверять после передачи каждого пакета данных, перед отправкой очередного пакета данных. Ведущему устройству не позволяется продолжать передачу данных, если подчиненное устройство передает сигнал NACK.

Если ведущее устройство обнаружит коллизию и проиграет арбитраж во время передачи данных, устанавливается флаг проигрыша арбитража.

19.5.3Прием пакетов данных

Прием данных ведущим устройством возможен по сценарию М4. После приема ведущим устройством первого байта данных, устанавливается флаг прерывания по чтению ведущим устройством и ведущее устройство может приступить к приему новых данных. На каждый принятый байт ведущее устройство должно ответить битом ACK или NACK. Передача бита NACK может оказаться безуспешной, если ведущее устройство проиграет арбитраж во время передачи этого бита. Если в результате обнаружения коллизии, ведущее устройство теряет арбитраж, устанавливается флаг проигрыша арбитража.

19.6Работа подчиненного модуля TWI

Подчиненный модуль TWI предназначен для побайтной передачи данных и поддерживает возможность генерации прерываний после передачи/приема каждого байта. Предусмотрены отдельное прерывание по данным и отдельное прерывание по адресу/условию STOP. Флаги прерывания могут использоваться для опроса состояния модуля. Предусмотрены отдельные флаги статуса для сигнализации приема бита ACK/NACK, задержки синхронизации, коллизии, ошибки шины и направления 'чтение/запись'.

Если флаг прерывания установлен, линия SCL удерживается в низком состоянии. Благодаря этому, подчиненное устройство получает время на реагирование или обработку данных, что в большинстве случаев требует взаимодействия с программой. Работу подчиненного модуля TWI демонстрирует рисунок 19.13. Ромбовидным значком с надписью SW отмечены места, где требуется взаимодействие с программой.

Рисунок 19.13. Работа подчиненного модуля TWI

Количество генерируемых прерываний поддерживается на минимуме за счет автоматической обработки большинства условий. При необходимости автоматического запуска операций и снижения сложности программы может быть разрешена команда QUICK.

Облегчить реализацию подчиненного устройства, которое должно реагировать на любой принятый адрес, поможет режим PROMISCUOUS.

19.6.1Прием пакета адреса

После надлежащей конфигурации подчиненного модуля TWI он переходит к ожиданию появления на шине условия START. Если это происходит, начинается последовательный прием байта адреса, затем он поступает в логику сравнения адреса и, если она обнаруживает совпадение, отправляется бит ACK. Если совпадение адреса не обнаружено, прием адреса не подтверждается, а подчиненное устройство возвращается к ожиданию нового условия START.

Флаг прерывания по адресу/условию STOP устанавливается, когда вслед за условием START был обнаружен действительный пакет адреса. Этот флаг прерывания также устанавливается при обнаружении адреса общего вызова.

Условие START, которое передано сразу за условием STOP, является недопустимым и, в таком случае, устанавливается флаг ошибки шины.

Смотрите также файлы

L12.doc

L13.doc

L07.doc

Вопросы к экзамену.doc

L09.doc