淺談微型計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口技術(shù)

毛曉琦

摘要：現(xiàn)今階段內(nèi)的計(jì)算機(jī)被視作不可缺少的，平日生活及生產(chǎn)都密切關(guān)系到計(jì)算機(jī)。從各行業(yè)來看，微型計(jì)算機(jī)都融入了實(shí)時(shí)的行業(yè)操作。上世紀(jì)末以來，微型計(jì)算機(jī)被創(chuàng)造出來而后快速受到了推廣。微型計(jì)算機(jī)設(shè)有雙重的接口，分別負(fù)責(zé)調(diào)控輸入以及輸出。針對輸入輸出的步驟及流程，都要妥善設(shè)置最適當(dāng)?shù)慕涌谟脕硗晟迫粘５牟僮?。對于此，有必要解析微型?jì)算機(jī)配備的輸出及輸入接口。結(jié)合行業(yè)操作的真實(shí)情況，探析適合用于接口的相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：微型計(jì)算機(jī)；輸入輸出接口；相關(guān)技術(shù)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0037-02

在1946年，美國創(chuàng)造出首臺計(jì)算機(jī)。在這之后，微型計(jì)算機(jī)日益擴(kuò)充了具體的類型，性能變得更優(yōu)并且體積也更小。相比于大中型裝置，微型計(jì)算機(jī)配有規(guī)模更小的處理器。微機(jī)包含了內(nèi)部主處理器、存儲器及相關(guān)的電路，總線串聯(lián)了各分支的裝置[1]。通常來看，可以設(shè)置硅片用于集中性的微機(jī)處理，CPU整合了全方位的微機(jī)性能。除此以外，微型計(jì)算機(jī)也設(shè)有銜接的電路，主存儲器連接于輸出輸入的兩類線路。在日常運(yùn)行中，相關(guān)人員有必要實(shí)時(shí)查看線路接口，在最大范圍內(nèi)杜絕多類的接口故障，以此來確保微機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

1接口技術(shù)的根本原理

微型計(jì)算機(jī)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺乏接口，機(jī)身設(shè)置的接口可用來輸入或輸出選定的信息。在這種基礎(chǔ)上，接口技術(shù)整合了軟硬件這兩類的內(nèi)部構(gòu)件，進(jìn)而確保了可靠且實(shí)效性的傳輸信息。CPU銜接于微機(jī)接口，具體在交換某一信息時(shí)還可串聯(lián)于外在的線路。微機(jī)設(shè)有CPU及總線，I/O密切銜接了這些部分。最近幾年，技術(shù)在快速進(jìn)步，與之相應(yīng)也誕生了更多接口類型。大概來看，微機(jī)接口可分成如下：交互式的人機(jī)接口可用來交流信息，這類接口緊密銜接了操作者及微機(jī)本身；監(jiān)測式的微機(jī)接口設(shè)置于自動式的微機(jī)，可用于實(shí)時(shí)的操控；總線接口表現(xiàn)出來的性能包含了鎖存、驅(qū)動及緩沖、隔離等的方面[2]。

I/O銜接于外在的設(shè)備，這種情況下可用來實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)互換。通常來看，交換信號包含如下類別：二進(jìn)制用來表征數(shù)字量，字符及ASCII編碼也可設(shè)置為數(shù)字量；電流幅值及模擬電壓可以表征各階段內(nèi)的物理量，然而不可直接去輸入微機(jī)，這些數(shù)值有必要轉(zhuǎn)換才可以輸入。某些情況下，外部設(shè)備也可用來調(diào)控各類的模擬量，在這時(shí)優(yōu)先選用轉(zhuǎn)換器的D/A形式；開關(guān)量可設(shè)置為開閉的兩類模式，在具體表示時(shí)通常借助于二進(jìn)制數(shù)。此外，微機(jī)系統(tǒng)也不可缺失實(shí)時(shí)的脈沖信號，這類信號劃分為定時(shí)性的、控制性的、計(jì)數(shù)性的脈沖。

2 接口輸入及輸出的具體方式

在微機(jī)體系內(nèi)，接口可視作橋梁的存在，這是由于它銜接了主機(jī)及外設(shè)。現(xiàn)今階段內(nèi)的I/O類型接口可設(shè)置于主機(jī)側(cè)以及外設(shè)側(cè)。在這其中，內(nèi)部接口對應(yīng)著主機(jī)側(cè)，而外部接口對應(yīng)了外設(shè)側(cè)。CPU以及微機(jī)主線被串聯(lián)于內(nèi)部式的接口，與此同時(shí)并行或串行電纜可銜接外在的接口。此外，電纜或網(wǎng)線也歸入外在接口的調(diào)控范圍。具體的連接為：外設(shè)銜接于接口，控制線及地址線串聯(lián)于數(shù)據(jù)線，外設(shè)也可用來負(fù)責(zé)控制線[3]。

輸入輸出選定的流程包含了常見的四類：第一類為DMA，這類控制下的數(shù)據(jù)傳送設(shè)置為成塊式的傳輸，存儲器可負(fù)責(zé)常規(guī)性的存取信息；第二類為處理機(jī)，處理機(jī)更適合設(shè)置于規(guī)模較大的微機(jī)，同時(shí)也必須轉(zhuǎn)換至最大的CPU運(yùn)轉(zhuǎn)方式；第三類為中斷控制，用來傳輸各階段內(nèi)的交換信息，密切銜接了CPU及外在的設(shè)備。此外，微機(jī)還配備了程序控制，在這種前提下又可分為條件傳送以及不設(shè)條件的傳送。從目前來看，通常都會選用這四類流程用于控制輸出及輸入[4]。

3技術(shù)實(shí)驗(yàn)的總體思路

針對接口技術(shù)，初期在設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)應(yīng)能融入接口運(yùn)作的根本機(jī)理。接口技術(shù)密切關(guān)系到微機(jī)內(nèi)部的其他構(gòu)件，例如存儲器、總線及CPU、其他軟硬件等。近些年，微機(jī)系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)次更新及升級，在日常運(yùn)用中也應(yīng)能因地制宜來選取最合適的接口用于銜接微機(jī)。詳細(xì)來看，設(shè)置技術(shù)實(shí)驗(yàn)可依照如下的各步驟思路：

3.1 初期設(shè)計(jì)接口

通常來看，微機(jī)配備了多規(guī)格的開發(fā)平臺，這種基礎(chǔ)上才可以選用最合適的語言用來具體開發(fā)。為此初期在設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員先要擬定必備的開發(fā)平臺，對此可選用SOPC的簡易設(shè)計(jì)流程來設(shè)置配套性的接口。在這個(gè)階段內(nèi)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)能熟識多樣的接口特性，明確讀寫控制及工作時(shí)序。具體而言，設(shè)計(jì)要點(diǎn)應(yīng)為寄存器、總線及相應(yīng)的存儲器，因?yàn)檫@些構(gòu)件都需配備特定接口。在顯示計(jì)數(shù)時(shí)，可選用彩燈來代指各層次的計(jì)數(shù)。此外，SOPC或HDL這兩類設(shè)計(jì)還涉及串口通信、顯示LCD、讀寫存儲器等。

3.2主體的試驗(yàn)流程

主體性的試驗(yàn)流程涉及更深層次的接口設(shè)計(jì)，這個(gè)步驟內(nèi)的接口包含了視頻及音頻的多類接口。在設(shè)計(jì)了接口后，還需依照真實(shí)情況來擬定多層次的協(xié)議。如果條件準(zhǔn)許，相關(guān)人員可拓展原先的設(shè)計(jì)范圍，逐漸拓寬至USB及PC Ie的詳細(xì)設(shè)計(jì)。依照給出來的試驗(yàn)流程來詳盡表述，這種基礎(chǔ)上再去擬定可參照的電路圖例。尤其針對于接口電路，需要預(yù)先擬定完備的連接圖，在這種基礎(chǔ)上再去分別予以設(shè)置不同類的接口[5]。

3.3后續(xù)的創(chuàng)新

完成上述設(shè)計(jì)，相關(guān)人員即可進(jìn)入后續(xù)更深入的設(shè)計(jì)。例如：先期給出了特定背景圖，對此可嘗試著在原先背景圖上增設(shè)額外更多層次的接口處理。與此同時(shí)，也可密切銜接多類接口處理，這種基礎(chǔ)上顯示精確的圖像。在完善了USB特定設(shè)計(jì)流程以后，可視情況拓展至嵌入接口的布置。在現(xiàn)今階段內(nèi)，USB通常銜接于嵌入性的接口，這樣做可以拓展原先的網(wǎng)絡(luò)性能。最近幾年，接口技術(shù)正在快速更新，對此設(shè)計(jì)人員還可借助于配套式的硬件模塊來加入更多樣的新穎設(shè)計(jì)，例如無線性的藍(lán)牙接口。在條件準(zhǔn)許時(shí)，設(shè)計(jì)的流程需要配備更多資金用來輔助支持。

4接口技術(shù)中的要點(diǎn)

截至目前，接口技術(shù)通常可選FPGA這類規(guī)模較大的平臺用于完成實(shí)驗(yàn)，這是由于新時(shí)期內(nèi)的接口都應(yīng)當(dāng)具備可編程的優(yōu)勢。在接口技術(shù)中，主芯片銜接于可編程的微機(jī)器件。相關(guān)人員可結(jié)合實(shí)情自行予以選取某類規(guī)格的接口平臺，在這種基礎(chǔ)上即可繪制明確的接口性能架構(gòu)圖。具體而言，接口技術(shù)包含如下層次的輸入及輸出要點(diǎn)：

4.1輸入輸出平臺

在最快的狀態(tài)下，F(xiàn)PGA設(shè)置了超出4萬個(gè)內(nèi)部的cells用來操控接口邏輯，同時(shí)配備了1GHz的系統(tǒng)時(shí)鐘。從內(nèi)存儲來看，接口可達(dá)2kb的BRAM存儲器總?cè)萘?。在平臺的內(nèi)部通常設(shè)置了處理片及相關(guān)的內(nèi)核，控制模塊負(fù)責(zé)具體去調(diào)控輸入及輸出精確的信息[6]。在接口的內(nèi)部，F(xiàn)PGA可配合構(gòu)成更完整的外部接口。從軟件角度來看，設(shè)計(jì)軟件配備了多樣的設(shè)計(jì)流程及方式，例如硬件描述選用的HDL語言或者片上系統(tǒng)。除此以外，平臺還可支持新階段內(nèi)的開發(fā)，例如DSP等構(gòu)件。軟件集成了在線式的分析儀、SDK的代碼調(diào)試、仿真的工具等。

4.2邏輯控制的路徑

相關(guān)人員在設(shè)置接口特定的邏輯控制時(shí)，先要借助于試驗(yàn)來確認(rèn)特定的路徑。詳細(xì)而言，若邏輯控制可適用于特定接口，那么HDL可被視作具體實(shí)現(xiàn)的語言；與之相應(yīng)，若CPU適用于特定接口的實(shí)時(shí)控制，那么轉(zhuǎn)而設(shè)置SOPC路徑下的控制。若選用CPU用來詳細(xì)控制，那么還有必要擬定各流程的執(zhí)行代碼。在特定階段內(nèi)，接口可發(fā)出用來處理特定信號的某一請求，子平臺應(yīng)能實(shí)時(shí)響應(yīng)。通常狀態(tài)下，windows配備了應(yīng)用類軟件及特定的驅(qū)動程序，接口芯片最好選取嵌入式的。在接口的內(nèi)部，操作人員應(yīng)能預(yù)先編寫精準(zhǔn)的流程，而后選用編譯工具予以詳細(xì)開發(fā)[7]。

4.3對于接口的更新

微機(jī)配備的接口負(fù)責(zé)日常的輸出輸入，但這些接口并非固定下來的，而是有必要實(shí)時(shí)去更新。在更新接口同時(shí)，也要相應(yīng)更新平臺。例如：現(xiàn)今階段內(nèi)的微機(jī)接口較多設(shè)置為PC Ie的新式接口，然而這類接口更適合布置于嵌入平臺。在更新過程中，控制模塊可以預(yù)先存放至設(shè)計(jì)好的IP內(nèi)，而后再去進(jìn)入相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的數(shù)值處理。需要注意的是：相關(guān)人員有必要整合現(xiàn)存的一切資源，設(shè)計(jì)出來的新式接口應(yīng)當(dāng)兼?zhèn)涠嗔鞒痰妮斎胼敵鲂阅躘8]。

接口仿真的特定操作通常借助Model Sim予以進(jìn)行。然而不應(yīng)忽視，即便經(jīng)過仿真得出的某一接口信息，但這個(gè)信息并非完全吻合了日常操作流程。從在線角度來看，接口測試可以配備在線式的子平臺用來操控，在線分析設(shè)有邏輯工具及相關(guān)儀器。設(shè)計(jì)硬件接口過程中，先要增設(shè)明確的地址而后才可以進(jìn)入給出來的界面運(yùn)行。經(jīng)過前期性的操作，F(xiàn)PGA可顯示各時(shí)點(diǎn)的精確波形。這樣做，在更大范圍內(nèi)節(jié)省了消耗掉的測驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)也更便利了后期的偏差糾正。

5 結(jié)語

在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，通?？蛇x用四類控制流程用來調(diào)控實(shí)時(shí)的輸入輸出。最近幾年，微機(jī)技術(shù)日益加快了更新，這種狀態(tài)下的接口也表現(xiàn)出更多類別。從根本原理看，I/O這類接口可設(shè)置多樣性的具體調(diào)控方式。在交換信息時(shí)，應(yīng)能結(jié)合真實(shí)情況來選用最合適的一類接口。接口相關(guān)的輸入輸出包含了復(fù)雜的多流程，具體在操控時(shí)不可忽視細(xì)微性的操作細(xì)節(jié)。然而截至目前，微機(jī)配備的接口技術(shù)仍沒能達(dá)到完善，有待長期的改進(jìn)。未來的實(shí)踐中，相關(guān)人員仍需不斷摸索并且歸納珍貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，從根本入手來提升微機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的順暢性。

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