--PAGE_BREAK--1.1 История
IEEE 488 был разработан компанией Hewlett-Packard в 1968 году. Создана HP в конце 1960-х для использования в оборудовании для автоматических измерений (англ. automated test equipment, ATE) под названием интерфейсная шина Hewlett-Packard (англ. Hewlett-Packard Interface Bus, HP-IB), в 1975 стандартизирована американским Институтом инженеров электротехнической и электронной промышленности (IEEE) IEEE-488 (по номеру стандарта).
Использовался необычный кабель с проводом, выведенным набок. Кабели можно было подключать в стековом режиме (буквально цеплять друг на друга), что позволяло нескольким компьютерам одновременно использовать хранилище или принтер. Иными словами, компания Commodore еще тридцать лет назад реализовала принципы сетевых накопителей, которые обрели популярность сравнительно недавно.
IEEE-488 также известна под названием Интерфейсная шина общего назначения (англ. General Purpose Interface Bus, GPIB), стандарт IEC-625 (МЭК625.1), а также другими названиями. В аналогичном советском (российском) стандарте, ГОСТ 26.003-80 Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным, бит-параллельным обменом информацией. Требования к совместимости, называется [многопроводным]магистральным каналом общего пользования (КОП).
В конце 1960х, Hewlett-Packard (HP) выпускала различные измерительные инструменты и тестирующее оборудование, такие как цифровые мультиметры и логические анализаторы сигналов. Для установления связи между собой и компьютером они использовали HP Interface Bus (HP-IB).
Шина была относительно простой, основывалась на существующие в то время технологиях используя простые параллельные электрические шины и несколько индивидуальные линий для управления. Например HP 59501 Power Supply Programmer и HP 59306A Relay Actuator были относительно простыми периферийными устройствами использующими HP-IB, реализовывались только на ТТЛ-логике и не использовали микропроцессоров.
Другие производители фактически скопировали HP-IB, назвав свои разработки General Purpose Interface Bus (GPIB), de facto создав индустриальный стандарт для управления автоматизированными измерениями. С ростом популярности GPIB происходила и его стандартизация международными организациями по стандартизации.
По мере проникновения принятого стандарта протокола в промышленность выяснилось, что конкретный порядок передачи команд по шине был недостаточно хорошо определен.
Стандарт был пересмотрен и дополнен в 1987 году (добавлено описание протокола передачи). Новый стандарт содержит две части: IEEE-488.1, описывающую аппаратную часть и низкоуровненое взаимодействие с шиной, и IEEE-488.2, определяющую порядок передачи команд по шине. Стандарт IEEE-488.2 был еще раз пересмотрен в 1992 году.
2. Характеристики
Каждое устройство на шине имеет уникальный пятибитный первичный адрес в диапазоне от 0 до 30 (таким образом, возможное количество устройств — 31). Адреса устройств не обязаны быть непрерывными, но во избежание конфликтов обязаны быть различными. Стандарт позволяет подключить до 15 устройств к одной двадцатиметровой физической шине используя для наращивания соединители цепочечного типа.
Активные расширители позволяют использовать удлинить шину, вплоть до 31 теоретически возможных на логической шине устройства.
Определено три различных типа устройств, которые могут быть подключены к шине: «listener», «talker» и/или контроллер (точнее, устройства могут находиться в состоянии «listener» либо «talker» либо быть типа «контроллер»). Устройство в состоянии «listener» считывает сообщения с шины; устройство в состоянии «talker» посылает сообщения на шину. В каждый конкретный момент времени в состоянии «talker» может быть одно и только одно устройство, в то время как в состоянии «listener» может быть произвольное количество устройств. Контроллер выполняет функции арбитра и определяет, какие из устройств в данный момент находятся в состоянии «talker» и «listener». К шине может быть одновременно подключено несколько контроллеров. В этом случае один из контроллеров (как правило, расположенный на интерфейсной карте GPIB) является ответственным контроллером (Controller-in-Charge, CIC) и делегирует по мере надобности свои функции другим контроллерам.
Элемент управления и функции передачи данных логически отдельные; диспетчер может обратиться к одному устройству как «болтуну» (англ. talker) и один или больше устройствам как «слушатели» (англ. listeners) без необходимости участвовать в передаче данных. Это даёт возможность совместно использовать одну и ту же шину для множества контроллеров. В любое данное время, только одно шинное устройство может быть активно как контроллер.
Данные передаются по шине во время трёхфазной процедуры установления соединения готовность / доступность / приём, логике в которой самое медленное участвующее устройство определяет скорость транзакции. Максимальная скорость передачи данных составляла 1 МБ/сек в оригинальном издании стандарта и была увеличена до 8 МБ/сек в расширениях стандарта.
Электрически IEEE-488 восьмибитная параллельная шина, содержащая шестнадцать сигнальных линий (восемь двусторонних используются для передачи данных, три — для установки соединения, пять — для управления шиной) плюс восемь — обратные провода для земли.
Все сигнальные линии используют отрицательную логику: наибольшее положительное напряжение интерпретируется как логический «0», а наибольшее отрицательное — как логическая «1». Линии данных (DIO) пронумерованы от 1 до 8, а линии данных (ЛД) в ГОСТ от 0 до 7.
Пять линий управления интерфейсом сообщают устройствам, присоединенным к шине, какие действия предпринимать, в каком режиме находиться и как реагировать на команды GPIB.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.1 Команды
Команды GPIB всегда передаются с использованием классического протокола IEEE-488.1. Стандарт задает формат команд, посылаемых инструментам, и формат и кодировку откликов. Команды, как правило, являются аббревиатурами соответствующих слов английского языка. Команды-запросы снабжаются на конце вопросительным знаком. Все обязательные команды префиксируются астериском. Стандарт определяет минимальный набор возможностей, которыми должен обладать каждый инструмент, а именно: принимать и передавать данные, посылать запрос на обслуживание и реагировать на сигнал «Очистить Интерфейс». Все команды и большинство данных используют 7-битный набор ASCII, в котором 8 бит не используется или используется для четности.
Для получения информации от устройств, подключенных к шине, и переконфигурации шины контроллер посылает команды пяти классов: Uniline" («однобитная»), «Universal Multiline» («многобитная общего назначения»), «Address Multiline» («многобитная адресная»), «Talk Address Group Multiline» («многобитная групповая адресная передающая») и «Listen Address Group Multiline» («многобитная групповая адресная приемная»).
2.2 Управляющеие последовательности IEEE-488
Вторым компонентом системы команд является Стандарт Команд Программируемого Инструмента (англ. Standard Commands for Programming Instruments, SCPI), принятый в 1990 году. SCPI определяет стандартные правила сокращения ключевых слов, используемых в качестве команд. Ключевые слова могут быть использованы либо в длинной (например, MEASure — измерить), либо в короткой прописной форме (MEAS). Команды в формате SCPI префиксируются двоеточием. Аргументы команд разделяются запятой. Стандарт SCPI оперирует с моделью программируемого инструмента. Функциональные компоненты модели включают систему измерений (подсистемы «вход», «датчик» и «калькулятор»), систему генерации сигналов (подсистемы «калькулятор», «источник» и «выход») и подсистемы «формат», «показ», «память» и «триггер». Естественно, что у некоторых инструментов отсутствуют некоторые системы либо подсистемы. Например, осциллограф не имеет системы генерации сигналов, а программируемый генератор цифровых последовательностей — системы измерений. Команды для работы с компонентами систем и подсистем имеют иерархический вид и состоят из подкоманд, разделенных двоеточиями.
Пример команды, конфигурирующей цифровой мультиметр для измерения переменного напряжения величиной до 20 В с точностью 1 мВ:
:MEASure:VOLTage:AC?20,0.001
§ Двоеточие обозначает начало новой команды.
§ Ключевые слова MEASure:VOLTage:AC сообщают мультиметру, что требуется произвести измерение переменного напряжения.
§ Вопросительный знак сообщает мультиметру, что результат измерения должен быть возвращен компьютеру либо контроллеру.
§ Числа 20 и 0.001, разделенные запятой, задают диапазон и точность измерения.
2.3 Протоколы контроллера 488.2
Протоколы объединяют наборы управляющих последовательностей, с тем, чтобы выполнить полную измерительную операцию. Определено 2 обязательных и 6 опциональных протоколов. Протокол RESET обеспечивает инициализацию всех приборов. Протокол ALLSPOLL опрашивает каждый прибор последовательно и возвращает байт статуса каждого прибора. Протоколы PASSCTL и REQUESTCTL обеспечивают передачу управления шиной разным приборам. Протокол TESTSYS реализует функцию самотестирования каждого прибора. Протоколы FINDLSTN и FINDRQS поддерживают управление системой GPIB. При этом используются возможности, заложенные в стандарте 488.1. Контроллер выполняет протокол FINDLSTN, генерируя адрес Слушателя и проверяя наличие прибора на шине по состоянию линии NDAC. Протокол FINDLSTN возвращает список «Слушателей», и выполнение этого протокола до начала работы прикладной программы гарантирует правильность текущей конфигурации системы. Для работы протокола FINDRQS используется возможность проверки линии SRQ. Входной список устройств можно ранжировать по приоритетам. Тем самым обеспечивается обслуживание наиболее ответственных приборов в первую очередь.
3. Разъёмы
№ кон-такта
Наименование по IEEE
Наименование по ГОСТ
Назначение
1
Data input/ output bit.
DIO1
Линия данных 0
ЛД0
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
2
Data input/ output bit.
DIO2
Линия данных 1
ЛД1
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
3
Data input/ output bit.
DIO3
Линия данных 2
ЛД2
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
4
Data input/ output bit.
DIO4
Линия данных 3
ЛД3
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
5
End-or-identify.
EOI
Линия «конец передачи»
КП
Используется «talker» для идентификации конца сообщения. Контроллер выставляет этот сигнал для инициации параллельного опроса подключенных к шине устройств.
6
Data valid.
DAV
Линия «сопровождение данных»
СД
Используется устройством типа «talker» для оповещения устройств типа «listener» о том, что информация, подготовленная «talker», выставлена на линиях данных и достоверна.
7
Not ready for data.
NRFD
Линия «готов к приему»
ГП
Используется устройствами типа «listener» для того, чтобы сообщить устройству типа «talker» о том, что они не готовы к приему данных. В этом случае устройство типа «talker» прекращает обмен информацией до того момента, когда все устройства типа «listener» будут готовы к продолжению диалога. Шина реализована по принципу «монтажное ИЛИ», что позволяет каждому взятому в отдельности устройству типа «listener» приостановить всю шину.
8
Not data accepted.
NDAC
Линия «данные приняты»
ДП
Используется устройствами типа «listener» и сообщает устройству типа «talker», что данные приняты всеми адресатами. Когда этот сигнал не активен, «talker» может быть уверен, что все клиенты успешно прочли данные с шины и можно приступать к передаче следующего байта данных.
9
Interface clear.
IFC
Линия «очистить интерфейс»
ОИ
Сигнал используется для инициализации или реинициализации шины и приведение интерфейса в исходное состояние.
10
Service request.
SRQ
Линия «запрос на обслуживания»
ЗО
Сигнал доступен любому клиенту шины. Вырабатывается прибором при необходимости передать контроллеру информацию об изменениях в работе (состоянии) прибора и необходимости передать эти данные контроллеру для принятия решения об изменениях в функционировании системы в целом. По этому сигналу контроллер переводит, по возможности, подавшее его устройство в состояние «talker» и передает ему функции передачи данных.
11
Attention.
ATN
Линия «управление»
УП
Контроллер шины использует линию для сообщения клиентам о том, что по шине идут команды, а не данные.
12
Shield
SHIELD
Экран
СП СД
Провод от контакта 12 скручивается с проводом от контакта 11
13
Data input/ output bit.
DIO5
Линия данных 4
ЛД4
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
14
Data input/ output bit.
DIO6
Линия данных 5
ЛД5
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
15
Data input/ output bit.
DIO7
Линия данных 6
ЛД6
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
16
Data input/ output bit.
DIO8
Линия данных 7
ЛД7
Провод в КОП системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединенными устройствами.
17
Remote enable.
REN
Линия «дистанционное управление»
ДУ
Переводит устройство, подключенное к шине, в режим исполнения команд с шины (а не с контрольной панели) и обратно. Вырабатывается контроллером для активизации работы подключенных к шине приборов по командам, поступающим от контроллера.
18
(wire twisted with DAV)
GND
Скрученная пара провода сигнальной линии СД
СП СД
Один из проводов «логической земли», скрученный с сигнальной линией, для минимизации взаимных помех между сигнальными линиями, восприимчивости сигнальных линий к к внешним шумам и передачи интерфейсных сигналов во внешнюю среду.
19
(wire twisted with NRFD)
GND
Скрученная пара провода сигнальной линии ГП
СП ГП
Аналогично
20
(wire twisted with NDAC)
GND
Скрученная пара провода сигнальной линии ДП
СП ДП
Аналогично
21
(wire twisted with IFC)
GND
Скрученная пара провода сигнальной линии ОИ
СП ОИ
Аналогично
22
(wire twisted with SRQ)
GND
Скрученная пара провода сигнальной линии ЗО
СП ЗО
Аналогично
23
(wire twisted with ATN)
GND
Скрученная пара провода сигнальной линии УП
СП УП
Аналогично
24
Logic ground
«Логическая земля»
продолжение
--PAGE_BREAK--4. Стандарты и ГОСТ
IEEE-488определяет для подключения двадцатичетырёхконтактный микроразъем ленточного типа Amphenol. Микроразъем ленточного типа имеет a D-образный металлический кожух, который крупнее, чем D-subminiature разъём. Иногда разъём ошибочно называются «разъём Centronics», поскольку тридцатишестиконтактный разъём такого же типа применялся производителями принтеров для соответствующих подключений принтеров.
Необычная особенность разъёма IEEE-488 состоит в том, что обычно используют «двуглавый» дизайн, с вилкой на одной стороне и гнездом на другой стороне разъёма (на обоих концах кабеля). Это позволяет осуществить подключение соединителей для простого цепочечного подключения. Механические особенности разъёма ограничивают число расположенных в стеке соединителей четырьмя или меньшим количеством.
Они держатся на месте винтами с резьбой UTS (англ. Unified Thread Standard) (сейчас в значительной степени устаревший) либо метрическими винтами M3.5×0.6. По договоренности, метрические винты окрашены в черный цвет, так что два соединителя разного типа не пересекаются.
4.1 IEC-625
Стандарт IEC-625 предписывает использовать двадцатипятиконтактные D-subminiature разъёмы, такие же, как использует IBM PC-совместимый компьютер для параллельного порта. Этот соединитель, по сравнению с двадцатичетырёхконтактным типом разъёма, не приобрел существенного признания на рынке.
4.2 ГОСТ 26.003-80
Требования к разъёму
В качестве разъема должна использоваться розетка или вилка типа РПМ7-24 с ленточными контактами.
Монтаж разъема на устройстве
Каждое устройство должно иметь приборную розетку типа РПМ7—24Г—ПБ. Для кабеля должна быть предусмотрена возможность установления крепежных винтов. Приборная розетка должна устанавливаться на задней стенке устройства с соблюдением размера, приведенного на чертеже. Крепление осуществляется болтом, размеры которого приведены на чертеже. Головка болта может быть шестигранной или с накаткой. Прорезь дли отвертки не обязательна.
4.3 Стандарты
В1975 IEEE стандартизировалшинукакStandard Digital Interface for Programmable Instrumentation, IEEE-488 (сейчасIEEE-488.1). Это формализовало механические, электрические и основные параметры протокола универсальной интерфейсной GPIB, но ничего не говорило о формате команд или данных.
В 1987 IEEE представил Standard Codes, Formats, Protocols, and Common Commands, IEEE-488.2, переопределяющий предыдущую спецификацию как IEEE-488.1. IEEE-488.2 обеспечил основной синтаксис и формат соглашений, такие как не зависящий от устройства команды, структуры данных, ошибочные протоколы, и подобные. IEEE-488.2 построенный на IEEE-488.1 без его замены; оборудование может соответствовать −488.1 не соответствуя −488.2. Новый стандарт содержит две части: IEEE-488.1, описывающую аппаратную часть и низкоуровневое взаимодействие с шиной, и IEEE-488.2, определяющую порядок передачи команд по шине. Стандарт IEEE-488.2 был еще раз пересмотрен в 1992 году. На этапе принятия первой версии стандарта еще не было никакого стандарта для команд, специфических для инструмента. Команды управления тем же классом инструмента (например, мультиметр) сильно разнились между изготовителями и даже моделями.
В 1990 был представлен Стандарт Команд Программируемого Инструмента (англ. Standard Commands for Programming Instruments, SCPI). SCPI добавил универсальные команды стандарта, и серии инструментальных классов с передачей специфических для класса команд. Несмотря на то, что SCPI был разработан на основе стандарта IEEE-488.2, он может быть легко адаптирован для любой другой (не-IEEE-488.1) аппаратной базы.
4.4 IEC
IEC параллельно с IEEE разработала свой собственный стандарт — IEC-60625-1 и IEC-60625-2.
Соответствующий стандарт ANSI был известен, как «ANSI Standard MC 1.1»..
В 2004, IEEE и IEC скомбинировали свои соответствующие стандарты в «Двойной протокол» IEEE/IEC — стандарт IEC-60488-1, в котором Standard for Higher Performance Protocol for the Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation — Part 1: General заменил IEEE-488.1/IEC-60625-1, а IEEE-488.2/IEC-60625-2. IEC-60488-2 соответственнозаменённаPart 2: Codes, Formats, Protocols and Common Commands.
4.5 ГОСТ
ГОСТ 26.003-80 Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным, бит-параллельным обменом информацией. Требования к совместимости. Дата принятия: 01.04.1985. Дата последнего изменения: 23.06.2009
Общее число адресов приёмников и источников информации в системе не должно превышать 961 при двухбайтной организации.
Приложение № 8 фактически декларирует отсутствие в стандарте средств обнаружение ошибок:
Необходимость в средствах обнаружения ошибок в устройствах широко варьируется в зависимости от шумной среды, важности данных, проходящих через интерфейс, типа функций устройства, активных в источнике и приемнике данных, и от общего применения системы, в которой используется устройство. Специализированные и конкретные средства для обнаружения ошибок не включены в данный стандарт. Соответствующий метод обнаружения ошибок зависит от конкретного применен ни устройств или системы и поэтому в настоящем стандарте не устанавливается. Некоторые общие положения, приведенные ниже, служат для иллюстрации преимуществ обычных средств обнаружения ошибок. Контрольный разряд четности на ЛД7 для обнаружения ошибок, содержащихся на ЛД0—ЛД6 7-битного кода, обеспечивает минимальные средства для обнаружения ошибок и требует минимальной аппаратной части. Проверка на четность позволяет обнаружить одиночную ошибку в пределах группировки битов любого байта. Несколько битов с ошибкой в пределах одного байта могут быть не обнаружены. Продольный контрольный разряд четности на каждой линии ЛД в конце строки или блока данных может быть использован таким же образом, что и контрольный разряд четности (для той же цели и тех же результатов). Циклический контроль c помощью избыточных кодов является более сложный и значительно повышает стоимость контроля по сравнению с вышеуказанными способами. Различные коды циклического контроля могут применяться для обнаружения ошибок различного типа. Специальные ходы циклического контроля настоящим стандартом не рассматриваются.
продолжение
--PAGE_BREAK--