Hobbytron: tutorial sulla porta parallela standard

In queste pagine trovate un piccolo tutorial sulla porta parallela standard Spp, interfaccia che si trova su tutti i pc. L'autore non si assume nessuna responsabilita' in merito a danni o guasti derivanti dall'applicazione di queste brevi note.
Personalmente, soprattutto a chi e' alle prime armi, consiglio di acquistare, per pochi euro, una seconda parallela e di installarla in uno slot di espansione libero.
In questo caso basta collegare i ponticelli dell'indirizzo e irq della seconda scheda ed il gioco e' fatto, per inserire l'indirizzo basta conoscere quello della parallela principale, e vedremo in seguito come si fa.
Conosciuto l'indirizzo della parallela principale ci basta selezionarne un altro fra quelli a disposizione.
Per quanto riguarda l'irq, se non avete la necessita' di gestire delle interruzioni lo potete lasciare scollegato, oppure inserirlo su irq5 se la parallela principale ha l'irq7, oppure viceversa.
E' molto piu' saggio utilizzare la seconda parallela per i nostri esperimenti, soprattutto sui pc moderni dove tutta la circuiteria, porte di i/o comprese, sono integrate sulla scheda madre. Danneggiare la porta parallela per un errore nei collegamenti significa non poter piu' usare, nel migliore dei casi, la porta parallela del pc e, se si e' sfortunati, danneggiare irrimediabilmente anche la scheda madre.
In Figura 1 potete vedere la foto di una scheda parallela che ho acquistato ad una fiera dell'elettronica per 1 euro.
Con 1 euro risparmiate l'intero pc !
Mi raccomando dunque di seguire questi consigli, se utilizzate un pc moderno soprattutto. Se invece utilizzate un pc di cui non vi frega nulla allora potete andare tranquilli, ma buttare un pc per non aver voluto spendere pochi euro non e' molto saggio.
Sembrero' esagerato ma le prime volte io ho effettuato numerosi errori di collegamento fra i miei circuiti e la parallela, sembra impossibile ma di errori, anche grossolani, se ne fanno.

La porta parallela (lpt) e' disponibile sul retro del pc attraverso un connettore Cannon Db 25 poli femmina. I case dei pc, purtroppo, vengono costruiti in funzione di un loro utilizzo in ufficio o per la casa, ambienti nei quali essi convivono con altri dispositivi ad essi collegati.
Effettuati i collegamenti, di norma in fase di installazione, difficilmente si sente in seguito la necessita' di dover accedere al retro del pc. Di qui gli strati di polvere che normalmente si depositano dietro al computer.
Per coloro che invece utilizzano il pc come vero e proprio strumento di laboratorio questi case non sono molto comodi.
Il mio case ideale dovrebbe avere tutte le porte di i/o sul davanti, magari sotto il floppy drive o il cd rom, in modo tale da non dovere spostare il pc e tutti i cavi ad esso connessi ogni volta che voglio accedere ai connettori della parallela, della seriale o della usb.
Sarebbe veramente bello disporre di un case del genere. In realta' si potrebbe realizzare modficandone uno e riportando davanti, con dei cavi flat per esempio, le varie porte. Per il momento io ho riportato, attraverso un flat cable, il connettore della porta parallela davanti, sul tavolo, in modo tale che ogni volta che ne ho bisogno mi e' comodo. Un altro buon motivo per fare una cosa del genere e che ogni volta che si va ad inserire o a togliere il connettore sulla parallela si finisce per muoverla o per svitare i dadini esagonali che la tengono ferma sul case. E' molto meglio utilizzare un flat cable.

Le porte parallele possono essere di 3 tipi, a seconda delle prestazioni che esse permettono :

Spp : Standard Parallel Port
Epp : Enanched Parallel Port
Ecp : Extended Capabilities Port

La Spp e' la porta parallela standard, la piu' antica. Permette trasferimenti di dati a 8 bit, in output, e a 5 bit in input. E' abbastanza lenta. Era stata realizzata pensando solo al collegamento con la stampante.

La Epp e' piu' moderna, ce ne sono di varie versioni e permette trasferimenti di dati bidirezionali a 8 bit. E' molto piu' veloce della Spp.

La Ecp e' ancora piu' moderna e permette una grande varieta' di funzionamento.

Perche' allora io ho scelto la Spp ?
Principalmente per due motivi :

1) voglio assolutamente mantenere la compatibilita' verso il basso, verso cioe' quei pc (286, 386 e 486) che si trovano per pochi euro alle fiere che nessuno vuole piu'. Invece sono ancora utilissimi per connetterli al mondo esterno. Quasi sempre sono equipaggiati con porte parallele standard, SPP appunto.

2) la SPP ha linee di output aggiuntive che possono essere utilizzate per decodificare dei chip select. Il rovescio della medaglia e' che con la SPP la lettura di 8 bit e' abbastanza macchinosa e lenta , occorrono infatti 2 letture di 4 bit ciascuna.
Comunque fatta una volta e' fatta per sempre, basta creare una function in C che si occupi di eseguire queste operazioni, poi la possiamo riusare ogni volta che vogliamo.

La porta parallela ha un indirizzo, chiamato indirizzo base, che di norma e' 0x378. Ma questo non e' sempre vero, in realta' per esserne sicuri, ci basta andare a leggere l'indirizzo che e' scritto a partire dalla locazione di memoria 0040:0008.
Da questa locazione in avanti sono infatti mappate tutte le eventuali lpt presenti nel pc. In Figura 2 si vede come fare da una finestra dos, attraverso il comando debug.

Figura 2

In questo caso abbiamo letto 6 byte, l'indirizzo di ogni parallela e' formato da 2 byte, e troviamo che esiste la lpt1 all'indirizzo 0x378 mentre lpt2 e lpt3 danno indirizzo pari a 0000 cioe' non esistono. Questo metodo e' abbastanza semplice ma non si presta per essere utilizzato nella rilevazione automatica dell'indirizzo.
E' comunque molto utile se dobbiamo conoscere al volo l'indirizzo.
Se volessimo fare un programma di gestione della parallela che, per essere veramente universale, per prima cosa va a "scovare" l'indirizzo automaticamente allora possiamo vedere un programmino in C che ho realizzato sfruttando alcune note trovate in rete (Figura 3) :

Figura 3

Il programma ha trovato la lpt1 e basta... anche se in questo caso ha trovato un indirizzo alla locazione sopra la quale dovrebbe essere mappata la lpt4.
Ma io la lpt4 non ce l'ho per cui devono aver mappato qualche cosa di diverso sul suo indirizzo.
In ogni caso il dato da tenere in considerazione e' ovviamente quello relativo alla lpt1 che ha indirizzo base pari a 0x378.

Questo e' il listato in C del programmino :

Nel paragrafo precedente si e' fatto riferimento all'indirizzo base. Questo perche' nella porta parallela Spp sono presenti 3 registri : Data Register, Status Register e Control Register.
Essi hanno un loro indirizzo, il Data register corrisponde all'indirizzo base, lo Status register all'indirizzo base+1 e il Control register all'indirizzo base+2.
Supponendo di avere 3 parallele installate sul nostro pc con indirizzo base rispettivamente paria a : 0x378, 0x278 e 0x3bc avremo la seguenta mappatura dei registri :

Questa tabella mette in relazione i vari pin del connettore cannon a 25 poli, colonna 1, i segnali ad essi associati, colonna 2, la direzione di questi segnali, colonna 3 e il registro di cui essi fanno parte. Nelle tabelle che seguono vengono spiegati nel dattagli i tre registri della Spp.
Per convenzione in seguito indichero' i bit appartenenti ai veri registri con la prima lettera uguale a quella del registro di cui fanno parte, esempio : per indicare i bit del Data register parlero' di d7, d5 ecc., per quelli dello Status register parlero' di s6, s0 ecc e per quelli del Control register parlero' di c2, c7. ecc.

Si tratta del Control register, il registro mappato all'indirizzo base+2. Esso e' composto da 4 bit di output, da c3 a c0. E' anche presente un segnale denominato irq enable a cui possiamo accedere unicamente via software, infatti non e' collegato a nessun pin. Se il bit c4 di questo registro viene abilitato viene generata una richiesta di interrupt ogniqualvolta viene rilevata una transizione da livello logico 1 a livello logico 0 sul bit s6, /ack, dello Status register.
Anche in questo caso l'hardware della Spp inverte alcuni bit. Essi sono c3, c1 e c0.

Come gia' visto in precedenza, l'hardware della Spp inverte alcuni bit di 2 registri. Sullo Status register inverte il bit s7, sul Control register inverte i bit c3, c1 e c0.
Questo significa che se per esempio voglio leggere lo Status register e sul bit s7 ho un 1 logico dopo la lettura mi ritrovero' uno 0 logico in corrispondenza di quel bit. Allo stesso modo, se sul Control register effettuassi una scrittura per settare tutti i bit da c3 a c0, in realta' in uscita otterrei c3 a 0, c2 a 1, c1 a 0 e c0 a 0.
Ci occorre pertanto un meccanismo software che si occupi di ri-invertire solo i bit che la Spp inverte. In realta' fare questo e' molto semplice : basta fare un Exor fra il byte che la Spp restituisce ed un byte che abbia ad 1 le posizioni dei bit che la Spp inverte, a 0 tutte le altre.
Quindi, in riferimento a quanto detto prima, dovremo mettere il byte letto sullo Status register in exor con il byte 0x80.
Dovremo inoltre mettere in Exor con il byte 0x0b la parola scritta sul Control register.
Per il Data register non dobbiamo fare niente perche' in questo caso non viene invertito nessun bit.
Esempio : Effettuo una lettura dello Status register ed ottengo : 10011111
Il bit s7 vale 1 ma in realta' vale 0 perche' l'hardware lo ha invertito.
Allora metto il Control register in exor con il byte 10000000 (0x80) per cui ottengo il dato corretto che e' : 00011111 (che e' la stesso byte di prima con s7 re-invertito cioe' apposto).
Vediamo come fare in C :

Ad entrambe le function viene passato l'indirizzo corrispondente su addr, StatusIn restituisce una char con il dato letto.

Per trovare queste ed altre function per la gestione della Spp fate riferimento al progetto Sppboard che e' un progetto completo che coinvolge tutte le cose dette in precedenza.

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Lpt	Locazione
1	0000:0408
2	0000:040a
3	0000:040c
4	0000:040e

Lpt	Data Register	Status Register	Control Register
1	0x378	0x379	0x37a
2	0x278	0x279	0x27a
3	0x3bc	0x3bd	0x3be

Pin	Bit	Dir	Nome
9	d7	->	data7
8	d6	->	data6
7	d5	->	data5
6	d4	->	data4
5	d3	->	data3
4	d2	->	data2
3	d1	->	data1
2	d0	->	data0

Pin	Bit	Dir	Nome
11	s7	<-	busy
10	s6	<-	/ack
12	s5	<-	pe
13	s4	<-	select
15	s3	<-	/error
	s2		riservato
	s1		riservato
	s0		riservato

Pin	Bit	Dir	Nome
	c7		riservato
	c6		riservato
	c5		riservato
	c4	<-	irq enable
17	c3	->	/select in
16	c2	->	init
14	c1	->	/autofeed
1	c0	->	/strobe

Db25 pin	Nome	Direzione	Registro
1	/strobe	output	Control
2	data 0	output	Data
3	data 1	output	Data
4	data 2	output	Data
5	data 3	output	Data
6	data 4	output	Data
7	data 5	output	Data
8	data 6	output	Data
9	data 7	output	Data
10	/ack	input	Status
11	busy	input	Status
12	Pe	input	Status
13	Select	input	Status
14	/autofeed	output	Control
15	/error	input	Status
16	init	output	Control
17	/select in	output	Control
18..25	gnd	gnd	gnd