SIO
From Atariki
SIO - Serial Input/Output. W założeniach jest to rezydujący w ROM-ie podsystem niskopoziomowych procedur blokowego dostępu do urządzeń szeregowych, to jest przede wszystkim stacji dysków, drukarek, modemów i magnetofonu.
W serii XL do podsystemu SIO dodano także niskopoziomową (blokową) obsługę urządzeń podłączanych do szyny równoległej (PBI), czyli tak zwanych nowych urządzeń.
Spis treści |
Sposób użycia
Żądaną operację definiuje się ustawiwszy przedtem odpowiednie zmienne w bloku DCB (Device Control Block, $0300), a nastepnie wywołuje skokiem JSR pod JSIOINT $E459, co jest punktem wejściowym interfejsu szeregowo-równoległego. Przy powrocie rejestr Y zawiera wartość 1 w przypadku powodzenia, bądź ujemny kod błędu.
Struktura DCB
| Adres | Etykieta | Wielkość | Znaczenie |
| $0300 | DDEVIC | Bajt | Identyfikator urządzenia (zob. niżej). |
| $0301 | DUNIT | Bajt | Numer urządzenia; w przypadku stacji dysków numer napędu. |
| $0302 | DCMND | Bajt | Komenda dla urządzenia. |
| $0303 | DSTATS | Bajt | Przed wywołaniem SIO należy ustawić tu rodzaj operacji ($40 odczyt, $80 zapis). Po powrocie z systemu znajduje się tu status operacji (kod błędu). |
| $0304 | DBUFA | Dwa bajty | Adres bufora. |
| $0306 | DTIMLO | Bajt | Czas oczekiwania - w sekundach - na pozytywną odpowiedź urządzenia. |
| $0307 | DUNUSE | Bajt | Bajt nieużywany, zarezerwowany do przyszłych zastosowań. |
| $0308 | DBYT | Dwa bajty | Wielkość bufora; musi być zgodna z wielkością transmitowanego bloku danych. |
| $030A | DAUX1 | Bajt | Pierwszy bajt pomocniczy. W operacjach dyskowych młodszy bajt numeru sektora. |
| $030B | DAUX2 | Bajt | Drugi bajt pomocniczy. W operacjach dyskowych starszy bajt numeru sektora. |
Wykaz urządzeń
Interfejs SIO znajdujący się w ROM-ie rozpoznaje pięć predefiniowanych urządzeń:
- $31: dyskową pamięć masową (stację dysków, twardy dysk)
- $40: drukarkę
- $4F: bus master (Atari 1090)
- $50: port szeregowy RS-232-C
- $60: magnetofon kasetowy
Właściwy identyfikator urządzenia zestawiany jest przez system z kodu urządzenia (DDEVIC) i jego numeru indywidualnego (DUNIT). Wartości te są dodawane, po czym jeszcze odejmuje się 1. Przypisanie identyfikatorów do poszczególnych urządzeń jest niezbyt konsekwentne, np. $31 to stacja dysków numer 1, ale $41 to drukarka numer 2.
Wykaz typowych komend
| Kod | Nazwa | Urządzenie | R/W | Ilość danych | Opis |
| $21 (!) | FORMAT DISK | $31 (stacja dysków) | R | 128 bajtów | Formatuje dyskietkę w wybranej uprzednio (komendami PERCOM) gęstości, lub w pojedynczej gęstości, jeśli stacja nie jest konfigurowalna. Zwraca listę zawierającą do 63 numerów wadliwych sektorów wykrytych w czasie formatowania, zakończoną wartością $FFFF. Niektóre stacje zwracają tu pustą listę ($FFFF i 126 zer), nawet jeśli na dyskietce są wadliwe sektory: po prostu dyskietki nie są już tak drogie, jak pod koniec lat siedemdziesiątych XX wieku... Kontroler KMK/JŻ IDE nie rozpoznaje tej komendy dla bezpieczeństwa danych na dysku (do partycjonowania i "formatowania" dysku służy oddzielny program). |
| $22 (") | FORMAT MEDIUM | $31 (stacja dysków) | R | 128 bajtów | Analogicznie do FORMAT DISK, z tym że formatowanie zawsze przeprowadzane jest w gęstości średniej. Komenda wprowadzona razem ze stacją 1050. Kontroler KMK/JŻ IDE nie rozpoznaje tej komendy dla bezpieczeństwa danych na dysku (do partycjonowania i "formatowania" dysku służy oddzielny program). |
| $3F (?) | POLL | $31 (stacja dysków) | R | 1 bajt | Stacje kompatybilne z US Doubler w odpowiedzi na tę komendę przesyłają wartość rejestru POKEY-a służącego do ustawienia częstotliwości nośnej dla przyspieszonej transmisji. |
| $4E (N) | READ PERCOM | $31 (stacja dysków) | R | 12 bajtów | Odczytuje z urządzenia dwunastobajtowy blok danych opisujący jego bieżącą konfigurację, tj. przede wszystkim format znajdującej się w stacji dyskietki. Komenda ta nie jest rozpoznawana przez standardowe stacje Atari, ale jest zaimplementowana we wszystkich rozszerzeniach oraz stacjach innych producentów. |
| $4F (O) | WRITE PERCOM | $31 (stacja dysków) | W | 12 bajtów | Zapisuje do urządzenia dwanaście bajtów opisujących żądaną konfigurację, tj. liczbę ścieżek, stron dyskietki, sektorów na ścieżkę, wielkość sektora, gęstość. Po pomyślnym wykonaniu tej operacji komenda FORMAT DISK ($21) sformatuje dykietkę zgodnie z zapisaną konfiguracją. Komenda ta nie jest rozpoznawana przez standardowe stacje Atari, ale jest zaimplementowana we wszystkich rozszerzeniach oraz stacjach innych producentów. Kontroler KMK/JŻ IDE nie rozpoznaje tej komendy dla bezpieczeństwa danych na dysku (do definiowania wielkości partycji służy oddzielny program). |
| $50 (P) | PUT SECTOR | Wszystkie za wyjątkiem drukarki | W | Zależna od urządzenia i trybu pracy. | Zapisuje do urządzenia blok danych wskazany przez DBUFA, a zawierający DBYT bajtów. W przypadku stacji dysków jest to zapis bez weryfikacji. |
| $52 (R) | READ SECTOR | Wszystkie oprócz drukarki | R | Zależna od urządzenia i trybu pracy. | Odczytuje z urządzenia blok danych o wielkości DBYT bajtów i zapisuje go w pamięci pod adresem wskazanym przez DBUFA. |
| $53 (S) | READ STATUS | Wszystkie oprócz magnetofonu | R | 4 bajty | Odczytuje z urządzenia czterobajtowy blok statusu i zapisuje go pod adresem wskazanym przez DBUFA. Typowo komenda ta służy to stwierdzenia, czy urządzenie jest gotowe do pracy. |
| $57 (W) | WRITE SECTOR | Wszystkie | W | Zależna od urządzenia i trybu pracy. | To samo, co PUT SECTOR ($52). W przypadku stacji dysków zapis przeprowadzany jest z weryfikacją. |
W przypadku drukarki długość bufora może wynosić 20, 29 albo 40 znaków (na ogół to ostatnie), a znaczenie DAUX2 jest jak następuje:
|
Wykaz komend nietypowych
| Kod | Nazwa | Urządzenie | R/W | Ilość danych | Opis | ||||||||||||||
| $40 (@) | QUERY BUS | $4F | R/W | 4 bajty | Komendę tę system operacyjny wysyła na port szeregowy przy każdym zimnym starcie. Jej znaczenie jest nieznane, przypuszczalnie nie jest ona w ogóle przeznaczona dla urządzenia szeregowego, lecz dla urządzenia szyny równoległej (może modułu Atari 1090). Ale nic nie stoi na przeszkodzie ku wykorzystaniu również przez urządzenia szeregowe. Na początku komenda przesyłana jest z DAUX1 = $4F i DAUX2 = $4F ("OO" - jak "open"?). Następnie - i to bez sprawdzenia statusu wykonania się tej operacji - przesyłane jest drugi raz to samo, tym razem z DAUX1 = 0 i DAUX2 = 0. Dopiero po tym sprawdzany jest status - co wskazuje, że przesłana para poleceń ma w istocie stanowić jedną komendę, albo że protokół przewiduje przesyłanie wielu komend na raz, a "00" jest klauzulą, sygnałem końca bloku poleceń. Pozytywna odpowiedź oznacza, że urządzenie nadesłało 4 bajty, z czego dwa pierwsze to ilość pamięci potrzebna do przeprowadzenia całości transmisji. Jeśli jest to więcej niż dostępna ilość pamięci pomiędzy MEMLO a MEMTOP, system ponownie wysyła tę samą komendę, ale DAUX1 i DAUX2 są tym razem ustawione na $4E ("NN" - jak "negative"?). I znów, bez sprawdzenia statusu, jako klauzula wysyłana jest ta sama komenda po raz czwarty z DAUX1 i DAUX2 ustawionymi na zero, a po pozytywnej odpowiedzi na tę sekwencję cała procedura zaczyna się od początku. W przypadku braku pamięci byłaby to pętla nieskończona, ale po wysłaniu przez komputer odpowiedzi "NN", na następną komendę urządzenie zapewne już nie odpowiada tak samo - być może jakoś zmienia ofertę, albo zgłasza błąd. Trzeci przysłany bajt to identyfikator urządzenia (dla DDEVIC), które odpowiedziało na komendę i z którym będzie prowadzona dalsza komunikacja. Po stwierdzeniu poprawności odpowiedzi komputer dokonuje rezerwacji pamięci nad wartością MEMLO zaokrągloną w górę do najbliższej granicy słowa i próbuje dokonać odczytu z urządzenia, które się zgłosiło, 128 bajtów pod adres $03FD, przy użyciu innej "nietypowej" komendy, a mianowicie $26 - SEND HANDLER. Trzeba nadmienić, że "handler", którego komputer domaga się przy zimnym starcie, ma mieć raczej charakter ogólnego handlera wszystkiego, czyli innymi słowy ma grać rolę co najmniej części, o ile nie całości, systemu operacyjnego. Procedura ładowania handlera wywoływana jest po procedurze bootowania DOS-u, ale niezależnie od jej wyniku; z czego wniosek, że "handler" może spełniać funkcję zarówno dodatku do DOS-u, jak i zostać załadowany zamiast DOS-u. Że chodzi o handler "ogólny", wiadomo stąd, że tą samą drogą można już po całkowitym uruchomieniu systemu, podczas pracy, załadować handler urządzenia konkretnie wskazanego. Robi to CIO przy każdorazowej próbie otwarcia pliku na urządzeniu, którego system nie zna (nie ma takiego wpisu w tablicy handlerów). Odpytanie urządzenia $4F (za którym to identyfikatorem stoi zapewne jakiś moduł rozszerzeń zarządzający podłączonymi do siebie kartami) na okoliczność dysponowania takowym handlerem odbywa się tak samo, jak przy zimnym starcie, z tą jedynie różnicą, że DAUX1/2 nie są wyzerowane. W DAUX1 ma się znajdować identyfikator urządzenia CIO, dla którego to urządzenia potrzebujemy handlera (np. dla magnetofonu $43, czyli "C"), w DAUX2 natomiast przesyła się numer wywoływanego urządzenia (np. dla "C1:" będzie to $01). | ||||||||||||||
| $26 (&) | SEND HANDLER | Urządzenie o kodzie zwróconym przez komendę QUERY BUS ($40) | R | 128 bajtów | Komenda ta nie jest nigdzie opisana, ale na szczęście w dokumentacji SIO znajduje się wzmianka o niej pozwalająca ustalić oficjalną nazwę (SEND HANDLER właśnie). Reszta została wywnioskowana z kodu systemu operacyjnego. Procedura ładowania handlera zaczyna się zawsze od wysłania komendy QUERY BUS ($40). Po otrzymaniu pozytywnej odpowiedzi komputer rozpoczyna ładowanie kolejnych, 128-bajtowych rekordów binarnych, w liczbie do 256 (czyli "handler" może mieć maksimum 32k) oraz interpretację ich zawartości w sposób nie do końca jeszcze dla mnie jasny, jako że formatu danych nie zdołałem jeszcze rozgryźć. Wiadomo, że przesyłany strumień danych zawiera podany explicite znacznik końca pliku - wystąpienie błędu przed napotkaniem tego znacznika powoduje przerwanie procedury z kodem błędu BOOT ERROR. Ustawienia zmiennych DCB dla komendy SEND HANDLER wyglądają następująco:
| ||||||||||||||
| $51 (Q) | READ SPIN | $31 (stacja dysków) | R (?) | ? | Komendy te występują jako komendy dyskowe na liście rozkazów SIO w dokumentacji sporządzonej przez Atari. Nie znam jednak stacji, która by na nie reagowała. Mogą to być komendy stacji 810, jakieś komendy diagnostyczne jej prototypu, albo komendy planowane, lecz nie zaimplementowane. Dostępna dokumentacja nie zawiera ich opisu. |
||||||||||||||
| $55 (U) | MOTOR ON | ||||||||||||||||||
| $56 (V) | VERIFY SECTOR | ||||||||||||||||||
| $21 (!) | SEND RELOCATOR | Nie wiadomo, nie stacja dysków w każdym razie | R | ? | Komenda ta występuje jako komenda "nie dysku" na liście rozkazów SIO w dokumentacji sporządzonej przez Atari. Nie znam urządzenia, które by na nie reagowało. Może to być komenda uzupełniająca do opisanego wyżej SEND HANDLER ($26). Dostępna dokumentacja nie zawiera żadnego opisu. |
| Bajt | Znaczenie |
| 0 |
|
| 1 | DAUX2 przesłanej ostatnio komendy |
| 2 | Maksymalny czas oczekiwania na wykonanie komendy (timeout) przewidziany dla tej drukarki |
| 3 | Nie używany. |
Stacja dysków
| Bajt | Znaczenie |
| 0 |
|
| 1 | Bajt statusu kontrolera WD 1772, wszystkie bity są poddane inwersji. |
| 2 | Maksymalny czas oczekiwania na wykonanie komendy (timeout) przewidziany dla operacji dyskowej. Najdłużej trwa formatowanie, zalecaną wartością jest 240. |
| 3 | Nie używany. |
Blok PERCOM
Tak zwany blok PERCOM nosi nazwę od stacj dysków firmy PERCOM, w których po raz pierwszy pojawiły się odnośne komendy. Jest to 12 bajtów informacji o konfiguracji stacji dysków. Odczyt przeprowadza się komendą $4E ("N"), a zapis - komendą $4F ("O").
| Bajt | Opis | ||||||||||||||||||
| 0 | Liczba ścieżek na dyskietce; w praktyce dla stacji dysków spotyka się wartości najczęściej 40 lub 80, rzadziej 35 lub 77. Partycje twardego dysku zwracają 1. | ||||||||||||||||||
| 1 | Szybkość przesuwu głowicy ze ścieżki na ścieżkę:
W praktyce stacje przeważnie ignorują przesłaną wartość. W przypadku twardego dysku jest ona bez znaczenia (kontroler KMK/JŻ zwraca w tym bajcie numer wersji wewnętrznego oprogramowania) | ||||||||||||||||||
| 2 | STARSZY bajt liczby sektorów na ścieżce. | ||||||||||||||||||
| 3 | MŁODSZY bajt liczby sektorów na ścieżce. | ||||||||||||||||||
| 4 | Liczba aktywnych stron dyskietki zmniejszona o 1 albo nastarszy bajt liczby sektorów partycji twardego dysku (patrz niżej). | ||||||||||||||||||
| 5 | Gęstość zapisu:
| ||||||||||||||||||
| 6 | STARSZY bajt wielkości sektora (w bajtach) | ||||||||||||||||||
| 7 | MŁODSZY bajt wielkości sektora (w bajtach) | ||||||||||||||||||
| 8 | Niewykorzystany, zapisuje się - i przeważnie odczytuje - jako $FF. W oryginalnych stacjach PERCOM bajt ten sygnalizował stan niektórych funkcji kontrolera stacji i służył do ich wybierania:
W praktyce większość stacji nie ustawia tych bitów zgodnie z powyższym opisem. | ||||||||||||||||||
| 9 | Niewykorzystany, na ogół 0. | ||||||||||||||||||
| 10 | Niewykorzystany, na ogół 0. | ||||||||||||||||||
| 11 | Niewykorzystany, na ogół 0. |
Protokół transmisji
Protokół transmisji urządzeń podłączanych do szyny równoległej jest zależny od programu obsługi urządzenia zawartego w jego pamięci ROM. System operacyjny tego nie definiuje.
Protokół transmisji urządzeń podłączonych do szyny szeregowej jest zdefiniowany następująco:
- 1 bit startu
- osiem bitów danych
- brak kontroli parzystości
- 1 bit stopu
- 19200 bitów na sekundę
Dane transmitowane są w kolejności od najmłodszego bitu. Szybkość transmisji 19200 bitów na sekundę nie dotyczy magnetofonu kasetowego, gdzie określona jest na 600 bitów na sekundę.
Przebieg komunikacji pomiędzy komputerem i urządzeniem jest następujący:
1) komputer ustawia linię COMMAND portu SIO;
2) komputer formuje czterobajtowy blok komendy, tzw. Command Frame. Command Frame składa się kolejno z (bajt 1) dodanych do siebie wartości DDEVIC i DUNIT, odjąć 1; (bajt 2) wartości DCMND; (bajt 3) wartości DAUX1; (bajt 4) wartości DAUX2;
3) komenda jest wysyłana do urządzenia razem z dołączoną na końcu sumą kontrolną; czas pomiędzy ustawieniem linii COMMAND a wysłaniem komendy musi być nie mniejszy niż 750 usec i nie większy niż 1600 usec.
4) komputer kasuje linię COMMAND portu SIO (nie wcześniej niż po 650 usec i nie później niż 950 usec po wysłaniu komendy) i czeka na odpowiedź;
5) urządzenie przyjmuje komendę; jeśli urządzenie stwierdziło w komendzie błąd sumy kontrolnej, nie reaguje; jeśli komenda jest nierozpoznana, odpowiedzią jest $4E ("N", jak Negative Acknowledge) i na tym transmisja się kończy; jeśli komenda jest urządzeniu znana, odpowiedzią jest $41 ("A", jak Acknowledge). Odpowiedź urządzenia musi nastąpić w czasie od 0 do 16 msec. od skasowania linii COMMAND przez komputer;
6) jeśli komenda jest wykonalna i jest to odczyt danych, urządzenie stwierdza, czy dane są dostępne (np. czy istnieje sektor o podanym numerze); jeśli nie, wysyła kod $45 ("E", jak Error) i na tym transmisja się kończy; w przeciwnym wypadku przesyłany jest kod $43 ("C", jak Complete), a następnie blok danych zakończony sumą kontrolną i na tym transmisja się kończy; po przesłaniu potwierdzenia ("C") blok danych po musi nadejść nie wcześniej niż w ciągu 1000 usec. i nie później niż w ciągu 1800 usec.;
7) jeśli to jest zapis danych, komputer przesyła blok danych plus sumę kontrolną do urządzenia. Po jego przyjęciu urządzenie odpowiada kodem $41 ("A") i przystępuje do np. zapisania danych na nośnik. Po zapisie urządzenie informuje komputer kodem "C" lub "E" o znaczeniu jak powyżej, i na tym transmisja się kończy. Przesłanie danych po potwierdzeniu ("A") musi nastąpić nie wcześniej niż w ciągu 1000 usec. i nie później niż w ciągu 1800 usec. Przesłanie potwierdzenia końcowego ("C" lub "E") musi nastąpić w czasie od 850 usec. do 16 msec. po przesłaniu bloku danych.
Ogólnie potwierdzenie końcowe ("C" lub "E") musi nadejść z urządzenia nie wcześniej niż po 250 usec. i nie później niż po 255 sekundach - czyli po 4 minutach i 15 sekundach - od nadesłania potwierdzenia komendy ("A").
Ogólnie schemat wymiany danych przy odczycie jest następujący:
- komputer --> komenda 4 B + CRC --> urządzenie
- komputer <-- potwierdzenie 'A' <-- urządzenie
- ---------<odstęp na wykonanie>---------------
- komputer <-- potwierdzenie 'C' <-- urządzenie
- komputer <-- blok danych + CRC <-- urządzenie
- koniec.
Natomiast zapis wygląda tak:
- komputer --> komenda 4 B + CRC --> urządzenie
- komputer <-- potwierdzenie 'A' <-- urządzenie
- komputer --> blok danych + CRC --> urządzenie
- komputer <-- potwierdzenie 'A' <-- urządzenie
- ---------<odstęp na wykonanie>---------------
- komputer <-- potwierdzenie 'C' <-- urządzenie
Układ Pokey a transmisja szeregowa
Transmisja szeregowa jest wspomagana przez układ Pokey. Działa on jako UART, przejmując na siebie podział przesłanych przez komputer bajtów na pojedyncze bity i wyemitowanie ich na złącze szeregowe z zaprogramowaną częstotliwością. Szybkość transmisji programowana jest przy użyciu połączonych w parę dzielników 3 i 4 (AUDF3 i AUDF4), do których doprowadza się sygnał o częstotliwości głównego zegara systemu, czyli 1773446,25 Hz w systemie PAL albo 1789772,5 Hz w systemie NTSC. Szybkość tę możemy obliczyć według następującego wzoru:
baud = (FI/2)/(R+7)
gdzie FI to wspomniana wyżej częstotliwość bazowa, a R - wartość wstawiana do rejestru układu Pokey.
Normalnie ustawianą przez system operacyjny wartością R jest 40. Teoretycznie ma to odpowiadać szybkości 19200 bitów na sekundę, z podanego wzoru wynika jednak, że w rzeczywistości jest to 18866,45 bps w systemie PAL oraz 19040 bps w systemie NTSC. W praktyce szybkość transmisji nieprzyspieszanej może wahać się w zakresie od 17734,46 bps do 20152,8 bps (odpowiada to wartościom dzielnika Pokeya z zakresu od 43 do 37, w systemie PAL).
Możliwości układu Pokey nie kończą się jednak na szybkości 20 kbps. Niektóre możliwe do wygenerowania szybkości transmisji przedstawia poniższa tabela:
| R | bps (PAL / NTSC) | Uwagi |
| 0 | 126674,7 / 127840,9 | Szybkość trudna do praktycznego użycia ze względu na zakłócenia powodowane przez układ ANTIC przy generowaniu obrazu. |
| 1 | 110840,4 / 111860,8 | j/w |
| 2 | 98524,8 / 99431,8 | Maksymalna praktycznie użyteczna szybkość transmisji szeregowej ze stacją dysków |
| 3 | 88672,3 / 89488,6 | |
| 4 | 80611,2 / 81353,3 | Szybkość opcjonalna stacji XFD-602 |
| 5 | 73893,6 / 74573,8 | |
| 6 | 68209,5 / 68837,4 | Szybkość stacji LDW Super 2000, Top Drive 1050, TOMS Turbo, TOMS Multi, TOMS 710, TOMS 720, XFD-601/602 itd., krótko mówiąc, najpopularniejsze "turbo" do szeregowej stacji dysków |
| 7 | 63337,3 / 63920,4 | |
| 8 | 59114,9 / 59659 | |
| 9 | 55420,2 / 55930,4 | |
| 10 | 52160,2 / 52640,4 | 52 kbps, szybkość stacji US-Doubler i Happy 1050 |
| 11 | 49262,4 / 49715,9 | |
| 12 | 46669,6 / 47099,3 | |
| 13 | 44336,1 / 44744,3 | |
| 14 | 42224,9 / 42613,6 | |
| 15 | 40305,6 / 40676,6 | |
| 16 | 38553,2 / 38908 | Maksymalna szybkość nie modyfikowanych stacji XF-551 oraz CA-2001, tzw. 38400 bps |
Oczywiście wartość dzielnika częstotliwości może mieć i wyższe wartości, do 65535 włącznie (co daje 13,6 bps).
Dla magnetofonu domyślną wartością rejestru jest 1484, co odpowiada szybkości 594,7 bps. Szybkość tę podczas transmisji komputer dostosowuje w pewnym zakresie do bieżących potrzeb wynikłych np. z nierównomiernego przesuwu taśmy bądź jej rozciągnięcia itd.
W odróżnieniu od innych urządzeń szeregowych, które używają modulacji częstotliwościowej, dla magnetofonu stosowany jest tryb dwutonowy.
Bibliografia
- Atari Home Computer System: Serial Input Output Interface, User's Handbook
