io-port-programming.txt

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6.2 游戏 (操纵□) 埠 (game port)

   游戏埠的埠位址□围为 0x200-0x207. 想要控制一般的操纵□, 有一个核心层次
   的操纵□驱动程式, 可参考网址
   [10]ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/kernel/patches/, 档名 joystick-*.
   
   埠的脚位排列 (Pinout) 方式 (该埠是一个 15 只脚 D 字形外壳 (D-shell) 的
   母头连接器):
     * 1,8,9,15: +5 V (电源)
     * 4,5,12: 接地
     * 2,7,10,14: 分别是 BA1, BA2, BB1, 和 BB2 等数位输入
     * 3,6,11,13: 分别是 AX, AY, BX, 和 BY 等``类比''输入
       
   +5 V 的脚位似乎通常会被直接连接到主机板的电源线上, 所以他应该能够提供相
   当的电力, 这还要看所使用主机板, 电源供给器, 以及游戏埠的类型.
   
   数位输入用於操纵□的按钮可以让你连接二个操纵□的四个按钮 (操纵□ A 和
   操纵□ B, 各有二个按钮) 到游戏埠也就是数位输入的四个脚位. 他们应该是一
   般 TTL 电压位准的输入, 你可以直接从状态埠 (参考下面说明) 读出他们的位准
   状态. 一个实际的操纵□在按钮被压下时会传回低位准 (0 V) 状态否则就是高位
   准 (5V 经由 1 Kohm 的电阻连接到电源脚位) 状态.
   
   所谓的类比输入实际是量测到的阻抗值. 游戏埠有四个单击多谐振□器
   (one-shot multivibrator) (一个 558 晶片) 连接到四个类比输入脚位. 每个类
   比输入脚位与多谐振□器的输出之间连接著一个 2.2 Kohm 的电阻, 而且多谐振
   □器的输出与地之间连接著一个 0.01 uF 的时序电容 (timing capacitor). 一
   个实际的操纵□其每个座标 (X 和 Y) 上会有一个可变电阻, 连接在 +5 V 与每
   个相对的类比输入脚位之间 (脚位 AX 或 AY 是给操纵□ A 用的, 而脚位 BX 或
   BY 是给操纵□ B用的).
   
   操作的时候, 多谐振□器将其输出设定为高位准 (5 V) 并且等到时序电容上的电
   压达到 3.3 V 之後将相对的输出设定为低位准. 因此操纵□中多谐振□器输出的
   高位准时间周期 与可变电阻的电阻值成正比 (也就是, 操纵□在相对座标的位
   置), 如下所示:
   
     R = (t - 24.2) / 0.011,
     
   其中 R 是可变电阻的阻抗值 (ohms) 而 t 是高位准时间周期的长度 (秒).
   
   因此要读出类比输入脚位的数值, 首先你得启动多谐振□器 (以埠写入的方式;
   请看下面), 然後查询四个座标的信号状态(以持续的埠读出方式)一直到信号状态
   由高位准变成低位准, 计算其高位准时间周期的长度. 这个持续查询的动作花费
   相当多的 CPU 时间, 而且在一个非即时的多工环境像是 (一般的使用者模式
   (user-mode) ) Linux, 所得的结果不是非常准确因为你无法以固定的时间来查询
   信号的状态 (除非你使用核心层次的驱动程式而且你得在你查询的时候抑制掉中
   断的产生, 但是这样做会浪费更多的 CPU 时间). 如果你知道信号的状态将会花
   费一段不短的时间 (数十毫秒) □会成为低位准, 你可以在查询之前呼叫函式
   usleep() 将 CPU 的时间让给其他想要执行的行程 (processes).
   
   游戏埠中唯一需要你来存取的埠位址是 0x201 (其他的埠位址不是动作一样就是
   没用). 任何对这个埠位址所做的写入动作 (不论你写入什麽) 都会启动多谐振□
   器. 对这个埠位址做读出动作会取回输入信号的状态:
     * Bit 0: AX ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态)
     * Bit 1: AY ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态)
     * Bit 2: BX ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态)
     * Bit 3: BY ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态)
     * Bit 4: BA1 (数位输入, 1=高位准)
     * Bit 5: BA2 (数位输入, 1=高位准)
     * Bit 6: BB1 (数位输入, 1=高位准)
     * Bit 7: BB2 (数位输入, 1=高位准)
       
6.3 串列埠 (serial port)

   如果你所说的装置是支援一些像是 RS-232 那类的东西, 你应该可以如你所愿地
   使用串列埠. Linux 所提供的串列埠驱动程式应该能够应用在任何地方 (你应该
   不需要直接撰写串列埠程式, 或是核心的驱动程式); 他相当具有通用性, 所以像
   是使用非标准的 bps 速率以及其他等等应该不是问题. 请参考 termios(3) 说明
   文件, 串列埠驱动程式原始程式码 (linux/drivers/char/serial.c), 以及网页
   [11]http://www.easysw.com/~mike/serial/index.html 上有更多在 Unix 作业
   系统撰写串列埠程式的相关资料.
   
7. 提示

   如果你想要有好的 I/O 品值, 你可以在并列埠上自行组装 ADC 且/或 DAC 晶片
   (提示: 电源部分, 可使用游戏埠上的或将未用到的磁碟电源连接头接至 机壳之
   外, 如果你的装置功率消耗低则可以拿并列埠来充当电源, 不然就是使用外部的
   电源供给), 或是买 AD/DA 卡片 (大部分较旧型/较低速的产品可由 I/O 埠控
   制). 或者是 Linux 音效卡驱动程式所支援的便宜音效卡 (速度还相当的快) 上
   1 或 2 个不精确, (可能会) 无法归零的信号通道对你而言就够了.
   
   使用精确的类比装置, 不当的接地可能造成类比输出入信号的误差. 如果你有这
   方面的经验, 你可能会尝试以光耦合器来隔绝 (电脑与你的装置之间 所有的 信
   号) 电子干扰. 试著从电脑上取得光耦合器的电源 (在埠上未用到的信号脚位可
   以提供足够的电源) 以求达到最佳的隔绝效果.
   
   如果你现在正在寻找能在 Linux 上使用的印刷电路板设计软体, 有一个称为
   Pcb 免费的 X11 应用程式应该能够胜任, 只要你不要做一些太复杂的事. 许多的
   Linux 发行版本 (distributions) 都内含这个程式, 同时他也被放在网址
   [12]ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/apps/circuits/ 上(档名为 pcb-*).
   
8. 问题排除

   Q1.
          当我存取 I/O 埠时结果碰到 segmentation faults 这个问题
          
   A1.
          不是你的程式没有 root 权限, 就是因为某些理由导致函式 ioperm() 呼
          叫失败. 检查函式 ioperm() 的传回值. 同时, 检查你所存取的埠也就是
          你以 函式 ioperm() 所启用的埠位址 (参考 Q3). 如果你使用的是延迟
          时间的巨集指令 (inb_p(), outb_p(), 等等), 记得也要呼叫函式
          ioperm() 以便存取埠位址 0x80.
          
   Q2.
          我无法找到 in*(), out*() 等函式被定义在何处, 同时 gcc 也抱怨参考
          到未定义的符号 (undefined references).
          
   A2.
          你在编译程式时没有打开最佳化选项 (-O), 因此 gcc 不能解析
          asm/io.h 中的巨集指令. 或是你根本就没有使用 #include
          <asm/io.h>.
          
   Q3.
          out*() 没有动作, 或是动作怪怪的.
          
   A3.
          检查参数所放置的次序; 他应该是这样 outb(value, port) , 而不是
          MS-DOS 上常用的那样 outportb(port, value)
          
   Q4.
          我想要控制一个标准的 RS-232 装置/连接并列埠的印表机/操纵□...
          
   A4.
          你最好能停止此事而使用现有的驱动程式 (他们存在於 Linux 的核心中
          或 X 伺服器中或其他的地方) 来达成你的目标. 这些驱动程式通常相当
          具通用性, 所以就算是有点不标准的装置, 他们通常都能正常运作. 这些
          标准 I/O 埠的相关资讯请参考前面说过的文件指引.
          
9. 程式码□例

   这边是一段用来存取 I/O 埠的简单的程式码□例:
       ______________________________________________________________
     
/*
 * example.c: 一个用来存取 I/O 埠的非常简单的□例
 *
 * 这个程式码并没有什麽用处, 他只是做了埠的写入, 暂停,
 * 以及埠的读出几个动作. 编译时请使用 `gcc -O2 -o example example.c',
 * 并以 root 的身份执行 `./example'.
 */

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <asm/io.h>

#define BASEPORT 0x378 /* lp1 */

int main()
{
  /* 取得埠位址的存取权限 */
  if (ioperm(BASEPORT, 3, 1)) {perror("ioperm"); exit(1);}

  /* 设定埠的输出资料信号 (D0-7) 全为零 (0) */
  outb(0, BASEPORT);

  /* 休息一下 (100 ms) */
  usleep(100000);

  /* 从状态埠 (BASE+1) 读出资料并显示结果 */
  printf("status: %d\n", inb(BASEPORT + 1));

  /* 我们不再需要这些埠位址 */
  if (ioperm(BASEPORT, 3, 0)) {perror("ioperm"); exit(1);}

  exit(0);
}

/* 结束 example.c */
       ______________________________________________________________
     
10. 致谢

   协助过我的人实在太多无法一一列出, 但还是要跟各位说声多谢了. 对所有来信
   协助我的人并没有一一回覆致上抱歉之意, 并再次谢谢你们的协助.

References

   1. http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/COPYRIGHT
   2. http://www.redhat.com:8080/HyperNews/get/khg.html
   3. http://luz.cs.nmt.edu/~rtlinux/
   4. http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/Hardware-HOWTO
   5. http://www.hut.fi/Misc/Electronics/
   6. http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/Printing-HOWTO
   7. http://www.fapo.com/
   8. http://www.senet.com.au/~cpeacock/parallel.htm
   9. http://www.hut.fi/Misc/Electronics/circuits/lptpower.html
  10. ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/kernel/patches/
  11. http://www.easysw.com/~mike/serial/index.html
  12. ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/apps/circuits/