एक समानांतर बंदरगाह प्रदर्शन के लिए डेटा आउटपुट मल्टीप्लेक्सिंग

समानांतर आउटपुट और सीरियल पोर्ट Arduino के साथ मल्टीप्लेक्सिंग डेटा बस डिस्प्ले।

धारावाहिक चैनल के माध्यम से प्रदर्शन और विनिमय के लिए वैकल्पिक बाइट आउटपुट प्रदान करने के लिए लेख में ATMEL 328P माइक्रोप्रोसेसर (Arduino NANO) के पोर्ट डी के उपयोग को गुणा करने की विधि का वर्णन है।

मैंने किसी तरह अनावश्यक तत्वों से कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) के स्तर की निगरानी के लिए एक उपकरण को इकट्ठा किया - नोकिया N95, खराब पोर्ट (डी 3 और डी 11 के साथ अरुदिनो नैनो से एक प्रदर्शन, एक उच्च वोल्टेज जनरेटर डिबगिंग के दौरान + + वोल्ट के लिए असफल शॉर्ट सर्किट के कारण टूट गया), बोर्ड ध्वनि काटने और कार्बन मोनोऑक्साइड सेंसर MQ7 खेल रहा है। एक डिग्री या किसी अन्य के लिए ये सभी विवरण दोषपूर्ण थे (सेंसर को छोड़कर) और किसी भी अन्य परियोजनाओं में नहीं पाए जा सकते थे। अजीब तरह से, यह पता चला कि देश में एक स्टोव का उपयोग करते समय डिवाइस बहुत उपयोगी है। 2019 की गर्मी गैर-गर्म हो गई और मैंने जुलाई में कुछ हफ़्ते के लिए लगभग हर दिन चूल्हे को गर्म कर दिया, उपयोगी (लौ काटने वाले कचरे के पेड़) के साथ सुखद (लौ पर ध्यान) का संयोजन किया। यह दहन शासनों को नियंत्रित करने के लिए बहुत आसान निकला, फ्लैप के साथ सभी जोड़तोड़ तुरंत डिवाइस के रीडिंग में परिलक्षित हुए, जिससे स्टोव को बुद्धिमानी से नियंत्रित करना संभव हो गया। इस आलेख में डिवाइस का वर्णन नहीं किया गया है, हर स्वाद के लिए इंटरनेट पर ऐसे उपकरण मौजूद हैं। मेरे डिवाइस की एक विशिष्ट विशेषता सीओ संदर्भ सेंसर के स्वास्थ्य की निरंतर निगरानी का कार्य है जो संग्रहीत संदर्भ वक्र की तुलना पर आधारित है और वास्तविक समय में प्राप्त की गई है, साथ ही साथ पिछले चक्र में संग्रहीत डेटा की वर्तमान लोगों के साथ तुलना करके प्राप्त सीओ स्तर में परिवर्तन के लिए उच्च प्रतिक्रिया दर है।

इस लेख का फोकस प्रोसेसर की गति और समानांतर बाइट डेटा एक्सचेंज के साथ प्रदर्शन को बढ़ाने पर है।

डिस्प्ले में समानांतर बाइट एक्सचेंज है और एक्सचेंज रेट बढ़ाने के लिए मेरे द्वारा ज्ञात सभी तरीकों के उपयोग के बावजूद, इसका आउटपुट धीमा हो गया है। मुख्य कारण बिट-वार आउटपुट के लिए अलग-अलग बंदरगाहों के अलग-अलग बिट्स के डेटा की एक बाइट की आवश्यकता है, क्योंकि Arduino नैनो में एक बाइट की चौड़ाई के साथ एक पूर्ण-पूर्ण पोर्ट नहीं है। इस आउटपुट मोड के लिए रजिस्टर को बाइट लिखने की तुलना में लगभग 8 गुना अधिक समय की आवश्यकता होती है। नैनो में एक पूर्ण विकसित पोर्ट डी है, लेकिन इसके कम से कम महत्वपूर्ण बिट्स का उपयोग हार्डवेयर सीरियल पोर्ट के लिए किया जाता है, जिसके माध्यम से स्केच को प्रोसेसर में लोड किया जाता है और स्केच का मेजबान मशीन के साथ आदान-प्रदान किया जाता है।

मुझे बाइट-बाय-लाइन डिस्प्ले आउटपुट का उपयोग करने का अपेक्षाकृत सरल तरीका मिला। यह विधि पोर्ट डी के वैकल्पिक उपयोग के लिए डेटा को डिस्प्ले में आउटपुट करने के लिए और सीरियल चैनल पर डेटा के आदान-प्रदान के लिए होती है।

प्रस्तावित विधि प्रदर्शन के साथ अभिन्न विनिमय की गति को काफी बढ़ा सकती है (मेरे माप के अनुसार लगभग 3 गुना)। "अभिन्न" शब्द का अर्थ है कि मैक्रो स्तर पर स्क्रीन रेंडरिंग ऑपरेशन के निष्पादन का कुल समय मापा गया। यह संभावना है कि परमाणु I / O के स्तर को मापने का समय काफी अधिक लाभ देगा (उसी क्रम के क्षेत्र में)।

माप एक विशेष रूप से इकट्ठे मॉडल पर किए गए (चित्र 1 देखें) निम्न तरीके से हैं:

1. परीक्षण कार्यक्रम में, टाइमस्टैम्प को आउटपुट के साथ मेजबान मशीन में रखा गया था।
2. डिस्प्ले पिंस डी 2 - डी 9 से जुड़ा था, एक परीक्षण कार्यक्रम लोड किया गया था, जिसमें बाइट को बिट द्वारा बाइट वितरित करके आउटपुट किया गया था।
3. प्रदर्शन टर्मिनलों D0 - D7 से जुड़ा था, एक परीक्षण कार्यक्रम लोड किया गया था, जिसमें बाइट PORTD = डेटा कमांड का उपयोग करके आउटपुट था।

चित्रा 1. आउटपुट मल्टीप्लेक्सिंग के परीक्षण के लिए लेआउट की तस्वीरें

प्रोग्राम बिल्कुल समान हैं, क्रमशः SendDat1 और SendCom1 के SendDat और SendCom रूटीन के नाम बदलकर आउटपुट पद्धति को स्विच किया गया।
बिल्ट-इन सीरीज़ मॉनिटर के लिए कार्यक्रम का आउटपुट OneNote में दर्ज किया गया था और इसका विश्लेषण किया गया था।


चित्र 2. बाइट-आउटपुट मोड में प्रदर्शित होने में लगने वाले समय को मापना


चित्रा 3. बिट आउटपुट मोड में स्क्रीन समय का मापन

माप परिणाम तालिका 1 में संक्षेप हैं।


तालिका 1. विनिमय दर में एकीकृत लाभ

प्रस्तावित पद्धति का नुकसान प्रदर्शन मोड को स्विच करने और सीरियल पोर्ट के माध्यम से विनिमय करने के लिए अतिरिक्त कमांड का उपयोग करने की आवश्यकता है।
होस्ट मशीन से डेटा प्राप्त करते समय आप कुछ कठिनाइयों की भी उम्मीद कर सकते हैं, रिसेप्शन केवल धारावाहिक चैनल मोड के स्पष्ट समावेश के साथ संभव है, जिसे स्केच में प्रक्रियाओं के एक स्पष्ट समय-आधारित संगठन की आवश्यकता होती है।

प्रोसेसर मैनुअल के अध्ययन ने निम्नलिखित जानकारी दी: सीरियल पोर्ट मोड को शामिल करने से हार्डवेयर स्तर पर पैर D0 और D1 के नियंत्रण को स्वीकार किया जाता है। इसका मतलब है कि स्केच से पैरों को नियंत्रित करने का प्रयास वांछित परिणाम नहीं देगा।

मुद्दे के आगे के अध्ययन से पता चला कि यदि आप सीरियल पोर्ट को Serial.open () कमांड के साथ शामिल नहीं करते हैं, तो उपयोगकर्ता के निपटान में पूरा पोर्ट D बना रहता है। आप DDRD = 0xFF कमांड के साथ सभी मोड पर पोर्ट को आउटपुट मोड में डाल सकते हैं और पूरे बाइट को उसी समय PORTD = डेटा कमांड के साथ आउटपुट कर सकते हैं, जहां डेटा वेरिएबल में आउटपुट डेटा होता है।

पोर्ट डी को आउटपुट मोड में रखना एक बार (सेटअप में) पर्याप्त है। धारावाहिक संचार मोड के बाद के बंद पोर्ट डी मोड को प्रभावित नहीं करता है - यह 8-बिट समानांतर आउटपुट मोड में रहता है। जब सीरियल एक्सचेंज मोड चालू होता है, तो टर्मिनल D0 और D1 क्रमशः प्राप्त और संचारित मोड में जाएंगे। "1" डी 1 पिन पर दिखाई देगा, डी 1 बिट की पिछली स्थिति की परवाह किए बिना, और यह "1" हर समय इस पिन पर रहेगा जबकि सीरियल ट्रांसमिशन मोड पर है, सिवाय ट्रांसमिशन ट्रांसमिशन के क्षणों के। जब सीरियल ट्रांसमिशन मोड को बंद कर दिया जाता है, तो आउटपुट D0 और D1 आउटपुट स्थिति में जाएंगे और आउटपुट रजिस्टर से सिग्नल उनके सामने आएंगे। यदि D1 के स्थान पर आउटपुट रजिस्टर में "0" है, तो आउटपुट पर एक नकारात्मक बढ़त उत्पन्न होगी, जिससे धारावाहिक चैनल में सहज चरित्र का संचरण होगा।

अब आइए इस प्रश्न पर विचार करें - लेकिन क्या पोर्ट डी के इस तरह के उपयोग से प्रोग्राम को डाउनलोड करने से रोका जा सकेगा? जब प्रोग्राम लोड होता है, तो प्रोसेसर डीटीआर सिग्नल सेट होने पर FT232RL USB पोर्ट कंट्रोलर (या इसके एनालॉग CH340) द्वारा उत्पन्न पल्स द्वारा रीसेट हो जाता है। DTR सिग्नल 1 से 0 पर जाता है और कैपेसिटर के माध्यम से एक नकारात्मक ड्रॉप प्रोसेसर को रीसेट करता है। एक रीसेट के बाद, प्रोसेसर सीरियल पोर्ट को चालू करता है, बूटलोडर शुरू करता है, और प्रोग्राम कोड प्राप्त करता है। इसलिए - पोर्ट डी के ऑपरेशन मोड को बदलना स्केच के सामान्य लोडिंग में हस्तक्षेप नहीं करता है।
यदि स्केच को सीरियल पोर्ट के आउटपुट की आवश्यकता होती है, तो आउटपुट कमांड से पहले Serial.open () कमांड पर्याप्त है।

हालाँकि, सूक्ष्मता है। यह इस तथ्य में सम्‍मिलित है कि FT232RL चिप का RxD इनपुट TxD आउटपुट से जुड़ा रहता है और डिस्प्ले में जाने वाला डेटा प्राप्त होता है और मेजबान मशीन को आगे भेजा जाता है। ये डेटा शोर की तरह दिखते हैं, हालांकि वास्तव में वे (चित्र 4) नहीं हैं।


चित्रा 4. बाइट आउटपुट मोड में स्क्रीन व्यू बिना ब्लॉक किए

इस अनावश्यक संकेत से निपटने के दो तरीके हैं।

पहला तरीका सॉफ्टवेयर है। यह इस तथ्य में शामिल है कि आउटपुट से पहले स्केच उपयोगी जानकारी के आउटपुट से पहले एक नई लाइन बनाने के लिए Serial.println () कमांड का उपयोग करता है। इससे मेजबान मशीन के लिए आने वाली लाइनों का विश्लेषण करना और स्केच से उपयोगी जानकारी को उजागर करना आसान हो जाएगा।

दूसरा तरीका हार्डवेयर है। FT232RL का RxD इनपुट 1 kΩ रेसिस्टर के माध्यम से TxD आउटपुट से जुड़ा है। सूचना के हस्तांतरण को अवरुद्ध करने के लिए, बस इनपुट RxD FT232RL को "1" से कनेक्ट करें। यह सबसे आसान तरीका है Arduino के मुफ्त निष्कर्षों में से एक। मैंने D8 के आउटपुट का उपयोग किया। इस क्रिया को करने के लिए, मैंने RP1B रेसिस्टर के टर्मिनल 7 को 1 कनेक्टर के तारों के नाममात्र मान के साथ अंत में एक कनेक्टर के साथ टांका लगा दिया, इसे मैकेनिकल फिक्सेशन के लिए बोर्ड में छेद के माध्यम से गुजरता है। चित्रा 5 में, यह कनेक्शन एक लाल रेखा द्वारा दिखाया गया है, चित्र 6 में टांका लगाने वाले बिंदु की एक तस्वीर दिखाई गई है।


चित्रा 5. Arduino नैनो सर्किट का हिस्सा


चित्रा 6. Arduino नैनो में एक अतिरिक्त तार टांका लगाने का स्थान

यह तंत्र इस तरह काम करता है: रीसेट के बाद, डी 8 पैर उच्च-प्रतिबाधा इनपुट मोड में है और अरुडिनो बोर्ड बोर्ड में कार्यक्रम लोडिंग तंत्र के सामान्य संचालन में हस्तक्षेप नहीं करता है।

जब स्केच में डिस्प्ले को नियंत्रित करना शुरू करना आवश्यक होता है, तो डी 8 पिन को सक्रिय पिन मोड में बदल दिया जाता है, इसे "1" पर सेट किया जाता है (यह TxD Atmel328P पिन से Rx2 FT232RL पिन पर डेटा के हस्तांतरण को रोकता है) और उसके बाद Serial.end (); कमांड निष्पादित किया जाता है। प्रक्रिया महत्वपूर्ण है, क्योंकि सीरियल ट्रांसमिशन मोड को बंद करने के बाद, बिट डी 1 टीएक्सडी पिन पर दिखाई देता है, जो इस पोर्ट में पिछले बाइट रिकॉर्ड से पोर्ट डी के आउटपुट रजिस्टर में संग्रहीत होता है। यदि बिट D1 "0" था, तो जब सीरियल ट्रांसमिशन मोड बंद हो जाता है, तो प्रोसेसर लेग "1" से "0" पर स्विच हो जाएगा और यह सीरियल चैनल पर एक परजीवी कैरेक्टर ट्रांसमिशन उत्पन्न करेगा।

डिबगिंग की प्रक्रिया में, यह भी पता चला कि हमें सीरियल चैनल को ब्लॉक करने से पहले मेजबान मशीन को पूरे बफर के हस्तांतरण की समाप्ति की प्रतीक्षा करनी थी, अन्यथा प्रेषित डेटा में से कुछ खो जाएगा।

जब एक स्केच को सीरियल पोर्ट के माध्यम से डेटा ट्रांसफर को सक्षम करने की आवश्यकता होती है, तो पिन डी 8 पर रीडिंग मोड सेट करके सीरियल ट्रांसफर मोड को चालू करना और सीरियल डेटा ट्रांसमिशन के अवरोधन को बंद करना आवश्यक है।

इन कार्यों को करने के लिए, दो रूट स्केच में जोड़े गए:

void s_begin() { Serial.begin(115200); //    TxD   USART.  TxD   "1",  RxD   pinMode(8, INPUT); //    RxD FT232RL  "1",       RxD FT232RL } 

 void s_end() { Serial.flush(); //   pinMode(8, OUTPUT); //  FT232RL  "1"       .   D8_High; //    Serial.end(); //   .      TxD  RxD    D0(RxD)  D1(TxD)  D } 

एक पूर्ण परीक्षण कार्यक्रम यहां लिया जा सकता है ।