CN1219250C

CN1219250C - 提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法和系统

Info

Publication number: CN1219250C
Application number: CN 03148852
Authority: CN
Inventors: 陈文先; 徐忠良
Original assignee: Shanghai Founder Technology Computer System Co Ltd
Current assignee: Acer Computer (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: CN1487405A

Abstract

本发明涉及一种提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法和系统，在打印机并行接口的所有控制线和数据线回路中加入数字化干扰防护模块，在通过数字化干扰防护模块去除干扰脉冲后，再输出给后继的IEEE1284逻辑模块。在保持较高数据传输速率前提条件下，可有效抑制控制线和数据线上出现的单脉冲干扰和序列脉冲干扰；具有自动动态调整数据速率的能力；在打印机并行口的抗干扰能力和数据速率之间确立了一种准定量的关系式和简单可行的数字化转换途径。可广泛应用于打印机控制领域。

Description

提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法和系统

技术领域：

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种提升打印机并行接口的实用性能的方法，及系统。

背景技术：

IEEE1284高速并行接口是目前最为广泛使用的打印机接口标准之一。在高速打印机的接口设计中，抗干扰能力和数据传输速率方面的设计质量，对打印机产品的用户环境适应性、工作稳定性和打印速度有着重要的影响。

随着PC主机软硬件性能的高速发展，目前比较复杂的打印作业，如汉字激光打印和图形图象输出应用领域，几乎全部或越来越多地采用传输数据量较大的光栅图象压缩方式，因而对打印机并行口的数据传输速率的要求越来越高。为了满足数据传输速率方面的要求，人们往往不得不牺牲干扰防护方面的性能，因而对主机接口控制器的性能或接口电气环境的要求随之提高。另一方面，为了不过分降低干扰防护能力，目前多数产品设计中一般又不得不把数据传输速率限定在500K Byte/S之内，因而对充分发挥高速激光打印机的性能很不利。

图1所示的是一种典型的打印机并行接口抗干扰解决方案。xCtrol[3..0]表示打印机并行口的4条输入控制线：nInit，nSelectIn，nAutoFd，nStrobe，；XD[7..0]表示8条双向数据线；xStatus[4..0]表示5条输出状态线：Perror，nAck，Busy，nFault，Select。图2a和图2b是常规打印机并行接口常用的抗干扰电原理图：W为限幅保护二极管，Rup为逻辑上拉电阻，T为schmitt反相整形器。在实际电路设计中，一般满足条件：R＜＜Rup，R＜＜Rsr(反相器输入电阻)，所以R和C的参数选择和schmitt整形器的V+和V-参数，基本上决定了该电路的抗干扰能力和可能达到的数据传输速率。

典型的RC低通滤波网络具有电路简单和硬件成本低等优点，但在提高干扰防护能力和数据速率方面存在一些难以兼顾的矛盾。例如：选择较大的RC时间常数对提高干扰防护能力有利，但数据传输速率方面的性能很容易变劣。例如：根据IEEE1284并行接口规范，在高速ECP工作模式下的nStrobe信号线的信号脉冲宽度可能小到500ns(参见图3)。根据脉冲电路的暂态分析知识，我们知道为了满足较大数据传输速率的要求，RC参数的选择一般需要满足3RC＜500ns。进一步工程估算表明，为了满足1Mbyte/S左右数据速率的要求，该电路可有效滤除的干扰脉冲的最大宽度不容易超过40ns，所以如果在非信号区间(本例中40ns..500ns)内出现脉冲干扰，那么只要幅度突破schmitt整形器的门槛电压V+(约1.6V)和V-(约0.8V)，就很可能导致打印误码或其他稳定性问题。

在主机和打印机的并行口接驳方式中，在设备端观察到的干扰多以单脉冲“毛刺”形式出现，但跳变振铃和随机序列脉冲也偶有发生实例。如果干扰出现在数据线，容易引起打印误码问题；如果干扰出现在控制线，除了误码之外还往往导致IEEE1284接口协议状态机的混乱。考察上述常规的解决方法，在干扰有效防护区(＝＜40ns)和信号区(＞＝500ns)之间存在一个很宽的过渡区域，是限制干扰防护和数据速率性能提升的外在表现。换言之，如果设法把该过渡区域的下限提高，但上限保持不变甚至下移，那么等效于同时提升打印机并行接口的上述两个主要的性能指标，对高速打印机应用很有意义。就目前常见的产品设计应用技术而言，传统的模拟干扰防护技术很难有效和高性能价格比地解决这类问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种兼除控制线和数据线干扰的简单实用的数字化解决方法，以及适用于这种方法的系统。

本发明的方法，在打印机并行接口的所有控制线和数据线回路中加入数字化干扰防护模块，在去除干扰脉冲，再输出给后继的IEEE1284逻辑模块。

所述控制线的数字化干扰防护模块包括参数寄存器A，输入比较器A，延迟计数器A，延迟比较器A，取样锁存器A、取样锁存器C，其工作步骤包括：

1)据经验数据，在参数寄存器A中设置干扰信号防护的计数阈值X；

2)输入比较器A通过比较取样锁存器A和对应的控制线信号Ctrol[3..0]，实时监视控制信号线的各种跳变；当两组对应信号线的逻辑电平完全相同时，输入比较器A将输出正有效的计数控制信号CountA，对延迟计数器A执行“同步计数”的操作，对取样锁存器A执行“数据保持”的操作；当两组对应信号线的逻辑电平不同时，输入比较器A将输出无效的计数控制信号CountA，对延迟计数器A执行“复位清0”的操作，对取样锁存器A执行“取样更新”的操作；

3)当延迟计数器A的计数值等于或大于参数寄存器A的预设计数阈值X时，延迟比较器A输出正有效的取样控制信号SampleEna；

4)当SampleEna＝1时，取样锁存器C执行“取样更新”的操作，取样更新数据来自取样锁存器A的输出Ctrolm[3..0]；

5)取样锁存器C输出去除了干扰的并行口控制信号CtrolQ[3..0]；

所述数据线的数字化干扰防护模块包括参数寄存器B，输入比较器B，延迟计数器B，延迟比较器B，取样锁存器B、取样锁存器D，其工作步骤包括：

①由参数寄存器B根据经验数据，设定干扰信号防护的计数阈值X值；

②输入比较器B通过比较取样锁存器B和对应的数据线信号D[7..0]，实时监视数据线信号的各种跳变。当两组对应信号线的逻辑电平完全相同时，输入比较器B将输出正有效的计数控制信号CountB，对延迟计数器B执行“同步计数”的操作，对取样锁存器B执行“数据保持”的操作；当两组对应信号线的逻辑电平不同时，输入比较器B将输出无效的计数控制信号CountB，对延迟计数器B执行“复位清0”的操作，对取样锁存器B执行“取样更新”的操作；

③当延迟计数器B的计数值等于或大于参数寄存器B的预设限值计数阈值X的值时，延迟比较器B产生正有效的取样控制信号SampleD，对取样锁存器D执行“取样更新”的操作，取样更新数据来自取样锁存器B的输出Dm[7..0]；

④取样锁存器D输出去除了干扰的数据线输入信号DI[7..0]。

本发明还对控制线的数字化干扰防护模块和数据线的数字化干扰防护模块作同步处理：控制线的数字化干扰防护模块还包括取样脉冲器C，数据线的数字化干扰防护模块还包括输出比较器B，输出比较器B通过实时比较取样锁存器B和取样锁存器D，给出数据线信号是否稳定可用的指示信号ReadyDx；当SampleEna＝1时，如果有ReadyDx＝1，取样脉冲器C将马上输出正有效的取样允许信号SampleC，取样锁存器C执行“取样更新”操作；否则，取样脉冲器C等待ReadyDx＝1条件的出现。

本发明所述的参数寄存器A，B通过CPU优化算法获取计数阈值X的动态优化设置。

本发明所述控制线的数字化干扰防护模块和数据线的数字化干扰防护模块可共用一个参数寄存器。

本发明的计数阀值X满足：

Xmin＝＜X＜Xmax，

Xmin＝Round(Tnoise/Tclock)，

Xmax＝Round(Tsignal/Tclock-2)，

其中Xmin表示在最大数据传输速率期望值限定条件下，阈值X的最小取值限制；Xmax表示在最大数据传输速率期望值限定条件下，阈值X的最大取值限制；Round表示对后面计算的结果进行取整运算；Tclock表示取样时钟的周期；Tsignal表示控制线中可能出现的最小信号脉冲宽度；Tnoise＝Max(Tnoise_p，Tnoise_c)，表示设计希望的可有效抑制的最大干扰脉冲参数。

本发明的控制线输入可通过RC低通滤波网络和schmitt整形器与外部接口隔离；数据线输入通过双向总线收发器隔离。

本发明的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的系统，包括IEEE1284协议模块，打印机控制器模块，其特征在于打印机并行接口的所有控制线和数据线回路中加入数字化干扰防护模块；所述控制线的数字化干扰防护模块包括参数寄存器A，输入比较器A，延迟计数器A，延迟比较器A，取样锁存器A、取样锁存器C；其中参数寄存器A接CPU接口，输入比较器A分别通过控制线接打印机控制器模块的控制信号Ctrol[3..0]和取样锁存器A输出的控制信号，向延迟计数器A和取样锁存器A输出计数控制信号CountA，延迟比较器A分别接入参数寄存器A和延迟计数器A输出的数值，取样锁存器C分别通过控制线接入取样锁存器A输出的控制信号和延迟比较器A输出的取样控制信号SampleC，并向IEEE1284协议模块输出控制信号CtrolQ[3..0]；所述数据线的数字化干扰防护模块包括参数寄存器B，输入比较器B，延迟计数器B，延迟比较器B，取样锁存器B、取样锁存器D，其中参数寄存器B接CPU接口，输入比较器B分别通过数据线接入接IEEE1284协议模块输出的数据线信号和取样锁存器B输出的信号Dm[7..0]，向取样锁存器B和延迟计数器B输出计数控制信号CountB，延迟比较器B分别接入参数寄存器B和延迟计数器B输出的数值，取样锁存器D分别接入取样锁存器B输出的信号Dm[7..0]和延迟比较器B输出的取样控制信号SampleD，向IEEE1284协议模块输出数据线输入信号DI[7..0]。

上述控制线的数字化干扰防护模块还包括取样脉冲器C，数据线的数字化干扰防护模块还包括输出比较器B，输出比较器B接入取样锁存器B和取样锁存器D的输出，给出指示信号ReadyDx；取样脉冲器C分别接延迟比较器A输出的取样控制信号SampleEna和输出比较器B输出的指示信号ReadyDx，向取样锁存器C输出取样控制信号SampleC。

上述参数寄存器A和B为同一个参数寄存器。

本发明所述的控制线输入通过RC低通滤波网络和schmitt整形器与外部接口隔离；数据线输入通过双向总线收发器隔离。

如果对数据速率有较高的要求，应选择适当的RC参数值，以免对设计期望值产生明显的影响。本发明中的数据线输入可通过双向总线收发器隔离，输入端RC低通滤波网络在实际产品设计中可考虑部分省去。

本发明适合如下苛刻的干扰模型：

1)在1条或多条控制线或者数据线上可同时出现脉冲干扰；

2)单脉冲干扰的最大宽度Tnoise_p不大于设计限值Tnoise；序列脉冲干扰的最大持续时间Tnoise_c在协议限制范围内没有限制。

本发明方法的主要特点在于：

1)在保持较高数据传输速率前提条件下，可有效抑制控制线和数据线上出现的宽度不大于Tnoise的单脉冲干扰；

2)在保持较高数据传输速率前提条件下，可有效抑制控制线和数据线上出现的序列脉冲干扰，干扰持续时间在协议允许范围内没有限制；

3)当序列脉冲干扰出现时，该数字化干扰防护技术具有自动动态调整数据速率的能力；

4)在打印机并行口的抗干扰能力和数据速率之间确立了一种准定量的关系式和简单可行的数字化转换途径。通过可编程参数寄存器引入的CPU控制接口，不但可以增加工程设计的灵活性(如时钟频率选择)，而且可以根据实际需要进一步优化控制参数，使这种数字化转换途径在更大范围内灵活切换；

5)本发明方法亦可施加在部分控制线和数据线的组合上面；

6)本发明方法适合采用FPGA或者ASIC的产品设计工艺。

附图说明：

图1：典型的打印机并行接口抗干扰原理块图

图2a、2b：基于RC模拟滤波技术的抗干扰原理图(nStrobe信号线为例)

图3：ECP工作模式下高速并行口的部分信号线的时序图示例

图4：打印机并行口的数字化抗干扰模块的引入位置说明图

图5：数字化抗干扰模块的基本构成形式

图6：控制线干扰去除和数据速率自动调节的过程示意图

图7：数据线干扰去除和数据速率自动调节的过程示意图

具体实施方式：

参见图5，本发明的控制线数字抗干扰模块由参数寄存器A根据经验数据，设定干扰信号的计数阈值X的值；输入比较器A通过比较取样锁存器A和控制信号线的输出，实时监视输入控制信号线的各种跳变；当两组对应信号线的逻辑电平完全相同时，输入比较器A将输出正有效的计数控制信号CountA，对延迟计数器A执行“同步计数”的操作，对取样锁存器A执行“数据保持”的操作；当两组对应信号线的逻辑电平不同时，输入比较器A将输出无效的计数控制信号CountA，对延迟计数器A执行“复位清0”的操作，对取样锁存器A执行“取样更新”的操作；当延迟计数器A的计数值等于或大于参数寄存器A的预设限值计数阈值X的值时，产生正有效的取样控制信号SampleA，这时如果ReadyDx＝1，将马上产生正有效的取样允许信号SampleC，对取样锁存器C执行“取样更新”的操作，取样更新数据来自取样锁存器A的输出，取样锁存器C的输出CtrolQ[3..0]送往后继IEEE1284模块，是满足设计要求的去除了干扰的控制线输入信号。

数据线的数字抗干扰模块由，参数寄存器B根据经验数据，设定干扰信号的计数阈值X的值；输入比较器B通过比较取样锁存器B和数据线信号，实时监视数据线信号的各种跳变；当两组对应信号线的逻辑电平完全相同时，输入比较器B将输出正有效的计数控制信号CountB，对延迟计数器B执行“同步计数”操作，对取样锁存器B执行“数据保持”的操作；当两组对应信号线的逻辑电平不同时，输入比较器B将输出无效的计数控制信号CountB，对延迟计数器B执行“复位清0”的操作，对取样锁存器B执行“取样更新”的操作；当延迟计数器B的计数值等于或大于参数寄存器B的预设限值计数阈值X的值时，产生正有效的取样控制信号SampleD，对取样锁存器D执行“取样更新”的操作，取样更新数据来自取样锁存器B的输出。取样锁存器D的输出DI[7..0]送往后继IEEE1284模块，是满足设计要求的去除了干扰的数据线输入数据信号。此外，输出比较器B给出的数据线数据是否稳定可用的指示信号ReadyDx。

参数寄存器提供X限值设置。X限值可以是一个或几个固定的经验数据，也可以通过CPU接口实现动态最优设置。动态最优设置一般需要通过CPU自适应学习算法获取。

本例中，如果取样时钟频率Clock＝40MHz，预值x＝10，那么可有效滤除250ns之内的各种干扰脉冲，脉冲干扰防护能力远远超过常规的解决方案。在X的最大取值限定范围内，预值X取得越大，可有效提供防护的干扰范围也就越大，但留给IEEE1284模块的相关应答逻辑的延迟时间裕度也会越小。超过一定的范围，随着预值X的上升，数据传输速率将开始下降，表明进入需要通过降低数据传输速率获取干扰防护能力提升的区域。

图6波形示意图可用于说明抗干扰能力和数据传输速率具有自动转换的能力。仍以ECP工作模式中的一部分信号逻辑关系为例：nStrobe表示主机并行口控制器驱动的原始选通控制信号；xLpStrb表示原始nStrobe信号受到某种干扰之后出现在Schmitt整形器的输出，其中阴影线部分表示该区域存在一个序列脉冲干扰，原始逻辑关系被明显破坏；/LpStrb表示经过本专利方法去干扰处理过的与nStrobe对应的波形，原始逻辑关系被正确恢复；Busy表示由打印机并行接口送回主机的应答信号，通知主机并行口控制器完成该字节的传送周期。参见nStrobe信号波形，在nStrobe_1^st字节传送周期中由于线路没有受到干扰，本干扰防护电路在延迟了Tnoise时间之后马上把信号传递到后继模块并返回Busy应答信号，所以主机侧并行口控制器可较快地结束该传送周期，使数据传输速率得以提高；nStrobe_2nd传送周期中由于控制线受到干扰，本干扰防护电路往往需要附加的延迟时间才能从控制信号线中“析出”正确的控制信号，所以主机不得不顺延该传送周期的宽度，使数据传输速率自动调低。由此可见，本发明方法不但可以更好地消除控制线脉冲干扰，而且具有一定的数据传送速率的动态调节能力。

图7波形示意图可用于说明数据线干扰消除的过程。仍以ECP工作模式为例，而且假设只有数据线受到干扰。图7中：nStrobe表示由主机并行口控制器驱动的原始选通信号线波形；/LpStrb表示选通信号线经过数字抗干扰模块处理后的对应信号波形；Busy由后继的IEEE1284模块产生，是打印机并行接口返回主机的应答信号；D[7..0]表示数据线输入信号，其中阴影部分表示受到序列脉冲干扰，这时数据线信号不稳定；DI[7..0]表示经过消除序列脉冲干扰处理之后的数据线信号。nStrobe_1^st字节传送期间，主机在t0时刻把数据送到数据线，在t1时刻令选通线nStrobe负有效，因为线路没有受到干扰，所以D[7..0]信号在延迟了Tnoise之后，准时地在t2时刻反映到ReadyDx＝1和DI[7..0]，导致/LpStrb和Busy信号能够按照设计节拍最快发出，使得主机能够在t5时刻及时结束该字节传送，因此具有较高的数据传输速率。nStrobe_2nd字节传送期间，主机在t6时刻把数据送到数据线，t7时刻令选通线nStrobe负有效，在主机侧虽然有t7-t6＝t1-t0，但因为受到干扰，所以D[7..0]信号在延迟了Tx＝Max(Tnoise，Tnoise_c)之后，在t9时刻才反映到ReadyDx＝1和DI[7..0]，导致主机把该传送周期顺延到t12时刻，使数据速率自动调慢。

实测表明，在激光打印机控制器设计中采用本发明提出的优化方法，在ECP工作模式下的数据传输速率可以高达1.2M Byte/S以上，比常规的500Kbyte/S有了很明显的提高。曾经在一个特殊用户主机干扰环境下与两台国外名牌激光打印机产品进行过一次有趣的对比性测试，结果是：国外名牌激光打印机分别采用压缩光栅图象驱动和PCL-5代码驱动，它们在文本和图象输出测试时都出现过严重的乱码现象；而采用本发明方法的测试样机在相同测试环境下几乎没有出现乱码现象。

Claims

1、一种提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法，在打印机并行接口的所有控制线和数据线回路中加入数字化干扰防护模块，在去除干扰脉冲后，再输出给后继的IEEE1284逻辑模块；

5)取样锁存器C输出去除了干扰的并行口控制信号CtrolQ[3..0]；

④取样锁存器D输出去除了干扰的数据线输入信号DI[7..0]。

2、如权利要求1所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法，其特征在于对控制线的数字化干扰防护模块和数据线的数字化干扰防护模块作同步处理：控制线的数字化干扰防护模块还包括取样脉冲器C，数据线的数字化干扰防护模块还包括输出比较器B，输出比较器B通过实时比较取样锁存器B和取样锁存器D，给出数据线信号是否稳定可用的指示信号ReadyDx；当SampleEna＝1时，如果有ReadyDx＝1，取样脉冲器C将马上输出正有效的取样允许信号SampleC，取样锁存器C执行“取样更新”操作；否则，取样脉冲器C等待ReadyDx＝1条件的出现。

3、如权利要求1所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法，其特征在于参数寄存器A，B通过CPU优化算法获取计数阈值X的动态优化设置。

4、如权利要求1所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法，其特征在于控制线的数字化干扰防护模块和数据线的数字化干扰防护模块共用一个参数寄存器。

5、如权利要求1所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法，其特征在于计数阀值X满足：

Xmin＝＜X＜Kmax，

Xmin＝Round(Tnoise/Tclock)，

Xmax＝Round(Tsignal/Tclock-2)，

6、如权利要求1所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的方法，其特征在于控制线输入通过RC低通滤波网络和schmitt整形器与外部接口隔离；数据线输入通过双向总线收发器隔离。

7、一种提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的系统，包括IEEE1284协议模块，打印机控制器模块，其特征在于打印机并行接口的所有控制线和数据线回路中加入数字化干扰防护模块；所述控制线的数字化干扰防护模块包括参数寄存器A，输入比较器A，延迟计数器A，延迟比较器A，取样锁存器A、取样锁存器C；其中参数寄存器A接CPU接口，输入比较器A分别通过控制线接打印机控制器模块的控制信号Ctrol[3..0]和取样锁存器A输出的控制信号，向延迟计数器A和取样锁存器A输出计数控制信号CountA，延迟比较器A分别接入参数寄存器A和延迟计数器A输出的数值，取样锁存器C分别通过控制线接入取样锁存器A输出的控制信号和延迟比较器A输出的取样控制信号SampleC，并向IEEE1284协议模块输出控制信号CtrolQ[3..0]；所述数据线的数字化干扰防护模块包括参数寄存器B，输入比较器B，延迟计数器B，延迟比较器B，取样锁存器B、取样锁存器D，其中参数寄存器B接CPU接口，输入比较器B分别通过数据线接入接IEEE1284协议模块输出的数据线信号和取样锁存器B输出的信号Dm[7..0]，向取样锁存器B和延迟计数器B输出计数控制信号CountB，延迟比较器B分别接入参数寄存器B和延迟计数器B输出的数值，取样锁存器D分别接入取样锁存器B输出的信号Dm[7..0]和延迟比较器B输出的取样控制信号SampleD，向IEEE1284协议模块输出数据线输入信号DI[7..0]。

8、如权利要求7所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的系统，其特征在于控制线的数字化干扰防护模块还包括取样脉冲器C，数据线的数字化干扰防护模块还包括输出比较器B，输出比较器B接入取样锁存器B和取样锁存器D的输出，给出指示信号ReadyDx；取样脉冲器C分别接延迟比较器A输出的取样控制信号SampleEna和输出比较器B输出的指示信号ReadyDx，向取样锁存器C输出取样控制信号SampleC。

9、如权利要求7所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的系统，其特征在于参数寄存器A和B为同一个参数寄存器。

10、如权利要求7所述的提升打印机并行口干扰适应性和数据速率的系统，其特征在于控制线输入通过RC低通滤波网络和schmitt整形器与外部接口隔离；数据线输入通过双向总线收发器隔离。