D E R P O K E Y
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1) ALLGEMEINES
2) TONERZEUGUNG
3) TASTATURABFRAGE
4) PADDLESTEUERUNG
5) SERIELLE EIN-/AUSGABE
Der POTentiometer and KEYboard-Controller-Chip ist der drit-
te Spezialbaustein im Atari 600XL/800XL. Er übernimmt zum
Einen fast die gesamte Tonsteuerung, zweitens ist er für die
Kommunikation mit extern anzuschließenden Geräten zuständig
und als letztes übernimmt er das Einlesen der Paddle-Kanäle.
Als Verbindung zur CPU stehen ihm die 8 Datenleitungen,
Takt- Schreib-/Leseleitung, eine Interrupt- und vier Adreß-
leitungen zur Verfügung. Über eine Hardware-Resetleitung
verfügt der POKEY nicht.
Mit seinen vier Adreßleitungen können im POKEY 16 verschie-
dene Daten- beziehungsweise Steuer-Register angesprochen
werden.
Diese 16 Register teilen sich hauptsächlich in 9 Tonre-
gister, 4 Übertragungsregister, ein nicht belegtes und ein
Interruptverarbeitungsregister auf.
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* *
* *
* TONERZEUGUNG *
* ------------ *
* *
********************
Der POKEY besitzt die Möglichkeit, maximal vier Tonkanäle
gleichzeitig oder in Kombination miteinander zu verwalten.
Jeder Ton, den wir hören können, setzt sich aus mehreren
Komponenten zusammen. Da ist zum Einen die Tonhöhe, die
technisch als Frequenz bezeichnet wird und in Hz (Hertz,
nach dem bekannten Physiker Heinrich Hertz) gemessen wird.
Ein Hz ist nun eine komplette Schwingung pro Sekunde, wobei
'komplett' bedeutet, daß bei immer wiederkehrenden Schwing-
ungsbildern man sich einen beliebigen Punkt der Schwingung
sucht und dann so lange wartet, bis genau dieser Punkt
wieder erreicht wird. Der Bereich zwischen den beiden gefun-
denen Punkten ist dann eine komplette Schwingung. Hat man
nun 1000 Schwingungen pro Sekunde, so besitzt das Signal
eine Frequenz von 1000Hz, oder auch 1kHz.
Je größer die Frequenz des Signals ist, umso höher empfinden
wir den Ton, beziehungsweise das Geräusch.
Eine weiteres Charakteristikum einer Schwingung ist die
Schwingungsform. Als Extrema wären hier z.B. die reine
Sinus-Schwingung oder, als Gegenstück dazu, die reine Recht-
eck-Schwingung zu nennen. Dies sind jedoch Sonderfälle, die
sich zwar heutzutage mit elektronischen Mitteln recht sicher
und gut herstellen lassen, die jedoch wegen ihrer Ausge-
prägtheit im Klang derart 'nervend' sind, daß sie sich kaum
jemand länger anhören kann. Wer das nicht glaubt, sollte
sich einmal den 440Hz-Normton (Kammerton a) am Telefon fünf
Minuten lang anhören.
Alle Geräusche und Töne, die wir heutzutage um uns haben,
sind Mischformen unterschiedlichster Signalformen. Aus der
jeweiligen Signalzusammensetzung können wir, in Verbindung
mit den sogenannten Hüllkurven, unterschiedliche Signalquel-
len recht sicher voneinander unterscheiden. So dürfte eine
Verwechselung zwischen einem Waldhorn und einem Klavier
einigermaßen selten vorkommen.
Die Hüllkurve beschreibt nun, wie sich die Lautstärke des
jeweiligen Tones im Verhältnis zur Zeit verändert. Da gibt
es z.B. Signale, die sehr schnell laut sind, um dann langsam
und gleichmäßig abzuklingen (Klavier), die Violine dagegen
erreicht wesentlich langsamer Ihr Lautstärkemaximum.
Als letzte wesentliche Eigenschaft jedes Tones verarbeiten
wir mehr oder weniger unbewußt den Frequenzbereich, in dem
sich das Signalgemisch ungefähr befindet. Es hört sich ein-
fach anders an, wenn man Musik direkt aus der HiFi-Stereoan-
lage hört, als wenn man dies über das Telefon tut. Nicht
unbedingt wegen eventueller Störungen und Knack-Geräusche,
sondern wegen des enorm eingeschränkten übertragenen Fre-
quenzbereichs. Der ist von der Post so bestimmt, daß die
übertragenen Töne hauptsächlich die Tonhöhen durchlassen,
die zur Übermittlung von Sprache wesentlich sind.
Im POKEY sind nun vier Register enthalten, die nichts weiter
tun, als ein vorgegebenes Taktsignal mit bestimmter Fre-
quenz durch einen bestimmten, ebenfalls vorzugebenden Wert
zu teilen. Dadurch entsteht dann eben ein niedrigerer Ton.
Da das jedoch zu primitiv wäre, und sich damit nach dem oben
gesagten keine vernünftigen Klänge erzeugen ließen, gibt es
nun noch weitere Möglichkeiten. Als erstes kann man z.B.
zwei solcher Zähler aneinanderhängen, das heißt also, den
Ausgang des einen Zählers mit dem Eingang des zweiten zu
verbinden. So kann Zähler 2 an Zähler 1 angehängt werden,
genauso wie Zähler 4 an Zähler 3. Dieses Anhängen hat fol-
genden Zweck:
Durch die Größe der einzelnen Zählregister von 8 Bit ergibt
sich ein mögliches Teilerverhältnis im Bereich von 1 bis 256
(intern wird auf den Registerwert eine %1 addiert). Hängt man
nun zwei Zähler aneinander, so erhält man ein mögliches
Verhältnis von 1 bis 65536, da ja nun 16 Bit zur Verfügung
stehen.
Es gibt somit die Möglichkeit, vier 8bit-Kanäle oder einen
16bit-Kanal und zwei 8bit-Kanäle oder, als letztes, zwei
16bit-Kanäle zu betreiben. Alles dies wird über entsprechen-
de Satusbits festgelegt.
Die eigentlichen Teilerverhältniswerte werden in die ent-
sprechenden Register AUDIFREQ1 bis AUDIFREQ4 geschrieben.
Als Takt kann für jedes der Register ein 64kHz-, 15kHz-
oder, und das gilt nur für Kanal 1 und 3, ein 1,77MHz-Takt
gewählt werden. Je höher der Takt gewählt wird, desto höher
ist bei gleichem Teilerverhältnis das Ausgangssignal.
Aus der Kombination der Takteingangsfrequenzen und der Tei-
lerverhältnisse lassen sich nun sämtliche Frequenzbereiche
von 0 bis 1,77/2 MHz= 887kHz erreichen. Die letzte Teilung
durch den Faktor zwei ist immer gegeben und hat den Zweck,
immer nur symmetrische Signale auszugeben. Hat man ein Digi-
talsignal als letztes durch den Faktor zwei geteilt, so ist
dieses Signal genauso lange 'an' wie 'aus', also zeitlich
symmetrisch. Diese Bedingung ist wesentlich, denn ein unsym-
metrisches Signal hört sich völlig anders an als ein sym-
metrisches, so daß sich bei Veränderung von Teilerwerten
nicht nur die Frequenz, sondern auch die Signalform, und
somit der Klang ändern würde, wenn nicht zum Schluß das
Signal immer in ein symmetrisches abgeändert würde.
Neben der Frequenz läßt sich auch noch die Art und Form
eventueller Verzerrung einstellen. Dazu wird das normale
Ausgangssignal, das von den Zählregistern geliefert wird,
logisch verknüpft mit zyklisch auftretenden 'Störungen'.
Diese Störungen werden über sogenannte Schieberegister er-
zeugt, die wie eine lange Röhre funktionieren. Schiebt man
in das eine Ende der Röhre Signale hinein, kommt irgendwann
einmal am anderen Ende eben dieses Signal heraus. Nimmt man
dieses Signal dann wieder, um es am vorderen Ende wieder
hineinzutun, hat man einen Zyklus, der endlos weitergeht. Um
nun nicht einen völlig 'langweiligen', einmaligen Rhythmus
herauszubekommen, wendet man noch einen weiteren Trick an:
Die Röhre wird an einigen Stellen 'angebohrt', und die an
der Stelle anliegenden Signale zusammen mit dem End-Signal
auf den Röhreneingang gelegt. Dadurch ist immer noch sicher-
gestellt, daß es sich bei dem ganzen Vorgang um einen zyk-
lischen handelt, aber dessen Wiederholrate ist wesentlich
geringer.
Es sind nun im POKEY drei dieser rückgekoppelten Schiebere-
gister, die als Polynom-Zähler bezeichnet werden, vorhanden.
Es gibt einen 4 Bit langen, einen mit 5 Bit und einen, der
umschaltbar entweder 17 oder 9 Bit Länge aufweist.
Die Frequenz wurde, wie schon erwähnt, durch die Werte in
den Frequenzregistern AUDIFREQ1 bis AUDIFREQ4 festgelegt.
Die Verzerrung und die 16 stufige Lautstärke werden hingegen
über die Kontrollregister AUDICNTL1 bis AUDICNTL4 program-
miert. Die einzelnen Bits dieser Kontrollregister bedeuten:
Bit Bedeutung
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0 Diese vier Bit sind
1 zuständig für die Lautstärke.
2 Es sind Werte zwischen $00 und
3 $0f möglich (%0000 bis %1111).
4 VOLUME_ONLY
5 Diese drei Bit werden zur
6 Auswahl einer der sechs Verzer-
7 rungsmöglichkeiten benutzt (s.Tab).
Tabelle für die Wertigkeiten der Bits 5,6 und 7 der Register
AUDICNTLn:
Bit 7 6 5 Signalmischung
-----------------------------------------------------------
0 0 0 Das vom Zählregister stammende Sig-
nal wird zuerst mit dem 5bit-Poly-
nom, dann mit dem 17bit-Polynom
verknüpft, bevor es auf die letzte
Teilerstufe durch den Faktor zwei
geschickt wird.
0 x 1 Es findet nur eine Verknüpfung mit
dem 5bit-Polynom statt vor der
letzten Division.
Bit 7 6 5 Signalmischung (Fortsetzung)
-----------------------------------------------------------
0 1 0 Das vom Zählregister stammende Sig-
nal wird zuerst mit dem 5bit-Poly-
nom, dann mit dem 4bit-Polynom
verknüpft, bevor es auf die letzte
Teilerstufe durch den Faktor zwei
geschickt wird.
1 0 0 Die Ausgangsfrequenz wird mit dem
Signal des 17bit-Polynoms verknüpft
und dieses Signal auf die letzte
Teilerstufe geschickt.
1 x 1 Diese 2 Kombinationen ergeben einen
reinen Ton, da keinerlei Verknüp-
fung des Ausgangssignals mit einem
der Polynome geschieht, sondern nur
die letzte Justage-Division.
1 1 0 Es erfolgt nur eine Verknüpfung der
Ausgangsfrequenz mit dem vier bit
breiten Polynom. Danach wird das
Ergebnis, genau wie alle anderen,
noch einmal durch den Wert zwei
geteilt.
Das 'x' in der Tabelle bedeutet, daß hier '0' oder '1'
stehen darf.
Das VOLUME_ONLY-Bit aus jedem der vier AUDICNTLn-Register
schaltet die gesamte interne Zähl-, Verzerrungs- und Ver-
knüpfungsmaschinerie aus und bestimmt, daß als Ausgangssig-
nal genau die der Lautstärke entsprechende Spannung ausge-
sendet werden soll. Ist also VOLUME_ONLY gesetzt und die
Lautstärke auf 16 (volle Lautstärke), so wird die im Fernse-
her/Monitor befindliche Lautsprechermembran so weit wie
möglich aus ihrer Ruheposition herausgelenkt. Setzt man dann
die Lautstärke wieder auf Null zurück, so fällt die Membran
ebenfalls wieder in ihre Ruheposition zurück, es ergibt sich
ein Knacken im Lautsprecher.
Die Aufgabe dieser Zusatzeinrichtung ist natürlich nicht,
nur ein Knackgeräusch zu erzeugen. Mit dieser Methode unter-
liegt der Programmierer annähernd keiner Beschränkung bezüg-
lich Signalform und Frequenz, da jede einzelne Membranbewe-
gung des Lautsprechers programmiert werden kann. Es ist
jedoch bei allzu schnellen Amplitudenänderungen (Amplitude=
Höhe des Ausschlags bei einer Schwingung) darauf zu achten,
daß zwar der Atari diese Signale herausgeben kann, harte
Kurven jedoch durch die dann folgende Modulation/Demodula-
tion im Fernseher erheblich abgerundet werden. Dies dürfte
jedoch im Normalfall keine Einschränkung darstellen, da ein
Fernseher heutzutage oft schon HiFi-Qualitäten besitzt.
Im Großen und Ganzen jedoch kann gesagt werden, daß zumin-
dest mit entsprechendem Softwareaufwand der Atari ohne Zu-
satzgeräte alle gewünschten Akustikeffekte erzeugen kann.
Man denke da z.B. an Softwarepakete, die schon die alten
400/800 ohne zusätzliche Hardware haben sprechen lassen. Die
Sprache war sogar mittelmäßig verständlich.
Neben diesen vier, auf jeden Kanal einzeln bezogenen Re-
gistern existiert noch ein weiteres, für die Tonerzeugung
wesentliches Register: AUDIOCOM.
Diese Adresse beinhaltet die folgenden 8 Steuerbits:
BIT Erläuterung
-------------------------------------------------
0 Schaltet den Haupttakt für die vier
Frequenzregister von 64kHz auf 15kHz
zurück, wenn es gesetzt wird.
1 Ist dieses Bit gesetzt, wird in den
Ausgang von Kanal 2 ein Hochtonfilter
eingesetzt, dessen Characteristik von
Kanal 4 bestimmt wird.
BIT Erläuterung (Fortsetzung)
-------------------------------------------------
2 In den Ausgang von Kanal 1 wird ein von
Kanal 2 gesteuertes Hochtonfilter einge-
fügt.
3 Durch Setzen dieses Bits wird Kanal 4 an
Kanal 3 angehängt, so daß ein 16bit-
Register entsteht.
4 Ist dieses Bit gesetzt, wird Kanal 2 an
Kanal 1 gehängt.
5 Dieses Bit bewirkt, daß Kanal 3 mit
einer Grundfrequenz von ca. 1,77 MHz
betrieben wird.
6 Das gleiche wie bei Bit 5 für Kanal 1.
7 Beim Setzen dieses Bits wird das 17bit-
Polynom in ein 9bit langes Polynom ver-
wandelt.
Als allgemeine Berechnungsgrundlage für das Verhältnis von
Ein- zu Ausgangsfrequenz kann die Gleichung
Ausgangsfrequenz = Eingangsfrequenz / 2 ( AUDIFREQn + Off)
verwendet werden, wobei Off den Wert 4 erhält, wenn es sich
bei dem Teiler um einen 8bit-Teiler handelt. Ist es dagegen
ein 16bit-Teiler, muß Off aus technischen Gründen mit 7
angesetzt werden.
Neben den Tonerzeugungsaufgaben besitzen diese Zähler noch
eine weitere Aufgabe.
Wenn einer der Zähler 1, 2 oder 4 auf Null zurückgezählt
hat, wird automatisch vom POKEY ein Interrupt ausgelöst. Die
Zähler können also genauso gut als Timerbausteine fungieren.
Um alle Frequenzregister auf die Werte zu setzen, die Pro-
grammiert wurden (vor allem sinnvoll beim Betrieb als
Timer!), wird einfach irgend ein Wert in Adresse STIMER
geschrieben.
Als 'Abfallprodukt' der Polynomzähler entsteht in Register
RANDOM eine 8bit-Zufallszahl, die dort entsprechend ausgele-
sen werden kann. Sie besteht aus den höchsten 8 Bit des 17-
/9-bit Polynomzählers.
Abschließend zu diesem Thema folgt noch eine Tabelle, aus
der die Teilerverhältnisse der Frequenzregister bei bestimm-
ten Notenwerten hervorgehen. Dazu sind folgende Werte vor-
auszusetzen:
AUDIOCOM = $00 ; also nichts 'Besonderes'
AUDICNTLn = $Ax ; x ist die Lautstärke von 0..15
Mit den genannten Daten, die nur ein Beispiel sein sollen,
ergeben sich die auf der umseitig gedruckten Tabelle folgen-
de Werte für AUDIOFREQn:
Es lassen sich aber auch praktisch alle anderen Frequenzen
und somit Notenwerte mit dem Atari erreichen. Dies wird auch
in Vergleichen zwischen den einzelnen Mikrocomputern oft
falsch dargestellt. Der Atari verfügt nicht nur über 3 1/2
Oktaven Frequenzumfang. Die höchsten erzeugbaren Frequenzen
liegen weit über der höchsten wahrnehmbaren Frequenz. Auch
die tiefste erzeugbare Frequenz ist nicht mehr hörbar.
Note AUDIFREQn Hexadezimal Dezimal
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C (tiefes) $f3 243
Cis oder Des $e6 230
D $d9 217
Dis oder Es $cc 204
E $c1 193
F $b6 182
Fis oder Ges $ad 173
G $a2 162
Gis oder As $99 153
A $90 144
Ais oder B $88 136
H $80 128
c (mittleres) $79 121
cis oder des $72 114
d $6c 108
dis oder es $66 102
e $60 96
f $5b 91
fis oder ges $55 85
g $51 81
gis oder as $4c 76
a $48 72
ais oder b $44 68
h $40 64
c' $3c 60
cis' oder des' $39 57
d' $35 53
dis' oder es' $32 50
e' $2f 47
f' $2d 45
fis' oder ges' $2a 42
g' $28 40
gis' oder as' $25 37
a' $23 35
ais' oder b' $21 33
h' $1f 31
c'' $1d 29
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* *
* *
* TASTATURABFRAGE *
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Wird irgend eine Taste auf der Tastatur des 600XL/800XL
gedrückt, die nicht eine der seitlich montierten Spezial-
tasten oder SHIFT oder CONTROL ist, wird ein Interrupt vom
POKEY ausgelöst, der dem Betriebssystem Mitteilung von dem
Tastendruck machen soll. Von der entsprechenden Interrupt-
routine wird dann der Tastaturkode aus Register KBCODE aus-
gelesen und für die weitere Verarbeitung im Vertical Blank
Interrupt gesichert.
Eine Ausnahme hiervon stellt die BREAK-Taste dar: Wird sie
gedrückt, so erfährt das Bertiebssystem davon durch eine
andere Statusmeldung des POKEY und reagiert dann ent-
sprechend durch die Break-Routine darauf.
Ist es jedoch eine der normalen Tasten, wird das Drücken vom
POKEY dadurch bemerkt, daß er ständig eine Matrix abfragt
(pollt), in deren Kreuzungspunkte die einzelnen Tastenschal-
ter liegen. Ist nun ein solcher Taster geschlossen, bemerkt
der POKEY dies und erkennt an seinen Registern, welcher
Schnittpunkt, also welcher Schalter das ist.
Darüberhinaus besitzt er zwei Signalleitungen, die ihm mit-
teilen, wenn die SHIFT- oder CONTROL-Taste gedrückt ist.
Alleine das Drücken dieser beiden Tasten löst noch keinen
Interrupt aus, verändert jedoch bei einem richtigen Tasten-
druck dessen Kode.
Es sind maximal 64 Tasten im System erlaubt. Sie belegen
somit die Kodes 0 bis 63 ($00 bis $3f). Ist die SHIFT-Taste
gedrückt, verschiebt sich der generierte Kode um 64, also
auf den Bereich 64 bis 127 ($40 bis $7f).
Im Falle der gedrückten CONTROL-Taste würde sich der Kode
dann nochmal um 64 verschieben, also um insgesamt 128 auf
den Bereich von 128 bis 191 ($80 bis $bf). Werden SHIFT- und
CONTROL-Taste gleichzeitig gedrückt, hat die CONTROL-Taste
Vorrang, so daß also insgesamt 192 Tastenkodes entstehen
können.
Um nun diesen Matrix-Nummern einen sinnvollen ATASCII-Kode
zuweisen zu können, wird eine Tabelle benutzt. Der Anfang
der Tabelle liegt ab (KEYDEFPTR), also im Initialisierungs-
zustand ab Adresse KEYDEF. Die 192 Byte große Tabelle be-
sitzt die folgenden Einträge, bei denen nur diejenige Funk-
tion eingetragen ist, die sich ohne SHIFT- oder CONTROL-
Taste ergibt:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
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$00: L J ; /1//2/ K + * O P U /C/ I - =
$10: V C /3//4/ B X Z 4 3 6 /E/ 5 2 1
$20: , /S/ . N M / /A/ R E Y /T/ T W Q
$30: 9 0 7 /B/ 8 F H D /P/ G S A
/C/ ist die RETURN-Taste
/S/ ist die Leertaste
/A/ ist die ATARI-Logo-Taste
/E/ ist die ESCape-Taste
/T/ ist die TABulator-Taste
/B/ ist die BackSpace-Taste
/P/ ist die CAPS-Taste
/1/ bis /4/ sind die zwar nicht hardwaremäßig, aber dennoch
softwaremäßig vorhandenen Funktionstasten des 1200XL F1
bis F4.
Ob die SHIFT-Taste gedrückt ist, besagt Bit 3 von SKSTAT.
Ist das Bit Null, ist die SHIFT-Taste gedrückt.
Eine genauere Beschreibung des Registers SKSTAT erfolgt
noch später.
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* PADDLESTEUERUNG *
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Paddles sind Eingabegeräte, die nicht nur digitale Signale
liefern wie z.B. Joysticks, sondern die einen analogen Wert
liefern, in diesem speziellen Fall handelt es sich um einen
Widerstandswert.
Da der Atari bekanntlich nur digitale Signale richtig verar-
beiten kann, stellt sich für ihn, genauer: Für den POKEY,
das Problem, aus diesem Widerstandswert eine Zahl zu machen.
Diesen Vorgang nennt man schlichtweg Analog/Digital-Wand-
lung, was sich englischsprachig abgekürzt A/D-C schreibt,
wobei das 'C' für Converting steht.
Dieser gesamte Komplex der Analog/Digital-Wandlung und der
artverwandten Digital/Analog-Wandlung ist bis heute die
große Schwachstelle an jedem Computersystem. Nicht, daß die
Techniker nicht wüßten, nach welchem Verfahren man die Wand-
lung vornehmen soll. Da gibt es einige wenige, die sich als
sinnvoll in den letzten Jahren herauskristallisiert haben.
Dagegen ist es wesentlich schwieriger, einen Kompromiß zu
finden aus mittlerer Wandlungsgeschwindigkeit und Genauig-
keit des Systems.
Es ist für einen elektronischen Schaltkreis relativ einfach,
festzustellen, ob er größer oder kleiner/gleich einer Ver-
gleichsspannung ist. Es gibt jedoch schon Justierungsaufga-
ben, wenn derselbe Baustein feststellen soll, ob sich die
Eingangsspannung innerhalb eines bestimmten Bereichs, eines
sogenannten Fensters, befindet.
Soll der Baustein nun herausfinden, in welchem der z.B. 4096
Fenster sich der Eingangsspannungswert befindet, dann ist
das eine langwierige und schwierige Angelegenheit.
Der POKEY ist nun ein Baustein, der gleichzeitig acht
solcher Kanäle überwacht und ausmißt. Damit er das einige
Male pro Sekunde tun kann, betrachtet er nicht allzuviel
mögliche Fenster, sondern nur 228 Stück. Die einzelnen Werte
der POT-Eingänge (POT steht für Potentiometer, ein veränder-
barer elektrischer Widerstand) können aus den Registern
POT0 bis POT7 ausgelesen werden.
Es ist zu beachten, daß der 600XL/800XL nur insgesamt vier
der acht möglichen Kanäle benutzen kann, da er nur über zwei
Joystickbuchsen verfügt.
Beim Vergleich der Adressenliste für den POKEY fällt auf,
daß die Adressen AUDI....n und POTn gleich sind. Das berei-
tet auch keinerlei Probleme, da die AUDI....n-Werte nur zu
schreiben und die POTn-Werte nur zu lesen sind.
Die eigentliche Meßprozedur läßt sich über zwei mögliche
Register starten. Das eine Register ist SKCNTL, in dessen
Bit 2 festgelegt wird, ob es sich um eine normale oder eine
sogenannte Schnellmessung handelt. Ist es eine Schnellmes-
sung, so ist sie allerdings recht ungenau.
Das andere Register nennt sich POTGO und wird einfach mit
irgendwelchen Daten beschrieben, um eine Messung zu initiie-
ren.
Jeder Kanal besitzt ein Bit in dem Statusregister ALLPOT,
das Auskunft darüber gibt, ob der Kanalwert des entsprechen-
den Kanals 'fertig' ist oder nicht. Ist das entsprechende
Bit gesetzt, so gilt der Wert nicht, die Messung ist noch
nicht fertig.
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* SERIELLE EIN-/AUSGABE *
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Unter serieller Ein-/Ausgabe versteht man das Senden
und/oder Empfangen von Daten über hauptsächlich eine einzige
Datenleitung. Die serielle Ein-/Ausgabe steht im Gegensatz
zur parallelen Ein-/Ausgabe, bei der z.B. komplette Bytes
auf nebeneinander verlaufenden elektrischen Leitungen oder
anderen Informationsstrecken gesendet oder empfangen werden
können. Solch eine parallele Übertragungsstrecke ist z.B.
der vielleicht von Druckern her bekannte Centronics-Stan-
dard.
Steht zur Datenübertragung nur eine einzige Datenleitung zur
Verfügung, so muß man sich überlegen, wie die Daten darüber
zu transportieren sind.
Will man nur senden oder nur empfangen, ist schon ein
Problem gelöst. Soll jedoch sowohl empfangen als auch gesen-
det werden können, stellt sich die Frage, ob man diesen
Datentransport nur über eine Leitung laufen läßt (Halb-
Duplex), oder ob dafür zwei Leitungen installiert werden
(Voll-Duplex).
Wird das Halb-Duplex-Übertragungsverfahren gewählt, hat man
das Problem, erkennen zu müssen, ob und welches der ange-
schlossenen Geräte gerade senden will.
Bei Verwendung des Voll-Duplex-Übertragungsverfahrens treten
an Stelle der oben beschriebenen Übertragungsprobleme höhere
Leitungskosten auf.
Da die Leitungskosten jedoch bei solch kurzen Verbindungen
wie denen des Atari-Systems vernachlässigbar gering sind im
Gegensatz zu dem Halb-Duplex-Umschaltaufwand, hat sich die
Firma Atari für das für den Programmierer und Anwender
wesentlich angenehmere Zwei-Leitungsverfahren entschieden.
Ist vom Entwickler diese Frage entschieden, stellt sich
gleich die nächste: Synchrone oder asynchrone Übertragung?
Da es sich beim Atari jedoch im Prinzip um selten auftreten-
de Übertragungsprozesse handelt, wird man hier gleich auf
die asynchrone Übertragungsweise zurückgreifen.
Unter asynchroner Übertragung verstehen wir ein Verfahren,
bei dem der Empfänger ständig darauf wartet, daß einmal ein
Zeichen übertragen wird. Anfang und Ende eines solchen Zei-
chens sind durch ein, dem Zeichen vorangehendes, Startbit
sowie durch ein, eineinhalb oder zwei Stopbits, die dem
Zeichen folgen müssen, gekennzeichnet.
Richtig, das ist kein Druckfehler: Im Gegensatz zu der
Auffassung, daß ein Bit die kleinste darstellbare Informa-
tionseinheit sei, gibt es nun bei der Datenübertragung auch
halbe Bits. Wie dies zustandekommt, wird leicht klar, wenn
man sich etwas näher ansieht, wie die Zeichen mit den Start-
und Stopbits durch die Leitung kommen.
Bei diesem Übertragungsverfahren wird davon ausgegangen, daß
immer nur genau ein Zeichen gesendet wird, das in Start- und
Stopbits 'eingepackt' ist und außerdem vom Programmierer
sowohl beim Empfänger als auch beim Sender die gleiche
Übertragungsgeschwindigkeit eingestellt ist. Diese Geschwin-
digkeit ist das Her(t)z jeder seriellen Übertragung. Während
bei einer parallelen Strecke eine Leitung sagt "Hallo Emp-
fänger, jetzt kommt ein Byte!" und der Empfänger nach Erken-
nen des Zeichens die Meldung bringt "Hallo Sender, das
Zeichen wurde gelesen und verarbeitet", gibt sich hier diese
Möglichkeit nicht, so daß man davon ausgehen muß, daß der
Empfänger genau dann ein Bit zu lesen versucht, wenn es der
Sender zur Verfügung stellt.
Genau diesen Effekt erreicht man durch den kurzzeitigen
Gleichlauf von Sender und Empfänger, wenn man beiden mit-
teilt, daß jedes Bit eine ganz bestimmte Zeit anliegt. Da
dieser Gleichlauf nur immer ein Zeichen lang existieren muß
(denn dann kommt eine neue Synchronisation durch das nächste
Startbit!), ist das technisch recht einfach lösbar.
Im Laufe der letzten 30 Jahre haben sich ganz bestimmte
Übertragungsgeschwindigkeiten durchgesetzt. Von Grundge-
schwindigkeiten ausgehend, hat man es durch immer bessere
Technik immer wieder geschafft, die Übertragungsrate zu
verdoppeln. So existieren heute die folgenden allgemein
verwendeten Übertragungsraten
45,45 Bit/Sekunde (nur in den USA)
50 Bit/s z.B. bei BTX
100 "
150 "
300 "
600 "
1.200 " z.B. bei BTX
2.400 "
4.800 "
9.600 "
19.200 "
38.400 "
Höhere Übertragungsraten sind bei seriellen Schnittstellen
sehr selten, da es dabei technische Probleme gibt.
Hat man es nun also geschafft, den Sender beziehungsweise
Empfänger auf eine bestimmte Übertragungsrate einzustellen,
so ist bekannt, wie lang ein Bit auf der Übrtragungsleitung
anliegt:
Ist z.B. die Übertragungsrate auf 19.200 Bit/s eingestellt,
ist jedes Bit 1/19.200 Sekunden, also ca. 52 millionstel
Sekunden lang. Das ist nicht sehr viel, aber dem Computer
genügt es.
Um nun ein Stopbit zu senden, wird einfach die Sendeleitung
für die Dauer eines Bits in den Ruhezustand versetzt. Dieser
Ruhezustand kann jedoch auch länger dauern, z.B. die 1,5-
fache Dauer eines Bits; also 1,5 Stopbit!
Nach dieser etwas technischen Einleitung dürfte eine Zeich-
nung von zwei zu übertragenden Zeichen ganz hilfreich sein:
Es sollen die Bytes $53 und $8a übertragen werden mit einem
Startbit und einem Stopbit:
$53 = %0101 0011
$8a = %1000 1010
f = Leitung im Ruhezustand (SPACE, frei)
S = Startbit, immer MARK
s = Stopbit, immer SPACE
----- -- -- -------- -- -- -- -- ------ SPACE
---- -- ---- -- ------ -- -- MARK
ffff S 0 1 0 1 0 0 1 1 s ffff S 1 0 0 0 1 0 1 0 s ffff
Die Bereiche ffff können beliebig lang sein bei der asyn-
chronen Datenübertragung (daher der Name: Asynchron, nicht
zeitlich festgelegt).
Nachdem alle diese Dinge entschieden sind, ist man nun in
der Lage, einzelne Zeichen (Bytes) zu übertragen, und zwar
sowohl zu senden, als auch zu empfangen.
Um nun jedoch eine richtige Datenübertragung zustande zu
bekommen, ist es weiterhin noch notwendig, sich ein soge-
nanntes Protokoll zu überlegen, nach dem die einzelnen Ge-
räte an der seriellen Leitung angesprochen werden sollen und
anhand dessen dann komplette Datenblöcke (durch zum Beispiel
NEWLINE abgeschlossene Zeilen oder Blöcke fester Länge)
gehandhabt werden können.
Bei Atari sind fast alle an der seriellen Leitung hängenden
Geräte intelligent, das heißt, daß sie einen eigenen Kon-
trollbaustein besitzen, der die Kommunikation mit dem Host-
system, also dem Atari 600XL/800XL übernimmt.
Das einzige nicht intelligente Gerät ist der Cassettenrecor-
der. Er wird vom Benutzer ein- und ausgeschaltet, wenn der
Computer dies durch Huptöne empfiehlt.
Andere Geräte, wie zum Beispiel der Drucker oder die ver-
schiedenen Diskettenstationen lauschen ständig die am seri-
ellen Bus liegenden Informationen sowie die eine Leitung,
genannt KOMMANDO:L, ab. Liegt KOMMANDO:L auf dem logischen
Pegel Null, bedeutet dies, daß jetzt ein Gerät angesprochen
werden soll. Dann sendet das Hostsystem die Geräteart-Ken-
nung und die Gerätenummer sowie die Blocknummer bei Disket-
tenstationen zusammen mit dem Kommando über den Bus, um das
richtige Gerät 'aufzuwecken'. Ist das adressierte Gerät
vorhanden und bereit für die Berabeitung dieses Kommandos,
so wird es sich zurückmelden mit einer Acknowledge-Meldung:
Es sendet ein 'A' und eine kurze Statusinformation mit
Checksumme. Ist das Gerät beziehungsweise das Kommando dage-
gen nicht in Ordnung, wird ein 'N' (=Negative Acknowledge)
zurückgesendet.
Ist das Gerät bereit, beginnt der eigentliche Datentransfer,
bei dem die zu schreibenden oder zu lesenden Zeichen im
Block gesendet werden, wobei die KOMMANDO:L-Leitung wieder
auf Eins gesetzt wird.
Sind alle Zeichen übertragen, oder glaubt zumindest der
Sender, alle Zeichen übertragen zu haben, sendet er unter
Umständen noch eine Prüfsumme. Ist das Peripheriegerät zum
Beispiel eine Diskettenstation mit dem Befehl, einen be-
stimmten Block zu schreiben, so beginnt es mit der eigent-
lichen Arbeit (dem Schreiben des Blockes), nachdem es die zu
schreibenden Daten vom Hostsystem erhalten hat. Stellt sich
nun jedoch heraus, daß der zu schreibende Block defekt ist,
sendet die Diskettenstation ein 'E' als Error-Meldung an das
Hostsystem zurück. Geht die Operation im ganzen gut, sendet
das Gerät ein 'C' für 'Completed' zurück.
Das Hostsystem wartet während der gesamten Zeit der Verar-
beitung auf eine positive oder negative Rückmeldung des
Gerätes. Erscheint sie nach einigen (im Normalfall 7) Sekun-
den immer noch nicht, wird die Operation vom Hostsystem
dadurch abgebrochen, daß ein Timeout eintritt.
In diesem Fall wiederholt das Betriebssystem die Operation
so oft, wie es der Wert in CRETRY vorgibt (im Normalfall
noch 1 mal).
Es ist dann Aufgabe des Hauptprogramms, sicherzustellen, daß
eine eventuelle Fehlermeldung über die Statusregister des
CIO oder SIO richtig interpretiert wird.
Viel einfacher ist dies alles beim Cassettenrecorder.
Dabei werden die Daten einfach nur nach einer kurzen Warte-
zeit gesendet und davon ausgegangen, daß sie schon richtig
ankommen werden. Beim Lesen wird allerdings eine eigentlich
sehr sinnvolle, leider nur sehr ungenaue Kontrolle vollzo-
gen: Die Lesegeschwindigkeit stellt sich automatisch auf die
empfangene Datenrate ein. Dies wird dadurch realisiert, daß
jeder Block auf der Cassette mit zwei ganz bestimmten Byte
beginnen muß. Sie haben beide den Wert $aa, was binär %1010
1010 darstellt und sich an sich sehr gut für die Synchroni-
sation eignet.
Wer das Cassettenformat einmal verbessern will, kann auspro-
bieren, ob die Übertragung sicherer wird, wenn nicht diese,
sondern zwei andere Byte verwendet werden: %1100 1100. Damit
müßten sich mit entsprechender Softwareänderung wesentlich
genauere Meßergebnisse herstellen lassen.
Außerdem gibt es bei der Cassette noch einem weiteren we-
sentlichen Unterschied im Übertragungsverfahren zu allen
anderen bislang bekannten Geräten: Der Cassettenrecorder
'versteht' keine reinen Digitalsignale, sondern er benötigt
zum korrekten Arbeiten zwei unterschiedliche Töne. Ein tie-
ferer Ton aus Tonkanal 2 stellt die logische Null dar und
ein höherer Ton aus Tonkanal 1 stellt demzufolge die lo-
gische 1 dar. Diese Töne haben gegenüber Logikpegeln den
Vorteil, daß sie direkt auf dem Magnetband gespeichert wer-
den können. Bei Pegeln (die sich theoretisch auch speichern
lassen) gibt es bei Cassettenrecordern dieser Preisklasse
und derart geringen Übertragungsraten erhebliche technische
Schwierigkeiten. Nicht umsonst sind die echten Computerband-
maschinen immer noch recht große, teure Schränke, können
dagegen jedoch auch in der Übertragungsrate leicht mit den
heutigen Atari-Diskettensystemen konkurrieren.
Der POKEY hat nun bei alledem eine ganze Reihe von Aufgaben:
Erstens übernimmt er die Erzeugung der Sende beziehungsweise
Lesetakte. Ist der POKEY der Erzeuger der Taktsignale, so
gibt er sie über die Leitung CLOCK OUT aus.
Der Sendetakt kann durch die Taktrate in Kanal 2, Kanal 4
oder durch einen externen Takt über die Leitung CLOCK IN
bestimmt werden.
Für den Lesetakt gilt das gleiche wie für den Sendetakt. Die
Sendedaten wechseln jeweils bei der steigenden Flanke des
Taktsignals, wohingegen die Lesedaten bei der fallenden
Flanke gelesen werden. Dies soll sicherstellen, daß beim
Lesen ein halber Takt gewartet wird, um dem Signal Zeit zum
Einschwingen zu geben.
Als Zweites hält der POKEY die zu sendenden Daten im SEROUT
und die gerade empfangenen Daten im SERIN Register für die
weitere Verarbeitung fest.
Wird in das SEROUT-Register ein Wert geschrieben, so wird er
sofort in das parallel/seriell-Wandlungsregister geschrie-
ben, wenn dieses frei ist. Danach gibt der POKEY einen
Interrupt, in dem er ankündigt, daß das SEROUT-Register leer
sei, und der POKEY damit bereit sei, ein neues Zeichen
anzunehmen, obwohl der Baustein selbst noch mit dem Senden
des alten Datums beschäftigt ist.
Wird kein neuer Wert in das SEROUT-Register geschrieben,
erfolgt nach dem Entleeren des parallel/seriell-Wandlungsre-
gisters ein weiterer Interrupt, der angibt, daß die Übertra-
gung des letzten Zeichens beendet sei.
Beim Lesen gibt der POKEY einen Interrupt, wenn er ein
komplettes Zeichen gelesen hat. Das Zeichen übergibt er dann
im SERIN-Register und setzt jedoch noch einige Statusbits im
SKSTAT-Register. Es kann zum Beispiel passieren, daß der
Computer nicht rechtzeitig die in SERIN stehenden Daten
liest, und der POKEY ein neues Byte empfängt, nach SERIN
schreibt und somit die alte Information überschreibt. In
diesem Fall ist das Bit 6 'serieller Überlauf' gesetzt.
Stimmt dagegen etwas mit den Start/Stopbits des Zeichens
nicht, so wird das 'Framing-Fehler'-Bit Nummer 7 gesetzt.
Dieser Framing- (Rahmen-) Fehler kann auftreten, wenn zum
Beispiel ein BREAK-Zeichen über die serielle Schnittstelle
gesendet wird. Dies ist kein eigentliches Zeichen, sondern
ein Synchronisations- und Resetmechanismus, bei dem die
Sendeleitung für ungefähr eine viertel Sekunde auf LOW (also
aktiv, MARK) gezogen wird. Dabei wird der POKEY natürlich
ein Zeichen $00 erkennen, danach jedoch die beiden Stopbits
vermissen.
Will man genau wissen, welchen Pegel die Sende/Empfangslei-
tung besitzt, so kann man Bit 4 von SKSTAT testen.
Dieses Bit ist eine Hardwarekopie des Eingangssignals und
bietet neben dieser (noch nicht programmierten) Möglichkeit
der BREAK-Erkennung diejenige, die Übertragungsgeschwindig-
keit festzustellen, ohne direkt die seriell/parallel-Wand-
lung des POKEY initialisieren zu müssen.
Ist einmal ein Fehler aufgetreten, so wird das entsprechende
Bit dadurch zurückgesetzt, daß ein beliebiger Wert in
SKRESET geschrieben wird.
Die einzelnen Bits des SKSTAT haben die folgende Bedeutung:
Bit Bedeutung
------------------------------------------------------------
7 MSB Framing-Fehler bei der seriellen Übertragung
6 Overrun-Fehler bei der seriellen Übertragung. Es
wurde wenigstens ein Zeichen verloren.
5 Overrun-Fehler bei der Tastatureingabe. Es wurde
wenigstens ein Tastendruck verloren.
4 Dies ist die direkte Hardwarekopie des seriellen
Eingangs. Dieses Bit wird nur für Spezialanwen-
dungen wie Synchronisation abgefragt.
3 Die SHIFT-Taste auf der Tastatur ist gedrückt.
2 Die letzte Taste ist immer noch gedrückt
1 Das Schieberegister der parallel/seriell-Wandlung
arbeitet immer noch, das heißt, die Datenübertra-
gung ist noch nicht abgeschlossen. Dieses Bit sagt
zwar nichts darüber aus, ob nicht ein weiteres
Datenbyte in das SEROUT-Register geschrieben wer-
den darf, aber wenn man keine genauen Informatio-
nen über den Status der seriellen Ausgabe hat, so
sollte man unbedingt das Einswerden dieses Bits
abwarten.
0 LSB Dieses Bit ist nicht benutzt und ist immer auf 1.
MSB = Most Significant Bit = höchstwertiges Bit
LSB = Least Significant Bit = geringstwertiges Bit
Die Bits in SKSTAT sind im Ruhezustand immer auf Eins und
besitzen die angegebene Aussage, wenn sie auf Null gehen.
Das Register SKCNTL beschreibt neben den Übertragungsge-
schwindigkeiten noch die folgenden Funktionen:
Bit Bedeutung
------------------------------------------------------------
7 MSB Abbrechen der seriellen Ausgabe und Senden von
SPACE bei Eins. Dient zum Initialisieren der
Sendeleitungen und Senden von mehr als einem
Stopbit.
6 Die drei Bit dienen der Festlegung
5 der Übertragungsgeschwindigkeiten
4 des Senders und Empfängers.
3 Wird dieses Bit auf Eins gesetzt, erfolgt die
Ausgabe der Bits im Zweitonverfahren.
2 Durch das Setzten dieses Bits wird der Schnellgang
der Paddlesteuerung eingeschaltet. Die Messung
erfolgt dann nicht wie üblich innerhalb von
maximal 20ms, sondern in der Zeit von nur zwei
Bildzeilen (ca. 128us).
1 Dieses Bit wird für die Tastaturverarbeitung
intern benutzt.
0 LSB Sind Bit 1 und Bit 0 auf Null, so erfolgt ein
Software-Reset des POKEY.
Das SKCNTL hat ein Schattenregister SKCNTL@.
Die Kombinationsmöglichkeiten der drei Bits 4, 5 und 6 des
SKCNTL lassen sechs technisch mögliche Zustände zu:
Bit 7 6 5 Bedeutung
------------------------------------------------------------
0 0 0 Alle Takte werden von außen bestimmt.
Die internen Takte gehen auf Null.
0 0 1 Die Senderate wird durch einen externen
Takt bestimmt, die Eingangsrate wird von
Kanal 4 (oder dem 16bit-Zähler, beste-
hend aus Kanal 3 und Kanal 4) geliefert.
Es erfolgt asynchrones Lesen der Daten.
0 1 0 Sowohl die Sende- als auch die Empfangs-
frequenzen werden von Kanal 4 festge-
legt.
0 1 1 Nicht nutzbar, da der Ausgangstakt sich
beim Lesen eines Zeichens verschieben
würde (Synchronisation asynchroner Da-
ten).
1 0 0 Die Senderate liegt bei diesem Verfahren
durch die Programmierung des Kanals 4
fest, die Eingangsrate wird durch einen
externen Takt bestimmt.
1 0 1 Auch diese Taktform ist nicht nutzbar.
1 1 0 Hier bestimmt Kanal 2 die Senderate und
Kanal 4 die Empfangssrate. Der Takt von
Kanal 4 liegt an der externen Taktaus-
gangsleitung an.
1 1 1 Die Ausgangsrate wird wie bei 110 durch
Kanal 2 bestimmt, die diesmal asynchrone
Leserate durch Kanal 4. Der Taktein-
/Ausgang ist nicht benutzt und liegt
offen.
Die Verfahren 110 und 111 sind zwar die komplexesten, aber
sie beinhalten eine Einschränkung: Da zur Taktbestimmung
Kanal 2 benutzt werden muß, kann hier keine Zweitonübertra-
gung stattfinden!
Als letztes Register des POKEY ist das Interruptregister zu
besprechen.
Auch dieses Register ist in zwei Teile aufgespalten: Ein
Leseregister IRQSTAT und das Schreibregister IRQEN.
Gibt der POKEY einen der unten beschriebenen Interrupts an
die CPU, so prüft deren Interrupthandler über IRQSTAT, wel-
che der Interruptquellen es genau war und verzweigt zu den
entsprechenden Routinen.
Sind alle Bits in IRQSTAT auf Eins, so ist der POKEY nicht
die Unterbrechungsquelle.
Bit Bedeutung (IRQSTAT)
------------------------------------------------------------
7 MSB Unterbrechung aufgrund BREAK-Tastendruck
6 Irgend eine andere Taste ist gedrückt
5 Der serielle Eingang hat Daten gelesen und sie in
SERIN bereitgestellt
4 Das letzte in SEROUT eingetragene Zeichen wurde in
das POKEY-interne parallel/seriell-Wandlungsre-
gister übertragen und es kann das nächste Zeichen
nach SEROUT transportiert werden.
3 Das parallel/seriell-Wandlungsregister des POKEY
ist leer und in das SEROUT-Register wurde auch
kein neuer Wert eingetragen. Die Übertragung ist
somit für den POKEY beendet.
Bit Bedeutung (IRQSTAT) (Fortsetzung)
------------------------------------------------------------
2 Unterbrechung durch Nullwerden von Timer 4
1 Unterbrechung durch Nullwerden von Timer 2
0 LSB Unterbrechung durch Nullwerden von Timer 1
Sämtliche Interrupts können einzeln erlaubt oder disabled
werden. Eine Unterbrechung durch ein bestimmtes Ereignis ist
dann erlaubt, wenn das zu dem Interrupt gehörige Bit gesetzt
(auf 1) ist. Ein in IRQSTAT auf Null stehendes Bit wird
wieder auf 1 gesetzt, wenn das Pendant in IRQEN ebenfalls
zumindest kurzzeitig auf Null gesetzt wird.
Die Zuordnung der Bits zu den Interruptquellen ist bei
IRQSTAT und IRQEN gleich:
Bit Bedeutung (IRQEN)
------------------------------------------------------------
7 MSB Unterbrechung aufgrund BREAK-Tastendruck erlaubt
6 Beliebiger Tasteninterrupt erlaubt
5 Serielle Eingangsunterbrechung erlaubt
4 SEROUT-Interrupt enabled
3 Übertragungsendunterbrechung gestattet
2 Unterbrechung durch Nullwerden von Timer 4 erlaubt
1 Unterbrechung durch Nullwerden von Timer 2 erlaubt
0 LSB Unterbrechung durch Nullwerden von Timer 1 erlaubt
Zu beachten ist auch hier das Schattenregister für IRQEN,
IRQEN@. Wird ein Interrupt neu erlaubt oder verboten, so ist
dies sowohl im Schatten- als auch im Hardwareregister zu
tun. Ist die Abschaltung nicht so eilig, kann sie also im
nächsten Vertical Blank Interrupt geschehen; so muß nur das
Schattenregister korrigiert werden.
Die Korrektur erfolgt durch 'EinODERn' beziehungsweise 'Her-
aus-UNDen' des oder der jeweiligen Bits.
*** ATARI INTERN POKEY ***