Linux I/O port programming mini-HOWTO
  Autore: Riku Saikkonen <Riku.Saikkonen@hut.fi>
  v, 28 dicembre 1997

  Questo HOWTO descrive la programmazione delle porte I/O e come realiz­
  zare delle brevi attese di tempo nei programmi che girano in modo
  utente, su macchine basate sugli Intel x86.  Traduzione di Fabrizio
  Stefani, 15 ottobre 1999.
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  Indice Generale


  1. Introduzione
  2. Usare le porte I/O nei programmi C
     2.1 Il metodo normale
     2.2 Un altro metodo: /dev/port

  3. Gli interrupt (IRQ) e l'accesso DMA
  4. Temporizzazione ad elevata precisione
     4.1 Ritardi
        4.1.1 Pause: sleep() e usleep()
        4.1.2 nanosleep()
        4.1.3 Ritardare tramite l'I/O sulle porte
        4.1.4 Ritardare usando le istruzioni assembler
        4.1.5 rdtsc per i Pentium
     4.2 Misurare il tempo

  5. Altri liguaggi di programmazione
  6. Alcune utili porte
     6.1 La porta parallela
     6.2 La porta giochi (joystick)
     6.3 La porta seriale

  7. Suggerimenti
  8. Risoluzione dei problemi
  9. Codice d'esempio
  10. Crediti


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  11..  IInnttrroodduuzziioonnee

  Questo HOWTO descrive la programmazione delle porte I/O e come
  realizzare delle brevi attese di tempo nei programmi che girano in
  modo utente, su macchine basate sugli Intel x86. Questo documento è
  derivato dal piccolissimo IO-Port mini-HOWTO dello stesso autore.

  Questo documento è Copyright 1995-1997 di Riku Saikkonen. Vedere il
  Linux HOWTO copyright
  <http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/COPYRIGHT> per i
  dettagli.

  Se avete delle correzioni o qualcosa da aggiungere, contattatemi
  liberamente via e-mail (NdT: in inglese) presso
  (Riku.Saikkonen@hut.fi)...

  Cambiamenti rispetto alla versione precedente (30 Mar 1997):

  ·  Chiarite le cose a proposito di inb_p/outb_p e la porta 0x80.

  ·  Tolte le informazioni su udelay(), poiché nanosleep() fornisce un
     modo più pulito di usarlo.


  ·  Convertito in Linuxdoc-SGML e riorganizzato.

  ·  Numerose altre modifiche e aggiunte minori.



  22..  UUssaarree llee ppoorrttee II//OO nneeii pprrooggrraammmmii CC

  22..11..  IIll mmeettooddoo nnoorrmmaallee

  Le routine per accedere alle porte I/O sono in /usr/include/asm/io.h
  (o linux/include/asm-i386/io.h nella distribuzione del sorgente del
  kernel). Tali routine sono delle macro inline, quindi è sufficiente
  usare #include <asm/io.h>; non vi serve nessuna libreria aggiuntiva.

  A causa di una limitazione in gcc (presente fino alla versione
  2.7.2.3) e in egcs (tutte le versioni), _d_o_v_e_t_e compilare qualunque
  sorgente che usa tali routine con l'ottimizzazione abilitata (gcc -O1
  o maggiore), oppure #define extern deve essere vuoto prima di mettere
  #include <asm/io.h>.

  Per il debugging potete usare gcc -g -O (almeno con le ultime versioni
  di gcc), sebbene l'ottimizzazione possa causare, a volte, un
  comportamento un po' strano del debugger. Se ciò vi dà noia, mettete
  le routine che accedono alla porta I/O in un file sorgente separato e
  compilate con l'ottimizzazione abilitata solo quest'ultimo.

  Prima di accedere a qualunque porta, dovete dare al vostro programma
  il permesso per farlo. Ciò si fa chiamando la funzione ioperm()
  (dichiarata in unistd.h e definita nel kernel) da qualche parte
  all'inizio del vostro programma (prima di qualunque accesso ad una
  porta I/O). La sintassi è ioperm(from, num, turn_on), dove from è il
  primo numero di porta e num il numero di porte consecutive a cui dare
  l'accesso. Per esempio, ioperm(0x300, 5, 1) dà l'accesso alle porte da
  0x300 a 0x304 (per un totale di 5 porte). L'ultimo argomento è un
  valore booleano che specifica se dare (true (1)) o togliere (false
  (0)) al programma l'accesso alle porte. Potete chiamare più volte
  ioperm() per abilitare più porte non consecutive. Vedere la pagina di
  manuale di ioperm() per i dettagli sulla sintassi.

  La chiamata ioperm() necessita che il vostro programma abbia privilegi
  di root; quindi dovete o eseguirlo da root, oppure renderlo suid root.
  Dopo che avete effettuato la chiamata ioperm per abilitare le porte
  che volete usare, potete rinunciare ai privilegi di root. Alla fine
  del programma non è necessario abbandonare esplicitamente i privilegi
  di accesso alle porte con ioperm(..., 0), ciò verrà fatto
  automaticamente quando il processo esce.

  Un setuid() fatto ad un utente che non è root non disabilita l'accesso
  alla porta che gli era stato fornito da ioperm(), invece un fork() lo
  disabilita (il processo figlio non acquisisce l'accesso, mentre il
  padre lo mantiene).

  ioperm() può fornire l'accesso solo alle porte da 0x000 a 0x3ff; per
  porte più alte dovete usare iopl() (che, con una sola chiamata, vi
  fornisce l'accesso a tutte le porte). Per fornire al vostro programma
  l'accesso a _t_u_t_t_e le porte usate 3 come argomento di livello (cioè
  iopl(3)) (quindi state attenti --  accedere alle porte sbagliate può
  provocare un sacco di sgradevoli cose al vostro computer). Di nuovo,
  per effettuare la chiamata a iopl() dovete avere i privilegi di root.
  Vedere le pagine di manuale di iopl(2) per maggiori dettagli.

  Poi, per accedere realmente alle porte... Per leggere (input) un byte
  (8 bit) da una porta, chiamare inb(port), che restituisce il byte
  presente all'ingresso. Per scrivere (output) un byte, chiamare
  outb(value, port) (osservate l'ordine dei parametri). Per leggere una
  word (16 bit) dalle porte x e x+1 (un byte da ognuna per formare una
  word con l'istruzione assembler inw) chiamare inw(x). Per scrivere una
  word sulle due porte si usa outw(value, x). Se non siete sicuri su
  quali istruzioni (byte o word) usare per le porte, probabilmente vi
  servono inb() e outb() --- la maggior parte dei dispositivi sono
  progettati per gestire l'accesso alle porte a livello di byte.
  Osservate che tutte le istruzioni per accedere alle porte richiedono,
  almeno, un microsecondo (circa) per essere eseguite.

  Le macro inb_p(), outb_p(), inw_p(), e outw_p() funzionano esattamente
  come le precedenti, ma esse introducono un ritardo, di circa un
  microsecondo, dopo l'accesso alla porta; potete allungare tale ritardo
  a circa quattro microsecondi mettendo #define REALLY_SLOW_IO prima di
  #include <asm/io.h>.  Queste macro, di solito (a meno che inserite
  #define SLOW_IO_BY_JUMPING, che è probabilmente meno preciso),
  effettuano una scrittura sulla porta 0x80 per ottenere il ritardo;
  quindi, prima di usarle, dovete dargli l'accesso alla porta 0x80 con
  ioperm() (le scritture fatte sulla porta 0x80 non hanno conseguenze su
  nessuna parte del sistema). Per ottenere dei ritardi con sistemi più
  versatili, continuate a leggere.

  Nelle raccolte di pagine di manuale per Linux, nelle versioni
  ragionevolmente recenti, ci sono le pagine di manuale per ioperm(2),
  iopl(2) e per le suddette macro.



  22..22..  UUnn aallttrroo mmeettooddoo:: //ddeevv//ppoorrtt

  Un altro modo per accedere alle porte I/O è quello di aprire, in
  lettura e/o scrittura, con open(), il dispositivo a caratteri
  /dev/port (numero primario 1, secondario 4) (le funzioni stdio f*()
  hanno un buffer interno, quindi evitatele). Poi posizionatevi con un
  lseek() sul byte appropriato nel file (posizione 0 del file = porta
  0x00, posizione 1 del file = porta 0x01 e così via...) e leggete
  (read()), o scrivete (write()), un byte o una word da, o in, esso.

  Ovviamente, perché ciò funzioni, il vostro programma avrà bisogno
  dell'accesso in lettura/scrittura a /dev/port. Questo metodo è
  probabilmente più lento del metodo normale precedentemente descritto,
  ma esso non necessita né di ottimizzazioni in compilazione né della
  funzione ioperm(). Non vi serve nemmeno di avere l'accesso da root, se
  impostate per /dev/port l'accesso per utenti, o gruppi, non root ---
  ma far questo è una pessima idea, in termini di sicurezza del sistema,
  poiché è possibile danneggiare il sistema, forse anche ottenere
  l'accesso a root, usando /dev/port per accedere direttamente ai dischi
  rigidi, alle schede di rete, ecc.



  33..  GGllii iinntteerrrruupptt ((IIRRQQ)) ee ll''aacccceessssoo DDMMAA

  Non è possibile usare gli IRQ o il DMA direttamente da un processo in
  modo utente. Dovete scrivere un driver di kernel; vedere The Linux
  Kernel Hacker's Guide
  <http://www.redhat.com:8080/HyperNews/get/khg.html> per i dettagli e
  il codice sorgente del kernel per gli esempi.

  Inoltre, non è possibile disabilitare gli interrupt da un programma
  che gira in modo utente.



  44..  TTeemmppoorriizzzzaazziioonnee aadd eelleevvaattaa pprreecciissiioonnee

  44..11..  RRiittaarrddii

  Innanzi tutto devo precisare che, a causa della natura multitasking di
  Linux, non è possibile garantire che un processo che gira in modo
  utente abbia un preciso controllo delle temporizzazioni. Il vostro
  processo potrebbe essere sospeso per un tempo che può variare dai,
  circa, dieci millisecondi, fino ad alcuni secondi (in un sistema molto
  carico).  Comunque, per la maggior parte delle applicazioni che usano
  le porte I/O, ciò non ha importanza. Per minimizzare tale tempo
  potreste assegnare al vostro processo un più alto valore di priorità
  (vedere la pagina di manuale di nice(2)), oppure potreste usare uno
  scheduling in real time (vedere sotto).

  Se volete una temporizzazione più precisa di quella disponibile per i
  processi che girano in modo utente, ci sono delle "forniture" per il
  supporto dell'elaborazione real time in modo utente. I kernel 2.x di
  Linux forniscono un supporto per il soft real time; vedere la pagina
  di manuale di sched_setscheduler(2) per i dettagli. C'è un kernel
  speciale che supporta l'hard real time; per maggiori informazioni
  vedere <http://luz.cs.nmt.edu/~rtlinux/>.


  44..11..11..  PPaauussee:: sslleeeepp(())  ee uusslleeeepp(())

  Laciatemi incominciare con le più semplici chiamate di funzioni di
  temporizzazione. Per ritardi di più secondi la scelta migliore è,
  probabilmente, quella di usare sleep(). Per ritardi dell'ordine delle
  decine di millisecondi (il ritardo minimo sembra essere di circa 10
  ms) dovrebbe andar bene usleep(). Tali funzioni cedono la CPU agli
  altri processi (vanno a dormire: ``sleep''), in modo  che il tempo di
  CPU non venga sprecato. Per i dettagli vedere le pagine di manuale di
  sleep(3) e usleep(3).

  Per ritardi inferiori a, circa, 50 millisecondi (dipendentemente dal
  carico del sistema e dalla velocità del processore e della macchina)
  il rilascio della CPU richiede troppo tempo, ciò perché (per
  l'architettura x86) lo scheduler generalmente lavora almeno dai 10 ai
  30 millisecondi prima di restituire il controllo al vostro processo.
  Per questo motivo, per i piccoli ritardi, usleep(3) in genere ritarda
  un po' più della quantità specificatagli nei parametri, almeno 10 ms
  circa.


  44..11..22..  nnaannoosslleeeepp(())

  Nei kernel di Linux della serie 2.0.x, c'è una nuova chiamata di
  sistema, nanosleep() (vedere la pagina di manuale di nanosleep(2)),
  che vi permette di dormire o ritardare per brevi periodi di tempo
  (pochi microsecondi o poco più).

  Per ritardi fino a 2 ms, se (e solo se) il vostro processo è impostato
  per lo scheduling in soft real time, nanosleep() usa un ciclo di
  attesa, altrimenti dorme ("sleep"), proprio come usleep().

  Il ciclo di attesa usa udelay() (una funzione interna del kernel usata
  da parecchi driver del kernel) e la lunghezza del ciclo viene
  calcolata usando il valore di BogoMips (la velocità di questo tipo di
  cicli di attesa è una delle cose che BogoMips misura accuratamente).
  Per i dettagli sul funzionamento vedere /usr/include/asm/delay.h.



  44..11..33..  RRiittaarrddaarree ttrraammiittee ll''II//OO ssuullllee ppoorrttee

  Un altro modo per realizzare un ritardo di pochi microsecondi è di
  effettuare delle operazioni di I/O su una porta. La lettura dalla, o
  la scrittura sulla (come si fa è stato descritto precedentemente),
  porta 0x80 di un qualsiasi byte impiega quasi esattamente un
  microsecondo, indipendentemente dal tipo e dalla velocità del
  processore. Potete ripetere tale operazione più volte per ottenere
  un'attesa di pochi microsecondi. La scrittura sulla porta non dovrebbe
  avere controindicazioni su una qualsiasi macchina standard (e infatti
  qualche driver del kernel usa questa tecnica). Questo è il metodo
  normalmente usato da {in|out}[bw]_p() per realizzare il ritardo
  (vedere asm/io.h).

  In effetti una istruzione di I/O su una qualunque delle porte
  nell'intervallo 0-0x3ff impiega quasi esattamente un microsecondo;
  quindi se, per esempio, state accedendo direttamente alla porta
  parallela, potete semplicemente effettuare degli inb() in più su essa
  per ottenere il ritardo.


  44..11..44..  RRiittaarrddaarree uussaannddoo llee iissttrruuzziioonnii aasssseemmbblleerr

  Se conoscete il tipo e la velocità del processore della macchina su
  cui girerà il programma, potete sfruttare un codice basato
  sull'hardware, che usa certe istruzioni assembler, per realizzare dei
  ritardi molto brevi (ma ricordate, lo scheduler può sospendere il
  vostro processo in qualsiasi momento, quindi i ritardi potrebbero
  essere impredicibilmente più lunghi del previsto). Nella tabella
  sotto, la velocità interna del processore determina il numero di cicli
  di clock richiesti; cioè, per un processore a 50 MHz (tipo un 486DX-50
  o un 486DX2-50) un ciclo di clock dura 1/50.000.000 di secondo (pari a
  200 nanosecondi).



       Istruzione      cicli di clock      cicli di clock
                         su un i386          su un i486

       nop                   3                   1
       xchg %ax,%ax          3                   3
       or %ax,%ax            2                   1
       mov %ax,%ax           2                   1
       add %ax,0             2                   1



  (Mi dispiace ma non conosco quelli dei Pentium, probabilmente sono
  vicini a quelli del i486. Non ho trovato una istruzione che impieghi
  un ciclo di clock su un i386. Usate le istruzioni che impiegano un
  solo ciclo di clock, se possibile, altrimenti le tecniche di pipeling
  dei moderni processori potrebbero abbreviare i tempi.)

  Le istruzioni nop e xchg, indicate nella tabella, non dovrebbero avere
  effetti collaterali. Le altre potrebbero modificare i flag dei
  registri, ma ciò non dovrebbe essere un problema poiché gcc dovrebbe
  accorgersene. nop è una buona scelta.

  Per usarle nel vostro programma chiamate asm("istruzione").  La
  sintassi delle istruzioni è come nella tabella sopra. Se volete
  mettere più istruzioni in un singolo statement asm() separatele con
  dei punti e virgola. Ad esempio asm("nop ; nop ; nop ; nop") esegue
  quattro istruzioni nop, generando un ritardo di quattro cicli di clock
  sui processori i486 o Pentium (o 12 cicli di clock su un i386).

  gcc traduce asm() in codice assembler inline, per cui si risparmiano i
  tempi per la chiamata di funzione.

  Ritardi più brevi di un ciclo di clock sono impossibili con
  l'architettura Intel x86.


  44..11..55..  rrddttsscc  ppeerr ii PPeennttiiuumm

  Per i Pentium, potete ottenere il numero di cicli di clock trascorsi
  dall'ultimo avvio del sistema con il seguente codice C:



       ______________________________________________________________________
          extern __inline__ unsigned long long int rdtsc()
          {
            unsigned long long int x;
            __asm__ volatile (".byte 0x0f, 0x31" : "=A" (x));
            return x;
          }
       ______________________________________________________________________



  Potete sondare tale valore per ritardare di quanti cicli di clock vi
  pare.



  44..22..  MMiissuurraarree iill tteemmppoo

  Per tempi della precisione dell'ordine del secondo è probabilmente più
  facile usare time(). Per tempi più precisi, gettimeofday() è preciso
  fino a circa un microsecondo (ma vedete quanto già detto riguardo lo
  scheduling). Con i Pentium, il frammento di codice sopra (rdtsc) ha
  una precisione pari a un ciclo di clock.

  Se volete che il vostro processo riceva un segnale dopo un certo
  quanto di tempo, usate setitimer() o alarm(). Per i dettagli vedere le
  pagine di manuale delle suddette funzioni.



  55..  AAllttrrii lliigguuaaggggii ddii pprrooggrraammmmaazziioonnee

  La descrizione precedente era relativa specificatamente al linguaggio
  C.  Dovrebbe valere inalterata per il C++ e l'Objective C. In
  assembler, dovete effettuare la chiamata a ioperm() o iopl() come in
  C, ma dopo di ciò potete usare direttamente le istruzioni di
  lettura/scrittura per l'I/O nella porta.

  In altri linguaggi, a meno che possiate inserire nel programma codice
  assembler o C inline, oppure possiate usare le chiamate di sistema
  precedentemente menzionate, è probabilmente più facile scrivere un
  semplice file sorgente C contenente le funzioni per l'accesso in I/O
  alle porte o i ritardi che vi servono, e compilarlo e linkarlo con il
  resto del programma. Oppure usare /dev/port come descritto
  precedentemente.



  66..  AAllccuunnee uuttiillii ppoorrttee

  Vengono ora date delle informazioni per la programmazione delle porte
  più comuni che possono essere usate per l'I/O delle logiche TTL (o
  CMOS) general purpose.

  Se volete usare queste o altre porte per il loro scopo originale (cioè
  controllare una normale stampante o un modem), fareste meglio ad usare
  i driver esistenti (che, di solito, sono inclusi nel kernel) piuttosto
  che programmare direttamente le porte come descritto in questo HOWTO.
  Questa sezione è indirizzata a quelli che vogliono connettere alle
  porte standard di un PC degli schermi LCD, dei motori passo passo, o
  altri componenti specifici.

  Se volete controllare un dispositivo di largo uso, come uno scanner
  (che è sul mercato già da un po'), cercate se c'è già un driver di
  Linux che lo riconosce. L'Hardware-HOWTO
  <http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/Hardware-HOWTO> è un buon
  posto da cui iniziare la ricerca.

  <http://www.hut.fi/Misc/Electronics/> è una buona fonte per
  informazioni sulla connessione di dispositivi ai computer (e sugli
  apparecchi elettronici in generale).



  66..11..  LLaa ppoorrttaa ppaarraalllleellaa

  L'indirizzo base della porta parallela (detto ``BASE'' nel seguito) è
  0x3bc per /dev/lp0, 0x378 per /dev/lp1 e 0x278 per /dev/lp2. Se volete
  solo controllare un qualcosa che si comporta come una normale
  stampante, vedete il Printing-HOWTO
  <http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/Printing-HOWTO>.

  Nella maggior parte delle porte parallele, oltre al modo standard di
  sola scrittura descritto qui sotto, esiste un modo bidirezionale
  `esteso'.  Per maggiori informazioni su tale argomento e sui nuovi
  modi ECP/EPP, vedere  <http://www.fapo.com/> e
  <http://www.senet.com.au/~cpeacock/parallel.htm>. Ricordate che poiché
  non è possibile usare gli IRQ o il DMA in un programma che gira in
  modo utente, per usare ECP/EPP dovrete probabilmente scrivere un
  driver kernel. Credo che qualcuno stia già scrivendo un tale driver,
  ma non conosco i dettagli della cosa.

  La porta BASE+0 (porta dati) controlla i segnali dei dati della porta
  (da D0 a D7 per i bit da 0 a 7, rispettivamente; stati: 0 = basso (0
  V), 1 = alto (5 V)). Una scrittura in tale porta fissa i dati sui pin.
  Una lettura restituisce i dati che sono stati scritti per ultimi, in
  modo standard (oppure esteso), oppure restituisce i dati provenienti
  dai pin di un altro dispositivo che lavora in modo reale esteso.

  La porta BASE+1 (porta di Stato) è di sola lettura e restituisce lo
  stato dei seguenti segnali d'ingresso:

  ·  Bit 0 e 1, sono riservati.

  ·  Bit 2 stato dell'IRQ (non è un pin, non so come funziona)

  ·  Bit 3 ERROR (1 = alto)

  ·  Bit 4 SLCT (1 = alto)

  ·  Bit 5 PE (1 = alto)

  ·  Bit 6 ACK (1 = alto)

  ·  Bit 7 -BUSY (0 = alto)

     (Non sono sicuro degli stati alto e basso)

  La porta BASE+2 (porta di Controllo) è di sola scrittura (una lettura
  restituisce gli ultimi dati scritti) e controlla i seguenti segnali di
  stato:

  ·  Bit 0 -STROBE (0 = alto)

  ·  Bit 1 AUTO_FD_XT (1 = alto)

  ·  Bit 2 -INIT (0 = alto)

  ·  Bit 3 SLCT_IN (1 = alto)

  ·  Bit 4, quando impostato ad 1, abilita l'IRQ della porta parallela
     (che si verifica nella transizione da basso ad alto di ACK)

  ·  Bit 5 controlla la direzione del modo esteso (0 = scrittura, 1 =
     lettura) ed è assolutamente di sola scrittura (una lettura di
     questo bit non restituisce nulla di utile).

  ·  Bit 6 e 7, sono riservati.

     (Di nuovo, non sono sicuro degli stati alto e basso)

  Configurazione dei pin (connettore a "D" femmina a 25-pin sulla porta)
  (i = input, ingresso; o = output, uscita):


       1io -STROBE, 2io D0, 3io D1, 4io D2, 5io D3, 6io D4, 7io D5, 8io D6,
       9io D7, 10i ACK, 11i -BUSY, 12i PE, 13i SLCT, 14o AUTO_FD_XT,
       15i ERROR, 16o -INIT, 17o SLCT_IN, 18-25 Ground (Massa)



  Le specifiche IBM dicono che i pin 1, 14, 16 e 17 (le uscite di
  controllo) hanno i driver dei collettori aperti connessi a 5 V
  attraverso resistori da 4,7 Kohm (pozzo 20 mA, fonte 0,55 mA, uscita a
  livello alto pari a 0,5 V meno il pullup). I rimanenti pin hanno il
  pozzo a 24 mA, la fonte a 15 mA, e la loro uscita a livello alto è di
  2,4 V (minimo). Per entrambi, lo stato basso è di 0,5 V (massimo). Le
  porte parallele non IBM probabilmente si discostano da questo
  standard. Per maggiori informazioni a tal riguardo vedere
  <http://www.hut.fi/Misc/Electronics/circuits/lptpower.html>.

  In ultimo un avvertimento: state attenti con i collegamenti a massa.
  Io ho rotto diverse porte parallele collegandoci qualcosa mentre il
  computer era acceso. Per giochetti del genere sarebbe buona cosa usare
  una porta parallela che non sia integrata sulla piastra madre. (Di
  solito è possibile ottenere una seconda porta parallela, per la
  propria macchina, tramite una economica e standard scheda `multi-I/O';
  semplicemente disabilitate le porte di cui non avete bisogno e
  impostate l'indirizzo I/O, della porta parallela sulla scheda, ad un
  indirizzo libero.  Non dovete preoccuparvi dell'IRQ della porta
  parallela visto che, normalmente, non viene usato.)



  66..22..  LLaa ppoorrttaa ggiioocchhii ((jjooyyssttiicckk))

  La porta giochi è situata agli indirizzi 0x200-0x207. Per controllare
  i normali joystick c'è un apposito driver a livello di kernel, vedere
  <ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/kernel/patches/>, nome del file
  joystick-*.

  Configurazione dei pin (connettore a "D" femmina a 15 pin sulla
  porta):

  ·  1, 8, 9, 15: +5 V (alimentazione)

  ·  4, 5, 12: Massa

  ·  2, 7, 10, 14: ingressi digitali BA1, BA2, BB1 e BB2,
     rispettivamente

  ·  3, 6, 11, 13: ingressi ``analogici'' AX, AY, BX e BY,
     rispettivamente

  I pin +5 V sembra che siano spesso collegati direttamente alle linee
  di alimentazione sulla piastra madre, quindi dovrebbero poter fornire
  un bel po' di potenza, a seconda della piastra madre,
  dell'alimentatore e della porta giochi.

  Gli ingressi digitali sono usati per i pulsanti dei due joystick
  (joystick A e joystick B, con due pulsanti ciascuno) collegabili alla
  porta.  Dovrebbero usare i normali livelli d'ingresso TTL e potete
  leggerne lo stato direttamente dalla porta di stato (vedere sotto).
  Quando il pulsante è premuto, il joystick restituisce uno stato basso
  (0 V), altrimenti restituisce uno stato alto (i 5 V del pin
  dell'alimentazione attraverso un resistore di un Kohm).

  I cosìdetti ingressi analogici in effetti misurano una resistenza.  La
  porta giochi ha un quadruplo multivibratore monostabile (un integrato
  558) collegato ai quattro ingressi. Ad ogni ingresso, fra il pin di
  ingresso e l'uscita del multivibratore, c'è un resistore da 2,2 Kohm
  e, fra l'uscita del multivibratore e la massa, c'è un condensatore di
  temporizzazione pari a 0,01 uF. Un joystick (in senso fisico) ha un
  potenziometro per ogni asse (X e Y), connesso fra +5 V e l'appropriato
  pin d'ingresso (AX o AY per il joystick A, oppure BX o BY per il
  joystick B).

  Il multivibratore, quando attivato, imposta alte (5 V) le sue linee di
  uscita ed aspetta che ogni condensatore di temporizzazione raggiunga i
  3,3 V prima di abbassare le rispettive linee di uscita. Così facendo,
  la durata dello stato alto del multivibratore  è proporzionale alla
  resistenza del potenziometro nel joystick (cioè alla posizione della
  leva sull'asse corrispondente), secondo la relazione:

       R = (t - 24,2) / 0,011


  dove R è la resistenza (in ohm) del potenziometro e t la durata dello
  stato alto (in secondi).

  Quindi, per leggere gli ingressi analogici, dovete prima attivare il
  multivibratore (con una scrittura sulla porta; vedere sotto), poi
  controllare (con letture ripetute della porta) lo stato dei quattro
  assi finché non scendono dallo stato alto a quello basso e quindi
  misurare la durata del loro stato alto. Tale controllo richiede
  abbastanza tempo di CPU e, su di un sistema multitasking non in real
  time come Linux (in modo utente normale), il risultato non è molto
  preciso perché non potete controllare costantemente la porta (a meno
  che usiate un driver a livello di kernel e disabilitiate gli interrupt
  durante il controllo; ma così si spreca ancor più tempo di CPU). Se
  sapete che il segnale impiegherà parecchio tempo (decine di ms) per
  tornare basso, potete chiamare usleep() prima di cominciare il
  controllo, dando così quel tempo di CPU ad altri processi.


  La sola porta di I/O a cui vi serve di accedere è la porta 0x201 (le
  altre porte o si comportano identicamente, o non fanno nulla).
  Qualsiasi scrittura su questa porta (non importa cosa scrivete) attiva
  il multivibratore. Una lettura da questa porta restituisce lo stato
  dei segnali di ingresso:

  ·  Bit 0: AX (stato dell'uscita del multivibratore (1 = alto))

  ·  Bit 1: AY (stato dell'uscita del multivibratore (1 = alto))

  ·  Bit 2: BX (stato dell'uscita del multivibratore (1 = alto))

  ·  Bit 3: BY (stato dell'uscita del multivibratore (1 = alto))

  ·  Bit 4: BA1 (ingresso digitale, 1 = alto)

  ·  Bit 5: BA2 (ingresso digitale, 1 = alto)

  ·  Bit 6: BB1 (ingresso digitale, 1 = alto)

  ·  Bit 7: BB2 (ingresso digitale, 1 = alto)



  66..33..  LLaa ppoorrttaa sseerriiaallee

  Se il dispositivo che vi interessa supporta qualcosa che somiglia alla
  RS-232, allora dovreste poter usare la porta seriale per comunicare
  con esso. Il driver di Linux per le porte seriali dovrebbe andar bene
  per quasi tutte le applicazioni (non dovete programmare direttamente
  la porta seriale, per farlo, probabilmente, dovreste scrivere un
  driver kernel); è piuttosto versatile, quindi usando velocità di
  trasmissione (bps) non standard, o cose del genere, non dovrebbero
  esserci problemi.

  Per maggiori informazioni sulla programmazione delle porte seriali sui
  sistemi Unix, vedere la pagina di manuale di termios(3), il codice
  sorgente del driver per la porta seriale (linux/drivers/char/serial.c)
  e  <http://www.easysw.com/~mike/serial/index.html>.



  77..  SSuuggggeerriimmeennttii

  Se volete un buon I/O analogico, potete collegare dei chip ADC e/o DAC
  alla porta parallela (suggerimento: per l'alimentazione usate il
  connettore della porta giochi o un connettore di alimentazione per i
  dischi ancora libero che va cablato fino all'esterno del computer, a
  meno che non abbiate un dispositivo a basso consumo e possiate usare
  la porta parallela stessa per l'alimentazione, o una fonte di
  alimentazione esterna), o comprare una scheda AD/DA (la maggior parte
  di quelle più vecchie, più lente, vengono controllate dalle porte
  I/O). Oppure, se vi accontentate di 1 o 2 canali, non vi dà fastidio
  l'imprecisione e (probabilmente) uno spostamento di fuori zero,
  dovrebbe bastarvi (ed è davvero veloce) una scheda audio economica che
  sia supportata dai driver audio di Linux.

  Con dispositivi analogici precisi, una cattiva messa a terra può
  generare degli errori negli input o output analogici. Se vi capita
  qualcosa del genere, potreste provare ad isolare elettricamente il
  vostro dispositivo dal computer, usando degli accoppiatori ottici (su
  _t_u_t_t_i i segnali tra il computer ed il dispositivo). Per ottenere un
  migliore isolamento provate a prendere l'alimentazione per gli
  accoppiatori dal computer (i segnali non usati sulla porta potrebbero
  fornire potenza sufficiente).

  Se state cercando un programma (per Linux) per il progetto di circuiti
  stampati, c'è un'applicazione per X11, chiamata Pcb, che funziona
  piuttosto bene, almeno se non dovete fare niente di molto complesso.
  È inclusa in parecchie distribuzioni di Linux ed è disponibile in
  <ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/apps/circuits/> (nomefile pcb-*).



  88..  RRiissoolluuzziioonnee ddeeii pprroobblleemmii


     DD11..
        Quando accedo alle porte ottengo "segmentation faults" (errori
        di segmentazione).


     RR11..
        Il tuo programma non ha i privilegi di root, oppure la chiamata
        ioperm() è fallita per qualche altro motivo. Controlla il valore
        restituito da ioperm(). Inoltre, assicurati di stare accedendo
        proprio alle porte che hai abilitato con ioperm() (vedi D3). Se
        stai usando le macro di ritardo (inb_p(), outb_p(), e via
        dicendo), ricordati di effettuare una chiamata a ioperm() per
        ottenere l'accesso anche alla porta 0x80.


     DD22..
        Non riesco a trovare le funzioni in*() e out*() definite
        ovunque, e gcc si lamenta per dei riferimenti non definiti
        (undefined references).


     RR22..
        Non hai compilato con l'ottimizzazione abilitata (-O) e quindi
        gcc non riesce a risolvere le macro contenute in asm/io.h.
        Oppure non hai messo affatto #include <asm/io.h>


     DD33..
        out*() non fa nulla, o fa qualcosa di strano.


     RR33..
        Controlla l'ordine dei parametri; deve essere outb(valore,
        porta) e non outportb(porta, valore) come è in MS-DOS.


     DD44..
        Voglio controllare un dispositivo standard RS-232/una stampante
        parallela/un joystick...


     RR44..
        Probabilmente ti conviene usare i driver esistenti (nel kernel
        di Linux, o in un server X, o da qualche altra parte). I driver
        generalmente sono abbastanza versatili, tanto che anche i
        dispositivi non standard di solito ci funzionano. Vedere le
        informazioni precedentemente date riguardo le porte standard per
        indicazioni sulle relative documentazioni.



  99..  CCooddiiccee dd''eesseemmppiioo

  Ecco un pezzo di un semplice codice d'esempio per l'accesso alla porta
  I/O:
       ______________________________________________________________________
       /*
        * example.c: un semplicissimo esempio di I/O su porta
        *
        * Questo codice non fa nulla di utile, solo una scrittura sulla
        * porta, una pausa e una lettura dalla porta. Compilatelo con
        * `gcc -O2 -o example example.c' ed eseguitelo da root con `./example'.
        */

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

       #define BASEPORT 0x378 /* lp1 */

       int main()
       {
         /* Richiede l'accesso alle porte */
         if (ioperm(BASEPORT, 3, 1)) {perror("ioperm"); exit(1);}

         /* Imposta bassi (0) i segnali di dati (D0-7) della porta */
         outb(0, BASEPORT);

         /* Va in pausa (dorme) per un po' (100 ms) */
         usleep(100000);

         /* Legge dalla porta lo stato (BASE+1) e mostra il risultato */
         printf("stato: %d\n", inb(BASEPORT + 1));

         /* La porta non ci serve piu' */
         if (ioperm(BASEPORT, 3, 0)) {perror("ioperm"); exit(1);}

         exit(0);
       }

       /* fine dell'esempio example.c */
       ______________________________________________________________________



  1100..  CCrreeddiittii

  Ha contribuito troppa gente perché io possa elencarla, ma grazie
  tante, a tutti. Non ho risposto a tutti i contributi che mi sono
  giunti; me ne scuso, e grazie ancora per l'aiuto.