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capitoli/26-porta_parallela.md

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+# Programmazione della porta parallela
+
+![Retro di un moderno PC. In viola, la porta
+parallela](../immagini/parallela_2.jpg)
+
+La porta parallela è una delle principali interfacce I/O su un calcolatore.
+Inizialmente usata per connettere la stampante al computer (oggi su molte
+macchine moderne questa porta non è neanche più presente in quanto la maggior
+parte delle stampanti al giorno d'oggi usano un'interfaccia USB), la porta
+parallela è in seguito diventata un interfaccia estremamente utilizzata da
+elettronici e informatici per pilotare tramite il calcolatore dispositivi
+_self-made_, in virtù dell'estrema facilità di programmazione di
+quest'interfaccia.
+
+## Disclaimer
+
+La programmazione della porta parallela è un campo estremamente affascinante, ma
+a cui avvicinarsi con cautela. Il chip che gestisce la porta parallela è sulla
+scheda madre, e in molti casi gestisce anche altri componenti, quali dischi,
+interfacce di I/O ecc. Se non si ha abbastanza esperienza con il saldatore e si
+vuole collegare un dispositivo fatto in casa alla parallela, è meglio NON
+collegarlo direttamente alla porta parallela sulla scheda madre. Ci vuole poco a
+creare un corto circuito che può danneggiare fisicamente e in modo irreparabile
+il chip sulla scheda madre, che in genere non è sostituibile e costringe alla
+sostituzione fisica dell'intera scheda madre. L'avvertenza è ancora più forte se
+si collega il proprio marchingegno elettronico ad un portatile nuovo di zecca.
+Ci vuole poco per trasformare il portatile nuovo di zecca in un oggetto da
+discarica se tra l'interfaccia di I/O e il proprio circuito collegato si viene a
+creare un corto circuito. Il mio consiglio è di interporre tra il proprio
+dispositivo e la porta parallela sulla scheda madre un buffer tri-state che
+possa proteggere la scheda madre stessa, magari un tri-state integrato come il
+pic 74LS44, che ha il seguente schema elettrico:
+
+![schema elettrico](../immagini/parallela.gif)
+
+O, meglio ancora, si può inserire nel proprio slot ISA o PCI della scheda madre
+una scheda del genere, che costa una decina di euro:
+
+![](../immagini/parallela_pci.jpg)
+
+Se c'è qualcosa di sballato nel circuito salta la scheda PCI e con una decina di
+euro si può comprare una nuova, e almeno non salta la scheda madre.
+
+Ancora, se si acquista un computer moderno è probabile che non sia presente
+l'interfaccia parallela. In questo caso si può rimediare con un adattatore
+USB-parallela come il seguente (una decina di euro):
+
+![adattaroe parallela-usb](../immagini/usb_parallela.jpg)
+
+## Struttura della porta
+
+![pin di una porta parallela](../immagini/pin.gif)
+
+Su una porta parallela è possibile leggere o scrivere 1 byte (8 bit) per volta,
+informazione che viene salvata su un registro interno a 8 bit della porta. I pin
+che ci interessano in questa trattazione sono quindi quelli numerati da 2 a 9 (a
+ogni pin corrisponde un bit). I pin da 10 a 17 e 1 vengono usati come pin di
+controllo, per leggere lo status della porta o inviare segnali, mentre quelli da
+18 a 25 sono tutti collegati a massa (tensione di riferimento nulla).
+
+## Individuazione dell'indirizzo della porta parallela
+
+Ogni interfaccia di I/O di un calcolatore è mappata in memoria tramite un range
+di indirizzi, range che serve a identificare in modo non ambiguo il dispositivo
+e alla comunicazione del sistema con esso. La porta parallela è generalmente
+mappata agli indirizzi `0x378-0x37F`. Per essere più sicuri, è meglio
+controllare.  Su un sistema Unix ciò è possibile dando un'occhiata al file
+`/proc/ioports`. Per la porta parallela dovrebbe comparire una riga del genere:
+
+    0378-037f : lp1
+
+Mentre invece su un sistema Windows si può controllare dalla gestione avanzata
+delle periferiche.
+
+## Primitive di sistema per la programmazione del dispositivo
+
+Un sistema Unix mette a disposizione del programmatore una serie di primitive C
+per la gestione della porta parallela e non solo. Tramite le primitive che
+vedremo in questa sede sarà possibile programmare senza molti problemi qualsiasi
+dispositivo di I/O connesso alla propria macchina, ovviamente stando sempre
+attenti a quello che si sta facendo.
+
+### ioperm
+
+Primitiva fondamentale per poter aprire un canale di comunicazione con la
+periferica di I/O è _ioperm()_, il cui compito è di settare o rimuovere i
+permessi di accesso ad una qualsiasi periferica di I/O. Come parametri prende
+
+* L'indirizzo iniziale che identifica la periferica di I/O (`0x378` nel caso
+  della porta parallela);
+* Il numero di byte assegnati alla periferica a partire dal byte iniziale (in
+  genere per la parallela se ne considerano 4);
+* Un intero che identifica se attivare o disattivare l'accesso alla periferica
+  (1 per poter accedere alla periferica, 0 quando l'accesso non serve più).
+
+C'è da ricordare che per utilizzare questa primitiva è necessario avere i
+privilegi di amministratore. Quindi l'applicazione che intende accedere alla
+periferica è necessario che sia di proprietà di root e abbia il bit UID settato,
+in modo da poter accedere alla periferica con ioperm(). Esempio di uso:
+
+```c
+// Indirizzo di partenza della periferica
+#define  PORT  0x378
+
+...
+
+int uid=geteuid();
+
+// Se non sono root, setto i privilegi di root
+if (uid)
+    setreuid(0,0);
+
+// Accedo alla periferica
+if (ioperm(PORT,3,1)==-1)  {
+    perror ("Errore nell'accesso alla periferica\n");
+    exit(1);
+}
+
+// Torno a settare i permessi di utente normale
+if (uid)
+    setreuid(uid,uid);
+```
+
+### inb o outb
+
+Per leggere un byte per volta su una porta di I/O e scriverli il kernel mette a
+disposizione le primitive _inb_ e _outb_, utilizzabili nel proprio codice C a
+patto di includere l'header `<asm/io.h>` (in quanto sono parallele alle
+istruzioni ASM IN e OUT). La loro sintassi è la seguente:
+
+```c
+short int inb (int port);
+void outb (short int val, int port);
+```
+
+_inb_ legge un byte dalla porta all'indirizzo _port_ (precedentemente aperta) e
+ritorna il valore letto. _outb_ invece scrive il byte val sulla porta
+all'indirizzo _port_.
+
+Per applicazioni diverse dalla porta parallela (che avendo 8 data pin può
+interagire con 1 byte per volta) è possibile leggere o scrivere sulla periferica
+una word per volta o una double word rispettivamente con le primitive _inw-outw_
+o _inl-outl_, che hanno la stessa sintassi di quelle già viste.
+
+## Esempio pratico
+
+Prendiamo un esempio facile facile in esame. Immaginiamo di aver collegato alla
+porta parallela un led, collegato in modo che sia polarizzato in diretta
+(terminale positivo sul data pin n.1 della porta parallela e terminale negativo
+collegato ad un qualsiasi ground pin della porta parallela). Vogliamo che il
+nostro led si accenda a intermittenza, diciamo pure con un intervallo di 1
+secondo tra un cambiamento e l'altro (in pratica vogliamo sfruttare la porta
+parallela come un generatore di onde quadre). La cosa è possibilissima con le
+conoscenze che abbiamo finora. Ecco il codice in C:
+
+```c
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <asm/io.h>
+
+// Indirizzo della parallela
+#define PORT            0x378
+
+main()  {
+    // Controllo che utente sono
+    int uid=geteuid();
+     
+    // Se non sono root, acquisisco i privilegi con un setreuid()
+    if (uid)
+        setreuid(0,0);
+
+    // Attivo la porta
+    if (ioperm(PORT,3,1)<0)
+        exit(1);
+
+    // Torno a essere utente normale
+    setreuid(uid,uid);
+
+    // Ciclo infinito
+    while (1) {
+        // Scrivo 0000 0001 sulla porta
+        // in modo da alimentare solo il data pin n.1
+        // dove è collegato il nostro diodo
+        outb(0xFF,PORT);
+
+        // Aspetto un secondo
+        sleep(1);
+
+        // Disattivo i data pin scrivendo 0000 0000 sulla porta
+        outb(0,PORT);
+
+        // Aspetto un secondo
+        sleep(1);
+    }
+}
+```