23.06.2020 10:15:03 |
Автор: IBM 3270 это терминал компьютерного мейнфрейма. Я давно восхищаюсь мейнфреймами от IBM, и особенно этими терминалами. У ранних моделей, 3278 и 3279, была уникальная эстетика, а их блочная система работы заметно отличается от той, которой пользовались вездесущие терминалы серии VT.
Терминал IBM 3278-2 и его пра-пра-правнук, ThinkPad X1, на котором запущен оес. Терминал подсоединён к современному z14 при помощи TN3270.
Не один я хотел попробовать подсоединить настоящий терминал от IBM к эмулятору Hercules [программный эмулятор мейнфреймов IBM (System/370, System/390, zSeries/System z) и совместимых (Amdahl)]. К сожалению, довольно трудно найти контроллер терминала IBM 3174 с интерфейсом Ethernet или Token Ring, версией софта с поддержкой TCP/IP и в рабочем состоянии. К тому же они огромные, шумные, и их сложно обслуживать, поскольку софт на них приходится загружать при помощи редких флоппи-дисков 5" объёмом 2,4 Мб если повезёт, бывают ещё варианты с жёстким диском на 20 Мб. Поэтому я решил сделать собственный контроллер, а в процессе узнать что-то новое.
Немного истории IBM 3270
Судя по записям компании IBM, информационная система 3270 была представлена в 1972 году, а культовый терминал 3278 через пять лет, в 1977. Цветные терминалы появились в 1979 с 3279. Сложновато не запутаться в моделях и годах!
3270 один из самых узнаваемых терминалов, работающих по блочной системе. Поток данных 3270 позволяет программисту описать целый экран, содержащий текст, защищённый от редактирования, доступные для редактирования поля и атрибуты его форматирования. Доступные для редактирования поля позволяют вводить или изменять данные. Вместо того, чтобы отправлять каждое сделанное вами нажатие клавиши сразу на хост, как это происходит у символьных терминалов, этот терминал хранит ввод у себя, пока вы не нажмёте особую клавишу к примеру, Enter. Только после этого весь ввод отправляется на хост блоком данных. Такая система улучшает воспринимаемую отзывчивость компьютера в случае медленной или ненадёжной связи. Также это снижает требования по мощности хоста, и позволяет подключать к нему гораздо больше блочных терминалов, чем символьных. В чём-то это весьма напоминает заполнение формы на HTML-странице.
Для ранних 3270 предлагалась всякая прикольная периферия, типа световых ручек для улучшения навигации и устройств для чтения магнитных карт к сожалению, на eBay я их не встречал.
Терминалы соединяются с контроллером коаксиальным кабелем по топологии звезда. При помощи балуна можно превратить её в более привычную схему подключения по витой паре, хотя, как мне кажется, IBM предпочла бы, чтобы вы использовали их систему подключения. Контроллер соединяется с мейнфреймом по разным интерфейсам, в зависимости от того, местный это контроллер или удалённый. Кроме того, подключение менялось со временем. Среди интерфейсов присутствовали:
- Parallel Channel
- ESCON Channel
- X.21
- V.35
- Token Ring
- Ethernet
В итоге контроллеры IBM 3174 и 3274 бывают самых разных форм и размеров от небольших настольных модулей, до средних устройств, предназначенных для установки в стойку и крупных напольных сооружений.
Контроллеры терминалов от IBM по часовой стрелке, начиная снизу слева: 3174-1L, 3174-23 (без передней крышки), 3174-61R и 3274-41D.
Другие компании, включая Memorex, производили совместимые терминалы и контроллеры. С распространением персональных компьютеров терминалы начали менять на ISA, PCMCIA и потом PCI-карточки, позволявшие подсоединять по тому же коаксиальному кабелю ПК с эмулятором. Позднее, с развитием LAN и TCP/IP эти подсоединения заменил телнет TN3270, которому не требовалось специальное железо или коаксиальный кабель.
Для клиентов, обзаведшихся сетью TCP/IP, но всё ещё пользующихся большим количеством физических терминалов, поздние варианты контроллеров 3174 предлагали возможность соединять их с мейнфреймом телнетом по TCP/IP. Для подсоединения к Hercules нам нужны именно такие контроллеры. Меня очень интересовал тот факт, что они также предлагали эмуляцию VT100, с помощью которой терминал 3270 можно было соединить с хостом на UNIX или VMS так, будто бы это был VT100. Для меня это было странным ведь терминал заточен под блочную передачу, поэтому эмуляция VT100 кажется невозможной.
Последним терминалом от IBM стал 3483, представленный в конце 1990-х. К тому времени терминалы напоминали уже тонких клиентов и использовали стандартные мониторы VGA и клавиатуры с интерфейсом PS/2.
Разбираемся в протоколе
Изначальный мой поиск навёл меня на описание кабельного подключения и потока данных для 3270. Всё это было хорошо описано, однако там ничего не сказано о протоколе передачи данных между терминалом и контроллером. Его детали я смог найти, только раскопав технические описания устаревших на сегодня чипов, использовавшихся для создания интерфейсов с ПК. Их производили CHIPS и National Semiconductor:
- CHIPS 82C570
- NS DP8340
- NS DP8341
- NS DP8344
Устройства соединяются друг с другом коаксиальным кабелем с характерным импедансом 93 . Кабель этот имеет тип RG-62 в отличие от сетей на Ethernet 10BASE2, использующих топологию шины и кабель с импедансом в 50 . Для уменьшения шума в длинных участках кабеля используется разностная передача сигналов, и максимальная рекомендованная длина отрезка между устройствами по спецификации составляет 1,5 км.
Данные идут с битрейтом в 2,3587 Мб/с в Манчестерском кодировании. Эта схема обеспечивает перепад напряжения с низкого уровня на верхний уровень (или наоборот) в рамках каждого бита, что гарантирует надёжную передачу данных до получателя. В каждом кадре содержится одно или несколько 10-битных слов. Каждое слово начинается с бита синхронизации и заканчивается битом чётности. Начало и конец кадра отмечают уникальные последовательности.
Вместо тысячи слов или, как в данном случае, 10 бит. Команда чтения состояния, отправленная с контроллера на терминал.
Все коммуникации инициирует контроллер. Он отправляет на терминал кадр, содержащий управляющее слово и опциональные слова с данными (что-то типа параметров). Терминал отвечает кадром, содержащим одно или несколько слов с данными.
Оказалось, что терминалов существует два типа CUT и DFT. CUT перекладывают обработку потока данных 3270 на управляющий модуль, и преобразуют их в базовые операции вроде движения курсора по адресу или записи символов в буфер дисплея (он же кадровый буфер). Большую часть функций, которые люди ассоциируют с терминалом 3270, выполняет контроллер то есть, логика терминала CUT проще, чем у сравнимого по функциональности VT1000. Терминалы DFT могут обрабатывать поток данных 3270 самостоятельно, и контролер просто передаёт поток на терминал.
Подробную документацию протокола я веду на GitHub.
Hello world
На eBay до сих пор можно найти передатчики DP8340 и приёмники DP8341 от National Semiconductor, поэтому я купил их и некоторые другие компоненты, перечисленные в техническом описании. Сначала я думал собрать интерфейс с нуля, однако эти интегральные схемы передатчика и приёмника в итоге обеспечили передачу данных.
Я также нашёл контроллер IBM 3174-23R для установки в стойку с интерфейсом Token Ring, и решил, что больше мне ничего и не надо. К сожалению, дискета с управляющей программой оказалась испорченной, и загрузить получалось только диск диагностики. Диагностическая программа показывала менюшки на терминале, чего хватило для перехвата части трафика между терминалом и контроллером для последующего анализа.
Я сделал простую схему приёмника по описанию DP8341 на макетной плате, подключил её к Arduino Mega, и при помощи т-коннектора подключился между контроллером и терминалом. Я был в восторге, впервые увидев поднятие напряжения на контакте DATA AVAILABLE и вызов моего обработчика прерываний. На то, чтобы надёжно считывать данные с приёмника, у меня ушло некоторое время. Вскоре я обнаружил, что памяти в 8 Кб на Arduino Mega мне уже не хватает, а поток данных шёл слишком быстро, чтобы в реальном времени скидывать их на ПК по последовательному порту.
Большая часть перехваченных мною сообщений была командами запросов с контроллера и подтверждениями, отправленными терминалом. Поскольку все коммуникации начинает контроллер, он постоянно должен опрашивать терминал на предмет нажатой клавиши. Отфильтровав все сообщения об отсутствии нажатия, я смог разметить скан-коды клавиш, которые возвращает терминал.
Я также перехватил счётчик адресов загрузки и команды на запись данных, связанные с буфером дисплея. Адрес извлечь было легко, однако сначала я не нашёл данных, записываемых в буфер дисплея, в ожидаемой мною кодировке EBCDIC (я ждал её, учитывая схему работы диагностического интерфейса на терминале). Также это была и не ASCII оказалось, что терминал использует свою кодировку символов. Как она называется, я не знаю, и отсылок к ней я не нашёл. Большую часть кодировки я смог разметить при помощи диагностического интерфейса. А когда я добавил на макетную плату передатчик DP8340, то смог полностью разметить все символы сначала, конечно же, выведя на экран hello world!
У терминала 3270 есть строка состояния, которая выводится в самом низу экрана. Ею, за исключением текущей позиции курсора, управляет контроллер. Сбивает с толку, что строка состояния начинается с адреса 0 в буфере экрана, хотя находится в самом низу а адрес 80 соответствует верхней левой ячейке в режиме 80 столбцов. Также кодировка символов в строке состояния отличается от остальных, и в неё входят много необычных символов.
В итоге я смог написать библиотеку для Python, pycoax, для сериализации и десериализации кадров 3270. Код на Python работает на ПК и общается с Arduino по последовательному порту (физически через USB).
Наконец, я разработал свою первую печатную плату при помощи KiCad и отправил на изготовление в JLCPCB. Спустя неделю и $15, я получил 5 шилдов для Arduino, готовых к сборке. Плата работает значительно лучше макетной, количество ошибок заметно уменьшилось. Да, и признаюсь, что мне пришлось заказывать плату дважды, поскольку в первый раз я совершил ошибку при разводке.
Arduino Mega и шилд-интерфейс для коаксиала
Создание oec
Моей целью было создать замену контроллеру IBM 3174, которую можно было бы использовать совместно с Hercules. Теперь, когда я понял, что терминал типа CUT не обрабатывают поток данных 3270 самостоятельно, я понял, что реализовать сначала эмуляцию VT100 будет гораздо проще, чем TN3270.
Я нашёл pyte, обеспечивающий эмуляцию VT100 в памяти, и поддерживающий подключение к процессу (типа командной оболочки или SSH). Мне нужно было только опрашивать терминал на предмет нажатий клавиш, передавать их процессу, обновлять эмулятор pyte, передавая ему выходные данные с процесса, а потом выводить эмулированный экран терминала на сам терминале. А кроме этого ещё нужно было следить, включен терминал или отключен, и отслеживать здоровье процесса.
Первые контроллеры, существовавшие в эпоху дорогой памяти, не удерживали копию экрана в своей памяти, как я делаю это сейчас. У терминала CUT есть команды на чтение из буфера дисплея и на поиск ячеек, соответствующих определённой последовательности типа атрибута, обозначающего начало поля ввода. Я обнаружил, что без подобных ограничений куда легче хранить копию экрана в памяти и обновлять терминал.
Вдохновившись pyte, я написал pytn3270, быблиотеку TN3270 на чистом Python, обеспечивающую похожую эмуляцию в памяти. Для интеграции с контроллером потребовалось сопоставить атрибуты полей байту атрибутов терминала 3270. Я мог бы использовать x3270, однако мне хотелось лучше разобраться в протоколе telnet и потоке данных 3270. Для протокола TN3270 я реализовал необходимый минимум но его достаточно для подключения к z/OS, а библиотека на чистом Python может оказаться полезной и вне этого проекта.
На сегодня oec ещё далёк от поддержки абсолютно всех функций контроллера IBM 3174, однако пользоваться им можно. Скачать его можно с GitHub.
Будущее
Во-первых, хочу добавить меню связи, чтобы можно было выбирать хоста (пока что мы умеем подключаться только к одному хосту) и поддержку нескольких логических терминалов. Потом добавлю поддержку EAB и TN3270E для этого мне нужно будет реализовать некоторые функции в pytn3270, которых пока не хватает.
Пока я работаю над интерфейсом на основе FPGA, чтобы не полагаться на устаревшие микросхемы от National Semiconductor и в процессе изучаю протокол и немного Verilog.
Категории: 
XDC Debugger
