1

AKiSO

Interfejsy cyfrowe: RS232C, LPT, FireWire, USB

Interfejsy cyfrowe

– Interfejsy lokalne (

I2C, SPI (Microwire),

1-Wire, UART

,

PCI, AGP,

SATA

)

– Interfejsy zewnętrzne (

USB, FireWire,

RS-232C, RS-485, CAN

,

GPIB,

Centronics

)

– Interfejsy szeregowe

– Interfejsy równoległe

2

Interfejsy cyfrowe

Szeregowy standard komunikacyjny, objęty specyfikacją EIA/TIA-232-E, do transmisji
danych na nieduże odległości (do 15m), z szybkością do 115 kb/s.
Transmisja odbywa się szeregowo asynchronicznie ,tzn. informacja jest przesyłana
w ramkach o z góry określonym formacie , wyposażonych w sygnały początku i końca
ramki.

RS232C

STAN
SPOCZYNKU

BIT STARTU
(ZAWSZE RÓWNY 0)

D0

D1

D2

D3 D4

D5

D6

D7

BIT KONTROLI PARZYSTOŚCI
MOŻE GO NIE BYĆ

DANE (5...8 BITÓW)

BITY STOPU
(1; 1.5 LUB 2)

NASTĘPNE
BITY DANYCH

NASTĘPNY
BIT STARTU

Poziomy napięć występujące na złączu:

• logiczna '1' to napięcie z zakresu –3 V do –15 V
• logiczne '0' to napięcie od +3 V do +15V.

Interfejsy cyfrowe

Kontrolę przepływu możemy podzielić na :

• Sprzętową - za pomocą sygnałów RTS/CTS - urządzenie, które nie może chwilowo

odebrać danych (np. ma pełny bufor odbiorczy) dezaktywuje sygnał CTS, co
powoduje zatrzymanie transmisji kolejnych znaków ,do czasu ponownego przejścia
sygnału CTS w stan aktywny.

• Programową - protokół XON/XOFF - urządzenie aby wstrzymać lub zatrzymać

transmisję wysyła specjalny znak sterujący. Przy takim rozwiązaniu do transmisji
wystarczą tylko linie TxD i RxD , lecz transmisja musi się odbywać w trybie pełnego
dupleksu.

RS232C

Topologia wyprowadzeń:

Połączenie Null modem

Wtyk

DB-25

Wtyk
DB-9

Nazwa sygnału

Kierunek

sygnału

1

- Masa ochronna

-

2

3 Dane wysyłane (TxD)

wy

3

2 Dane otrzymywane (RxD)

we

4

7 Gotowość wysłania danych (RTS)

wy

5

8 Gotowość przyjęcia danych (CTS)

we

6

6 Gotowy zestaw danych (DSR)

we

7

5 Masa sygnałowa (SG)

-

8

1 Wybrany (RLSD)

we

20

4 Urządzenie gotowe (DTR)

wy

22

9 Sygnał dzwonienia (RI)

we

3

Interfejsy cyfrowe

Klasyczny, równoległy interfejs komputerowy.
Trzy tryby pracy:

• SPP (Standard Parallel Port) - Centronics
• ECP (Extended Capabilities Port)
• EPP(Enhanced Parallel Port)

Oryginalny port równoległy IBM posiada 12 cyfrowych wyjść oraz 5 cyfrowych wejść do
których istnieje dostęp poprzez 3 rejestry 8-bitowe, umieszczone w przestrzeni I/O
procesora:

•

8 wyjść dostępnych przez DATA Port

•

5 wejść dostępne przez STATUS Port

•

4 wyjścia dostępne przez CONTROL Port

•

pozostałe 8 końcówki są podłączone do masy

Data Port

Status

Control

LPT1

0x03bc

0x03bd

0x03be

LPT2

0x0378

0x0379

0x037a

LPT3

0x0278

0x0279

0x027a

Port równoległy

Interfejsy cyfrowe

Port równoległy

Wyprowadzenia na styku DB25

Poziomy TTL, wydajność prądowa ok. 12 mA

4

Interfejsy cyfrowe

Port równoległy

Tryb pracy ECP

• zaprojektowany przez Hewlett Packard and Microsoft
• dwukierunkowa szyna danych
• szybkość transmisji ok. 50 razy większa w odniesieniu do SPP
• zastosowanie buforów wej/wyj typu FIFO
• transfer danych do/z portu za pomocą kanałów DMA
• zastosowanie kompresji przesyłania danych (on-line)

•

inne znaczenie pinów DB25 (zwłaszcza sterujących)

Tryb pracy SPP

• szybkość przesyłania danych ok. 50 ... 150 kB/s w kierunku od komputera do

urządzenia współpracującego

• prosty protokół danych z potwierdzeniem odbioru przez odbiornik

Tryb pracy EPP

• zaprojektowany przez Intel, Xircom & Zenith Data Systems
• dwa standardy EPP 1.7 i EPP 1.9 (IEEE 1284 – 1994 rok)
• szybkość transmisji od 500kB/s do 2MB/s

•

zmiany „bardziej programowe” niż sprzętowe w stosunku do poprzednich wersji

•

inne znaczenie pinów DB25 (zwłaszcza sterujących)

Interfejsy cyfrowe

FireWire

Trzy nazwy oznaczające tę samą magistralę:

FireWire (Apple) == i.LINK (Sony) == IEEE-1394 (numer normy komitetu IEEE)

Trzy prędkości transmisji (transfer w trybie asynchronicznym):

• 100 Mbit/s (12.5 MB/sec)

• 200 Mbit/s (25 MB/sec)

• 400 Mbit/s (50 MB/sec)

Sieć pracuje z prędkością dostosowaną do najwolniejszego urządzenia.

Istnieje możliwość negocjacji wyższej prędkości na wybranych odcinkach sieci. Aby to

zapewnić kontroler FireWire musi prowadzić dwie dodatkowe bazy danych (Topology Map

i Speed Map), w których odnotowuje aktualne położenie urządzeń i ich parametry.

Właściwości

• automatyczna numeracja urządzeń (Auto-ID)

• możliwość dołączania i odłączania urządzeń w trakcie pracy (Hot-Plugging)

• automatyczne zamykanie końców magistrali impedancją falową (Auto Termination)

5

Interfejsy cyfrowe

FireWire

Okablowanie

Przykładowy schemat sieci

Interfejsy cyfrowe

Interfejs USB (ang. Universal Serial Bus)

www.usb.org

Trzy szybkosci:

•

Low Speed – 1.5 Mb/s (v.1.0)

•

Full Speed – 12 Mb/s (v.1.1)

•

High Speed – 480 Mb/s (v.2.0)

Cztery przewody: Vbus, GND, D+, D-

Zasilanie z huba: Vbus nom = 5V, min. 4 V; I max = 500 mA

Max. dlugosc kabla: 5 m

Zlacza typu: A (PC) i B (Urzadzenie)

Philips

Northern Telecom

HP

DEC

Lucent

IBM

NEC

NEC

Microsoft

Microsoft

Intel

Intel

Compaq

Compaq

USB 2.0

USB 1.0

Philips

Northern Telecom

HP

DEC

Lucent

IBM

NEC

NEC

Microsoft

Microsoft

Intel

Intel

Compaq

Compaq

USB 2.0

USB 1.0

USB

6

Interfejsy cyfrowe

USB 3.0

Szybkość do 5 Gbit/s
Transmisja Full Duplex
Prąd do 900 mA

Firmy:

Apple Computer, Hewlett-Packard, NEC, Microsoft, Intel, Agere Systems

Rys. http://supermozg.gazeta.pl/

Interfejsy cyfrowe

USB

Topologia sieci

•

PC jest glównym „hubem” (root hub)

•

Huby rozszerzaja liczbe urzadzen do 126 (7-bit adres);
adres 0 zarezerwowany dla „root hub”

PC

USB

USB

Hub

USB

USB

USB

USB

PC

USB

USB

Device

Device

Device

Device

Device

7

Interfejsy cyfrowe

USB

Typy transferów

•

BULK

– gwarantowana dokladnosc lecz zmienny czas

dostarczenia danych

•

ISOCHRONOUS

– gwarantowany czas dostarczenia lecz nie

gwarantowana dokladnosc

•

CONTROL

– numeracja i sterowanie ukladem

•

INTERRUPT

– przewidywany czas “odpytywania”

Charakterystyka:

wszystkie transfery sa inicjowane przez hosta (PC)

uklady odpowiadaja na zadanie hosta

kierunki transferu: OUT - od hosta do urzadzenia

IN - od urzadzenia do hosta

brak mozliwosci transferu „kazdy z kazdym”

transfer USB zapewniany jest w 1 ms ramkach (host wysyla
znacznik SOF (Start of Frame - Token ) co 1 ms)

zawartosc pakietów w ramkach ustala host

Interfejsy cyfrowe

USB

Format ramki

dane przesylane sa w pakietach identyfikowanych przez PID (Packet
ID)

pakiet „Token” okresla rodzaj przesylanych danych

pakiety „Data” zawiera wlasciwe dane

pakiety „Handshake” informuja o poprawnosci lub bledzie
przesylania danych

Video

Audio

Mouse

Control Printer Printer

1 msec frame

S

O

F

...

Isochronous

Interrupt

Control

Bulk

S

O

F

1 msec frame

8

Interfejsy cyfrowe

USB

ENDPOINT

– punkt koncowy;

mozna rozumiec jako adresowalne FIFO

endpoint typu CONTROL jest dwukierunkowy, pozostale sa
jednokierunkowe

4 bity adresowe + 1 bit kierunku okreslaja jeden z 32 buforów (FIFO)

dostepne uklady (sterowniki USB) maja rózna liczbe „endpoints” i
rózne rozmiary buforów

Interfejsy cyfrowe

USB

Proces enumeracji

Enumeracja

– proces podczas którego urzadzenie zostaje

podlaczone do systemu USB

•

Fizyczne podlaczenie do gniazda USB

•

Host rozpoznaje podlaczone urzadzenie („pull-up” rezystor 1.5kΩ
na linii D+)

•

Host za posrednictwem Control Endpoint 0 przydziela adres i
konfiguruje uklad

•

Host laduje sterownik dla rozpoznanego ukladu

9

Interfejsy cyfrowe

USB

Typy transferów

USB Bulk Transfers

USB Isochronous Transfers

USB Interrupt Transfers

I
N

A
D
D
R

E
N
D
P

C
R
C
5

Token Packet

Payload

Data

C
R
C
1
6

Data Packet

A
C
K

I
N

A
D
D
R

E
N
D
P

C
R
C
5

Token Packet

D
A
T
A
0

Payload

Data

C
R
C
1
6

Data Packet

A
C
K

H/S Pkt

H/S Pkt

D
A
T
A
1

I

N

A
D
D
R

E
N
D
P

C
R
C
5

Token Packet

D
A
T
A
0

Payload

Data

C
R
C
1
6

Data Packet

I
N

A
D
D
R

E
N
D
P

C
R
C
5

Token Packet

D
A
T
A
1

Payload

Data

C
R
C
1
6

Data Packet

A
C
K

H/S Pkt

Interfejsy cyfrowe

USB

Typy transferów

USB Control Transfers

I

N

A
D
D
R

E
N
D
P

C
R
C
5

Token Packet

D
A
T
A
0

8 bytes

Setup

Data

C
R
C
1
6

Data Packet

A
C
K

H/S Pkt

S
E
T
U
P

A
D
D
R

E
N
D
P

C
R
C
5

Token Packet

D
A
T
A
1

Payload

Data

C
R
C
1
6

Data Packet

A
C
K

H/S Pkt

D
A
T
A
1

O
U
T

A
D
D
R

E
N
D
P

C
R
C
5

Token Packet

C
R
C
1
6

Data Pkt

A
C
K

H/S Pkt

SETUP

Stage

DATA
Stage

(optional)

STATUS

Stage

10

Interfejsy cyfrowe

USB

USB On The Go (OTG)

sense

D-

mAB

D+

Vb

Gnd

USB

sense

D-

mAB

D+

Vb

Gnd

USB

D-

mA

D+

Vb

Gnd

D-

mB

D+

Vb

Gnd

Schemat zlacza Mini-AB

Nowy kabel: Mini-A do Mini-B

Interfejsy cyfrowe

USB

W praktyce T

• kontrolery „device” (PDIUSBD12, FT245BM)

• kontrolery „host” (dla PC i systemów wbudowanych)

• kontrolery „host/device” (SL811)

• mikroprocesory z USB (LPC2148, SAM7, V)

• problem sterowników

• numery VID i PID