ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΗΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ

ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕΣΩ ΓΡΑΜΜΩΝ ΙΣΧΥΟΣ

Διπλωματική εργασία του Φοιτητή

Διονύση Ζώη

Επιβλέπων Καθηγητής

Αν.Καθηγητής Χρήστος Κουκουρλής

ΞΑΝΘΗ 2008

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________

Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ.................................................................................................................. 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1.............................................................................................................

Η ΓΕΝΙΚΗ ΙΔΕΑ, ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ............................. 7

1.1 TO ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ WIRELESS USB(WUSB) ................................................ 10 1.1.1 Επισκόπηση της αρχιτεκτονικής του δικτύου ................................................. 11 1.1.2 Τοπολογία ......................................................................................................... 11

1.1.3 Iσχύς ασύρματου συστήματος και διαχείριση ισχύος........................................ 12

1.1.4 Μελέτη σκοπιμότητας ....................................................................................... 13

1.2 Διευρυμένο φάσμα με ευθεία ακολουθία (Direct Sequence Spread Spectrum) .. 14

1.3 Τεχνική Διαμόρφωσης DSSS για την ασύρματη βαθμίδα Wireless USB LP ...... 15

Αναφορές .................................................................................................................. 18

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 .......................................................................................................... 19

ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΙΣΧΥΟΣ (PLC-PowerLine Communications) ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥΣ ΣΤΑ ΕΥΡΩΠΑΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΙΣΧΥΟΣ............................................ 19

2.1 Εισαγωγή ............................................................................................................. 19

2.2 Χαρακτηριστικά της τεχνολογίας Powerline Networks ...................................... 21

2.2.1 Αρχιτεκτονική δικτύου και μέρη του συστήματος ........................................... 21

2.2.2 Ασφάλεια δικτύου και απόρρητο επικοινωνιών ............................................... 23

2.2.4 Ενδοκαναλική παρεμβολή ................................................................................ 24

2.3 Συμπεράσματα ..................................................................................................... 24

Αναφορές ................................................................................................................... 25

KEΦΑΛΑΙΟ 3 .......................................................................................................... 26

H ΒΑΘΜΙΔΑ UM232R USB-Serial UART ............................................................. 26

3.1.Εισαγωγή ............................................................................................................. 26

3.1.1.Χαρακτηριστικά του UM232R ........................................................................ 27

3.1.2.Ακροδέκτες του UM232R και περιγραφή των σημάτων ................................ 28

3.1.3 Συνδεσμολογία του UM232R με τον μικροεπεξεργαστή/Αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία. ................................................................................................................ 29

_____________________________________________________________________

Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 2


3.2 Ασύγχρονη-Σύγχρονη Σειριακή επικοινωνία (USART ) .................................. 32

Αναφορές .................................................................................................................. 42

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ......................................................................................................... 43

Η ΒΑΘΜΙΔΑ XPORT-ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ TCP-IP ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΣΕ ΣΕΙΡΙΑΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ........................................................................................................43

4.1 Εισαγωγή ............................................................................................................. 43

4.2 Λειτουργική περιγραφή ...................................................................................... 45

4.2.1 Ρυθμίσεις server .............................................................................................. 47

4.2.2 Ρύθμιση παραμέτρων σειριακής θύρας .......................................................... 47

4.2.2.1 Ρυθμίσεις modem ......................................................................................... 47

4.2.3 Ανώτερες ρυθμίσεις ........................................................................................ 48

4.3 Λογισμικό ανακατεύθυνσης δεδομένων σειριακής θύρας(COM port Redirector software) ................................................................................................................... 49

Αναφορές .................................................................................................................. 52

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ........................................................................................................ 53

Η ΒΑΘΜΙΔΑ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΠΟΜΠΟΔΕΚΤΗ CYRF6936 ………………….. 53

5.1 Εισαγωγή ………………………………………………………………………. 53

5.1.1 Ρυθμοί αποστολής δεδομένων ……………………………………………….. 55

5.1.2 Ρυθμίσεις στρώματος σύνδεσης ……………………………………………… 55

5.1.3 Βuffers πακέτων ……………………………………………………………… 56

5.1.4 Αυτόματη Ακολουθία Ανταλλαγής Δεδομένων (ATS)………………………. 57

5.1.5 Αντίστροφη συμβατικότητα ………………………………………………….. 57

5.1.6 Ρυθμοί δεδομένων ……………………………………………………………. 58

5.2 Λειτουργική περιγραφή ………………………………………………………… 58

5.3 Επισκόπηση και χρήση της σύγχρονης σειριακής επικοινωνίας (SPI) ………… 64

Αναφορές …………………………………………………………………………… 75

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 …………………………………………………………………….. 76

Η ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ …………………………………………... 76

6.1 Το modem PLC XE102 της Νetgear …………………………………………... 76

6.2 Η πλακέτα διασύνδεσης USB. …………………………………………………. 77

6.3 Η πλακέτα διασύνδεσης Εthernet ………………………………………………. 81

_____________________________________________________________________



6.4 Το λογισμικό της εφαρμογής ………………………………………………….. 84

6.5 To λογισμικό ελέγχου και η επίδειξη του συστήματος………………………… 95

6.6 Συμπεράσματα-Mελλοντικές προτάσεις ……………………………………….. 97

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ………………………………………………………………….. 99

Ο ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ PIC16F877A………………………………………. 99

Α.1 Χαρακτηριστικά του μικροεπεξεργαστή ……………………………………… 99

Α.2 Οργάνωση μνήμης …………………………………………………………… 100

Α.3 Θύρες εισόδου/εξόδου ………………………………………………………... 104

Α.3.1 Θύρα Α και ο καταχωρητής TRISA ……………………………………….. 104

Α.4 Στοιχείο Master Σύγχρονης Σειριακής Θύρας (MSSP) ……………………… 105

Α.4.1 Λειτουργία master ………………………………………………………….. 105

Α.5 Στοιχείο ασύγχρονης/σύγχρονης σειριακής επικοινωνίας (USART) ……….. 106

Α.6 Διαστάσεις του μικροελεγκτή PIC16F877A …………………………………. 108

_____________________________________________________________________



Εισαγωγή

Αυτή η διπλωματική εργασία εχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη ενός εναλλακτικού συστήματος ασύρματης πρόσβασης σε γρήγορο διαδίκτυο.Το σύστημα που αναπτύχθηκε έχει ως δίκτυο κορμού (backbone) το δίκτυο διανομής χαμηλής τάσης που διαθέτουν τα κτίρια,στο οποιο αναπτύσσεται η τεχνολογία δικτύωσης Powerline Communications (PLC) , ενώ παράλληλα δίνει την δυνατότητα ασύρματης επέκτασης του δικτύου δεδομένων σε έναν τερματικό υπολογιστή που υποστηρίζει την ασύρματη τεχνολογία Wireless Universal Serial Bus (WUSB) .

H προσπάθεια αυτή έγινε στα πλαίσια της τάσης που κυριαρχεί για ευέλικτα και γρήγορα συστήματα επικοινωνιών. Η τεχνολογία Powerline Communications δίνει την δυνατότητα αξιοποίησης των ευρύτατα διαθέσιμων ηλεκτρικών υποδομών,ενώ παράλληλα η ασύρματη τεχνολογία WUSB προσθέτει χαρακτηριστικά γρήγορων ρυθμών δεδομένων και χαμηλής κατανάλωσης.

Τα δυο συστήματα που υλοποιήθηκαν σε δυο διακριτές πλακέτες , διαθέτουν τρείς ξεχωριστές βαθμίδες.Η πρώτη πλακέτα περιέχει εναν μικροεπεξεργαστή PIC, την βαθμίδα RF CYRF6936 της Cypress Semiconductors και την βαθμίδα UM232R μετατροπής πρωτοκόλλου USB σε σειριακή ασύγχρονη επικοινωνία UART.Το δεύτερο σύστημα διαθέτει τις ίδιες βαθμίδες, με την διαφορά οτι έχει αντικατασταθεί το UM232R με την βαθμίδα X-Port,η οποία είναι ένας μετατροπέας Εthernet σε σειριακή ασύγχρονη μετάδοση UART.

Η ανάπτυξη του λογισμικού έγινε σε γλώσσα προγραμματισμού Assembly και με το σχεδιαστικό περιβάλλον MPLAB της εταιρίας Microchip.Ο σχεδιασμός των πλακετών υλοποιήθηκε με το σχεδιαστικό εργαλείο Protel ver 99.

H ύλη της διπλωματικής εργασίας χωρίζεται σε 6 κεφάλαια και ένα Παράρτημα, τα εξής:

• Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η γενική ιδέα του συστήματος,ενώ παράλληλα δίνεται ενα θεωρητικό υπόβαθρο γύρω απο το πρωτόκολλο Wireless USB και την τεχνική διαμόρφωσης DSSS που χρησιμοποιεί η ασύρματη βαθμίδα CYRF6936.

• Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη εισαγωγή στα συστήματα επικοινωνιών μέσω γραμμών μεταφοράς ισχύος (Powerline Communications) και παρουσιάζονται διάφορα ζητήματα απο την ανάπτυξη τους στην Ευρώπη.

• Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά της βαθμίδας UM232R μετατροπής πρωτοκόλλου USB σε σειριακή ασύγχρονη επικοινωνία UART.Δίνεται επίσης μια αναλυτικη περιγραφή του πρωτοκόλλου περιφερειακής επικοινωνίας UART.

_____________________________________________________________________



• Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά της βαθμίδας X-Port,που αποτελεί έναν μετατροπέα ΤCP-IP επικοινωνίας σε σειριακή ασύγχρονη επικοινωνία.Παράλληλα,αναλύονται οι λογισμικές δυνατότητες που παρέχει η βαθμίδα στον χρήστη.

• Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται διεξοδικά η ασύρματη βαθμίδα CYRF6936 της Cypress Semiconductor.Παράλληλα γίνεται μια παρουσίαση του πρωτοκόλλου σύγχρονης σειριακής περιφερειακής επικοινωνίας SPI.

• Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται μια αναλυτική περιγραφή της υλοποίησης του συστήματος,με φωτογραφικές απεικονίσεις και σχηματικά διαγράμματα των πλακετών που κατασκευάστηκαν.Παρουσιάζεται επίσης το λογικό διάγραμμα του λογισμικού που αναπτύχθηκε καθώς και ο πλήρης κώδικας του προγράμματος.

• Στο Παράρτημα Α, δίνονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά του μικροεπεξεργαστή PIC16F877A της Μicrochip, και τα οποία χρησίμευσαν στην υλοποίηση του συστήματος.

Την ανάθεση και επίβλεψη της διπλωματικής εργασίας είχε ο Αν.Καθηγητής κ. Χ.Κουκουρλής, στον οποίο θέλω να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες για την εμπιστοσύνη και υποστήριξη που μου έδειξε τόσο κατά την ανάθεση όσο και κατά την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας.Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον μεταπτυχιακό φοιτητή κ. Μάριο Κεσούλη για την πολύτιμη βοήθεια του στην κατασκευή των πλακετών καθώς και τον μεταπτυχιακό ηλεκτρολόγο μηχανικό κ. Φάνη Μαυρομμάτη για την πολύτιμη συμβολή του .Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου,για την πολύτιμη ηθική και οικονομική συμπαράσταση που μου παρείχε καθόλη την διάρκεια των σπουδών μου.

_____________________________________________________________________


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Η ΓΕΝΙΚΗ ΙΔΕΑ, ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ Ένα από τα χαρακτηριστικά της εποχής μας είναι η ραγδαία ανάπτυξη του διαδικτύου και των υπηρεσιών που αυτό μπορεί να παρέχει. Διάφορες ηλεκτρονικές εφαρμογές, όπως το ηλεκτρονικό εμπόριο, τα ηλεκτρονικά ιστολόγια, το video conference και άλλα πολλά παραδείγματα έχουν καταστήσει επιτακτική την ανάγκη για γρήγορες ταχύτητες δεδομένων, ως ένα ζωτικό παράγοντα της σύγχρονης οικονομίας και κοινωνίας μας. Ταυτόχρονα η ασύρματη πρόσβαση και γενικότερα η φορητότητα της επικοινωνίας αποτελούν εξαιρετικά επιθυμητά χαρακτηριστικά. Στο άμεσο μέλλον οι σημερινές τεχνολογίες δικτύων θα φτάσουν στα όρια των δυνατοτήτων τους μη δυνάμενες να εξυπηρετήσουν μια όλο και πιο απαιτητική ζήτηση για μεγάλους ρυθμούς δεδομένων. Η λύση δεν μπορεί παρά να βρίσκεται στην έρευνα για νέες τεχνολογίες δικτύων με ακόμη πιο δυναμικά χαρακτηριστικά από αυτά που διαθέτουν οι υπάρχουσες τεχνολογίες. Με αυτό το σκεπτικό διάφορες εταιρίες εμπνεόμενες από την μεγάλη επιτυχία του πρωτοκόλλου επικοινωνιών USB-2 προχώρησαν στην κατασκευή της ασύρματης εκδοχής του, την οποία ονόμασαν WUSB (Wireless USB) [4][7][8][9]. Η τεχνολογία WUSB με ρυθμούς δεδομένων της τάξης του USB-2 (480Mbps) και με αρκετά χαμηλή κατανάλωση ώστε να είναι ιδανική για φορητές συσκευές παρέχει όλα τα εχέγγυα ώστε να διεκδικήσει την πρωτοκαθεδρία στις εμπορικές ασύρματες τεχνολογίες. Απο το σχήμα 1.1 διαπιστώνει κανείς ότι η WUSB πλεονεκτεί σε σχέση με την τεχνολογία Wi-fi καιWi-max όσον αφορά την ταχύτητα δεδομένων και την κατανάλωση ισχύος [7][10] , ενώ υστερεί από την σχεδίαση της ως προς την εμβέλεια του δικτύου που είναι μεγαλύτερη στις υπόλοιπες τεχνολογίες, κάτι που δείχνει ότι η WUSB ενδείκνυται για δίκτυα δεδομένων μικρών αποστάσεων. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 7

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________

Εύρος

λειτουργίαςΡυ

θμός

δεδομ

ένων

Κατανάλωση ισχύος

WUSB

WIMAX

WIFI

Σχήμα 1.1 Σύγκριση υπαρχουσών ασυρμάτων τεχνολογιών Μια ακόμη πολλά υποσχόμενη τεχνολογία είναι τα δίκτυα δεδομένων μέσω γραμμών χαμηλής τάσης, ή αλλιώς Powerline Networks (PLC). H τεχνολογία PLC διαμορφώνει ψηφιακά δεδομένα με την τεχνική ΟFDM, μέσω των γραμμών διανομής ισχύος. Με αυτόν τον τρόπο υλοποιεί ένα δίκτυο δεδομένων πρωτοκόλλου Ethernet, και καθιστά δυνατή την υλοποίηση δικτύου υπολογιστών. Το μεγάλο πλεονέκτημα που εισάγει αυτή η τεχνολογία είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη για εγκατάσταση δικτυακών υποδομών, αφού αυτές είναι πολλαπλά διαθέσιμες στα ηλεκτρικά δίκτυα των κτιριακών εγκαταστάσεων. Παράλληλα, η χρήση της τεχνολογίας απαιτεί ελάχιστο εξοπλισμό, σε σχέση με άλλες τεχνολογίες δικτύωσης. Έτσι μειώνεται και το χρονικό και το κοστολογικό περιθώριο,που απαιτεί μια εγκατάσταση δικτύου δεδομένων. Στο παρακάτω Σχήμα 1.2 απεικονίζεται μια πιθανή υλοποίηση ενός δικτύου υπολογιστών,βάσει της ιδέας με την οποία ασχολείται η διπλωματική εργασία. Παρατηρεί κανείς ότι εκμεταλλευόμενοι την υπάρχουσα ηλεκτρική δικτύωση ενός κτιρίου, εγκαθίσταται ένα νέο δίκτυο υπολογιστών, ενώ παράλληλα με την χρήση ασύρματων modem το internet παρέχεται σε εμβέλεια ενός δωματίου ασύρματα και χωρίς επιπλέον ρύθμιση ή εγκατάσταση, αρκεί ο τερματικός υπολογιστής να υποστηρίζει την τεχνολογία WUSB. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 8


δίκτυο

Σχήμα1.2 Μια εναλλακτική συνδεσμολογία δικτύου υπολογιστών για οικιακά δίκτυα ή δίκτυα γραφείων και υπηρεσιών Σε μια προσπάθεια αξιοποίησης των δυο προαναφερθείσων τεχνολογιων, επιλέξαμε στην ερευνητική μας εφαρμογή να αξιοποιήσουμε την ασύρματη τεχνολογία WUSB, και την τεχνολογια PLC, ώστε να παρουσιάσουμε μια συνολική πρόταση εναλλακτικής πρόσβασης στο διαδίκτυο. Η παρούσα εφαρμογή θεωρεί ως δίκτυο κορμού το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ισχύος χαμηλής τάσης (Power Line Communications, PLC) και ασχολείται με την ασύρματη επέκτασή στο χώρο μέσω της πρωτοποριακής τεχνολογίας WUSB. Η εφαρμογή βασίστηκε σε ένα εμπορικό προϊόν PLC ενώ αναπτύχθηκε μία κάρτα ασύρματης επέκτασης της πρόσβασης στο διαδίκτυο βάσει της προαναφερθείσας τεχνολογίας WUSB. Λαμβάνοντας υπόψιν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας PLC προχωρήσαμε στην κατασκευή σε μορφή πλακέτας μίας ασύρματης κάρτας δικτύου και μιας δεύτερης πλακέτας που θα αναλαμβάνει τον ρόλο της ασύρματης εκπομπής και λήψης δεδομένων απο το TCP-IP δίκτυο που μας παρέχει η τεχνολογία PLC.Πρός το παρόν αυτή η εφαρμογή αποτελεί ένα εργαστηριακό πείραμα. Με μερικές ελάχιστες τροποποιήσεις θα μπορούσε να αποτελεί ένα ολοκληρωμένο προιόν, για την εισαγωγή του στην ηλεκτρονική αγορά, ώς μια ιδιαίτερα ανταγωνιστική πρόταση πρόσβασης στο διαδίκτυο. Στην συνέχεια του κεφαλαίου, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο γύρω απο την ασύρματη τεχνολογία WUSB, και την τεχνική διαμόρφωσης DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum), που υλοποιεί η ασύρματη βαθμίδα που έχει επιλεγεί (Cypress, CYRF6936) . _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 9

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _______________________________________________________________________

1.1 TO ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ WIRELESS USB (WUSB) Το πρωτόκολλο USB υλοποιημένο σε πάνω απο 3.5 δισεκατομμύρια συσκευές , αποτελεί την πιο πετυχημένη διασύνδεση στην ιστορία των υπολογιστών. Το πρωτόκολλο USB αποτελεί την κύρια διασύνδεση για τους υπολογιστές και έχει κυριαρχήσει στα εμπορικά ηλεκτρονικά και τις φορητές συσκευές. Το πρωτόκολλο WUSB στηρίζεται στην επιτυχία του καλωδιουμένου USB, γεφυρώνοντας την τεχνολογία USB με το μέλλον των ασύρματων τεχνολογιών. Για να διαθέτει την ίδια χρήση και αρχιτεκτονική με το καλωδιομένο USB, το WUSB ορίζεται ως μια υψηλής ταχύτητας σύνδεση host-συσκευής. Αυτό επιτρέπει μια εύκολη μετάβαση από το σημερινό καλωδιωμένο USB. Αυτό το υποκεφάλαιο εξετάζει τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας WUSB. Το USB αποτελεί ένα πρότυπο σειριακού διαύλου για την διασύνδεση συσκευών. Σχεδιάστηκε αρχικά για τους υπολογιστές, αλλά διαδόθηκε επίσης σε πολλές άλλες εμπορικές συσκευές. Ένα σύστημα USB έχει ασσύμετρο σχεδιασμό, που περιλαμβάνει έναν κεντρικό ελεγκτή και πολλαπλές συσκευές αλυσιδωτής σύνδεσης [1][4]. Μπορούν να συμπεριληφθούν και επαναλήπτες USB,επιτρέποντας την διακλάδωση των συσκευών, με όριο τα 5 επίπεδα διακλάδωσης για κάθε ελεγκτή. Σε κάθε κεντρικό ελεγκτή μπορούν να συνδεθούν μέχρι και 127 συσκευές μαζί με τις συσκευές του διάυλου. Οι σύγχρονοι υπολογιστές διαθέτουν πολλούς κεντρικούς ελεγκτές επιτρέποντας την σύνδεση πολλών συσκευών USB. To USB είναι σχεδιασμένο για να επιτρέπει τις περιφερειακές συσκευές να συνδέονται χωρίς την ανάγκη να συνδεθούν κάρτες επέκτασης στον δίαυλο PCI, αλλά και για να προσδώσει δυνατότητες ‘plug n play’. Όταν η συσκευή συνδέεται, ο ελεγκτής την απαριθμεί, την αναγνωρίζει και φορτώνει τον κατάλληλο οδηγό της συσκευής.Η ασύρματη εκδοχή του USB ονομάζεται Wireless USB. To μοντέλο επικοινωνίας WUSB διατηρεί την στρωματοποιημένη αρχιτεκτονική του USB 2.0 και τα βασικά στοιχεία της ροής επικοινωνιών, εισάγει ωστόσο πολλά νέα χαρακτηριστικά. Για να υπάρχει συμβατότητα με τα παλιά συστήματα, η λύση που προτείνεται πρέπει να υποστηρίζει τις ακόλουθες λειτουργικές απαιτήσεις:

• Πρέπει να υποστηρίζει και τις τρείς ταχύτητες USB Lοw Speed , Full Speed και High Speed

• Πρέπει να υποστηρίζει και τους τέσσερις τύπους μετάδοσης USB

Eπιπλέον οι περιορισμοί του ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος θέτουν τα παρακάτω ζητήματα:

• Το σύστημα πρέπει να αντιμετωπίσει τις μεγάλες και απρόβλεπτες καθυστερήσεις ενός Η/Μ περιβάλλοντος

• Το σύστημα πρέπει να παρέχει την αξιοπιστία της επικοινωνίας με καλωδιωμένη USB.

• Το σύστημα πρέπει να παρέχει ασφάλεια στις επικοινωνίες. Οι λειτουργικές απαιτήσεις που περιγράψαμε προκύπτουν απο το πρότυπο του USB. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 10

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ 1.1.1 Επισκόπηση της αρχιτεκτονικής του δικτύου Η τεχνολογία Wireless USB είναι ένας λογικός δίαυλος που υποστηρίζει ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ μιας συσκευής host(συνήθως ένας υπολογιστής) και ενος μεγάλου αριθμού ταυτόχρονα προσβάσιμων περιφερειακών [1][4][6]. Τα συνδεδεμένα περιφερειακά μοιράζονται το εύρος ζώνης μέσω ενός προγραμματιζόμενου από τον host, πρωτοκόλλου ΤDMA. O δίαυλος επιτρέπει στα περιφερειακά να συνδέονται,να λειτουργούν, να ρυθμίζονται και να αποσυνδέονται ενόσω ο host και τα άλλα περιφερειακά επίσης λειτουργούν. Ένα σύστημα USB περιλαμβάνει τον host και έναν αριθμό συσκευών που λειτουργούν ταυτόχρονα και με την ίδια λογική σύνδεση. Περιλαμβάνει τα εξής πεδία:

• Διασύνδεση USB • Συσκευές USB • Τον USB host

Η διασύνδεση USB είναι η μέθοδος με την οποία οι συσκευές συνδέονται και επικοινωνούν με τον host. Aυτό περιλαμβάνει τα εξής:

• Τοπολογία: δηλαδή το μοντέλο σύνδεσης των συσκευών USB με τον host. • Mοντέλα ροής δεδομένων • Ο προγραμματισμός του USB:To USB παρέχει μια κοινή διασύνδεση. Η

πρόσβαση στην διασύνδεση προγραμματίζεται έτσι ώστε να υποστηρίζει ισόχρονες μεταφορές δεδομένων και να μειώνει την επιβάρυνση της επιδιαιτησίας.

1.1.2 Τοπολογία Η τεχνολογία Wireless USB συνδέει συσκευές USB με τον USB host χρησιμοποιώντας το μοντέλο “hub and spoke”. O WUSB host είναι ο hub στο κέντρο, και κάθε συσκευή συνδέεται στο τέλος ενός spoke. Κάθε spoke είναι μια σύνδεση σημείου προς σημείου μεταξύ του host και της συσκευής. Oι WUSB hosts υποστηρίζουν την σύνδεση μέχρι και 127 συσκευών και επειδή το WUSB δεν έχει φυσικές θύρες δεν υπάρχει η ανάγκη να παρέχεται για τις συσκευές hub επέκταση θυρών. Το σχήμα απεικονίζει την τοπολογία ενός συστήματος WUSB.

Σχήμα 1.3 Τοπολογία ενος WUSB συστήματος _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 11

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Απο λογικής άποψης, η WUSB τεχνολογία είναι ένα πρωτόκολλο που βασίζεται στην TDMA, ομοίως με την καλωδιωμένη USB [1][3] . O κεντρικός ελεγκτής εκκινεί όλες τις μεταφορές δεδομένων. Όπως και στην καλωδιωμένη USB, κάθε μεταφορά αποτελείται απο τρία πακέτα:το πακέτο token, δεδομένων και το πακέτο handshake. Ωστόσο για να αυξηθεί η απόδοση του φυσικού επιπέδου, περιορίζοντας τις περιττές μεταβάσεις μεταξύ αποστολής και λήψης, οι hosts συνδυάζουν πολλαπλές πληροφορίες του token σε ενα μοναδικό πακέτο. Σε αυτό το πακέτο ο host προσδιορίζει την ακριβή στιγμή που οι κατάλληλες συσκευές θα παραλάβουν ένα πακέτο δεδομένων εξόδου, και πότε θα αποστείλλουν ένα πακέτο εισόδου ή ένα handshake.

Καθυστέρησηδιάδοσης

Πρω

τόκολλο

ανταλλαγής

δεδο

μένω

ν U

SB 2

Πρω

τόκολλο

ανταλλαγ

ής

δεδο

μένω

ν W

USB

Σχήμα 1.4 Σύγκριση καλωδιωμένης USB- ασύρματης τεχνολογίας WUSB 1.1.3 Iσχύς ασύρματου συστήματος και διαχείριση ισχύος Η ισχύς του ασύρματου συστήματος(η ισχύς που χρησιμοποιείται μόνο από τον ασύρματο πομποδέκτη), αναμένεται να ικανοποιεί τις πιο αυστηρές απαιτήσεις καθώς η διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι πολύ σημαντική [6]. Ένα τυπικό PDA καταναλώνει 250-400 mWatt χωρίς ασύρματη σύνδεση. Τα κινητά τηλέφωνα καταναλώνουν 200-300 mWatt για την κύρια ασύρματη ζεύξη που υλοποιούν. Η πρόσθεση ενός ασύρματου συστήματος WUSB δεν θα πρέπει να έχει αυξημένες απαιτήσεις ισχύος ώστε να μειώνει την διάρκεια ζωής της μπαταρίας περισσότερο απόσο την μειώνουν οι υπάρχουσες ασύρματες τεχνολογίες. Μια εφαρμογή που λειτουργεί με μπαταρία θα πρέπει να έχει διάρκεια ζωής 3 με 5 μέρες για κινητές συσκευές και μερικούς μήνες για συσκευές απομακρυσμένου ελέγχου.Τα συστήματα WUSB σχεδιάζονται ώστε να καταναλώνουν το πολύ 300mWatt, ενώ ο στόχος είναι να φτάσει η κατανάλωση ισχύος στα 100 mWatt. Θα χρησιμοποιηθούν καινοτόμες τεχνικές διαχείρισης ισχύος για να διατηρηθεί η ζωή της μπαταρίας. ___________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 12

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ 1.1.4 Μελέτη σκοπιμότητας Ο οργανισμός WirelessUSB Promoter Group σχηματίστηκε τον Φεβρουάριο του 2004 για να προσδιορίσει το πρωτόκολλο WUSB. Ο οργανισμός περιλαμβάνει τις εταιρίες Agere Systems, Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, NEC Corporation, Philips και την Samsung. Tον Μάιο του 2005 ο οργανισμός ανακοίνωσε την ολοκλήρωση της προτυποποίησης του WUSB. Τα πρώτα προιόντα WUSB εμφανίστηκαν στην αγορά στο τέλος του 2005. To μεγάλο ενδιαφέρον για το πρότυπο WUSB και η μεγάλη υποστήριξη από τις βιομηχανίες θα το καταστήσει ως η πρώτη εμπορική εφαρμογή που θα λειτουργεί στην ζώνη UWB. Oι πρώτες εφαρμογές WUSB θα έχουν την μορφή ξεχωριστών ολοκληρωμένων. Η πραγματική καινοτομία θα επέλθει όταν η τεχνολογία WUSB υποστηρίζεται από κάθε επεξεργαστή. Ο στόχος είναι να γίνει η WUSB, διαθέσιμη για ασύρματη διασύνδεση των υπολογιστών και των εμπορικών ηλεκτρονικών, επιτρέποντας έτσι την εύκολη σύνδεση και μεταφορά δεδομένων με γρήγορες ταχύτητες και χωρίς καλώδια [4]. Η τάση που υπάρχει για φορητές και μικρές συσκευές έχει οδηγήσει στην δημιουργία νέων προιόντων. Αυτά τα προιόντα έχουν αποκτήσει υψηλή λειτουργικότητα, πολυμεσικές δυνατότητες και χρειάζονται σύνδεση με τις άλλες συσκευές για ανταλλαγή δεδομένων. Σε ένα σπίτι για παράδειγμα, μπορούν να υπάρχουν ψηφιακές κάμερες, φορητά MP3players, ασύρματα ηχεία κ.π.α. Κάθε μια απο τις φορητές συσκευές χρειάζεται να συνδεθεί είτε με υπολογιστές είτε με άλλες συσκευές όπως π.χ. τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας (ΗDTV). Όλες αυτές οι συσκευές θα επωφεληθούν από την ικανότητα της σύνδεσης χωρίς καλώδια. Πολλά μοντέλα σχεδιασμού εστιάζουν στην χρήση αλγορίθμων συμπίεσης για την διανομή των πολυμεσικών δεδομένων. Μια κλασσική μεταφορά βίντεο SDTV/DVD έχει απαίτηση ρυθμών δεδομένων της τάξης των 3-7 Mbps, ενώ η HDTV μπορεί να φτάσει τα 19-24 Mbps. Η τεχνολογία WUSB με ρυθμούς δεδομένων των 480 Mbps,μπορεί να διαχειριστεί δεδομένα HDTV διαθέτοντας και επιπλέον χωρητικότητα για να υποστηρίξει και άλλες εφαρμογές.

_____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 13

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________

1.2 Διευρυμένο φάσμα με ευθεία ακολουθία (Direct Sequence Spread Spectrum) Σε ενα σήμα διευρυμένου φάσματος ευθείας ακολουθίας(Direct Sequence DS) το πλάτος ενός ήδη διαμορφωμένου σήματος διαμορφώνεται κατά πλάτος από ένα σήμα δυαδικών ψηφίων NRZ πολύ υψηλού ρυθμού [5] . Έτσι, εάν το αρχικό σήμα είναι s(t),όπου ( ) 2 ( ) cos ( )Ss t P d t tοω= (ένα δυαδικό σημα PSK),το DS σήμα διευρυμένου φάσματος είναι ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( )cos ( )Sv t g t s t P g t d t tοω= = όπου g(t) είναι μια δυαδική ακολουθία ψευδοτυχαίου θορύβου (pseudo-random noise, PN που παιρνει τιμες 1. ± Εδώ απλώς υποθέτουμε ότι το g(t) είναι μια δυαδική ακολουθία όπως τα δεδομένα d(t).H ακολουθία g(t) παράγεται με αιτιοκρατικό θόρυβο και είναι επαναλαμβανόμενη. Ωστόσο το μήκος της ακολουθίας πριν απο την επανάληψη είναι συνήθως πολύ μεγάλο και έτσι, χωρίς σημαντικό λάθος, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η ακολουθία είναι πραγματικά τυχαία, δηλαδή δεν υπάρχει καμμία συσχέτιση μεταξύ της τιμής ενός συγκεκριμένου bit και της τιμής ενός οποιουδήποτε άλλου bit. Επιπλέον,ο ρυθμός bit fc του g(t) είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερος απο το fb, ώστε να λέμε ότι το g(t) “τεμαχίζει τα bit των δεδομένων σε chip” και καλούμε το ρυθμό του g(t) ρυθμό chip fc, διατηρώντας τις λέξεις ρυθμός bit για το fb. Για να δούμε ότι ο πολλαπλασιασμός της ακολουθίας BPSK s(t) με το g(t) διευρύνει το φάσμα, μπορούμε να κοιτάξουμε το σχήμα που δείχνει μια ακολουθία δεδομένων d(t), μια ψευδοτυχαία (συχνά αποκαλείται και ψευδο-θόρυβος,ή PN, pseudonoise) ακολουθία g(t) και την ακολουθία του γινομένου g(t)d(t). Παρατηρήστε ότι (όπως είναι η συνήθης πρακτική) τα μέτωπα των g(t) και d(t) είναι ευθυγραμμισμένα ,δηλαδή κάθε μετάβαση στο d(t) συμπίπτει με μια μετάβαση στο g(t). H ακολουθία του γινομένου φαίνεται να μοιάζει με το g(t), και πράγματι,εάν το g(t) ήταν πραγματικά τυχαίο, η ακολουθία γινομένου θα ήταν μια άλλη τυχαία ακολουθία που θα είχε τον ίδιο ρυθμό chip fc όπως το g(t). Eφόσον το εύρος ζώνης του σήματος ΒPSK s(t) είναι ονομαστικά 2 fb, το εύρος ζώνης του σήματος BPSK διευρυμένου φάσματος v(t) είναι 2 fc και το φάσμα έχει διευρυνθεί κατά το λόγο fc/fb. Eφόσον η ισχύς που μεταδίδεται από τα s(t) και v(t) είναι η ίδια, δηλαδή Ps, η φασματική πυκνότητα ισχύος

μειώνεται κατά τον παράγοντα fb/fc.

'( )g t

( )sG f Για την ανάκτηση του DS σήματος διευρυμένου φάσματος, ο δέκτης που φαίνεται στο σχήμα πολλαπλασιάζει πρώτα το εισερχόμενο σήμα με την κυματομορφή g(t) και στην συνέχεια με το φέρον 2 cos tοω . H κυματομορφή που προκύπτει ολοκληρώνεται στην συνέχεια στη διάρκεια του bit και με δειγματοληψία της εξόδου του ολοκληρωτή προκύπτουν τα δεδομένα d(kTb). Παρατηρούμε ότι στο δέκτη είναι απαραίτητο να αναπαράγουμε και το ημιτονοειδές φέρον συχνότητας οω και επίσης να αναπαράγουμε την PN κυματομορφή.



1.3 Τεχνική Διαμόρφωσης DSSS για την ασύρματη βαθμίδα Wireless USB LP

H ασύρματη βαθμίδα WUSB LP χρησιμοποιεί την ασύρματη διασύνδεση DSSS στα 2.4 GHz. H DSSS αποτελεί μια τεχνική για το κάθε bit δεδομένων ώστε να αποστέλλεται μέσω ενός κώδικα PN(pseudo noise). Kάθε bit στον κώδικα PN καλείται chip , και κάθε στιγμιότυπο του κώδικα PN καλείται ένα σύμβολο [2][3][12]. Τα δεδομένα μεταδίδονται, αποστέλλοντας τον κώδικα PN ως 1, και μεταδίδοντας την αντιστροφή του κώδικα PN ως 0. Μπορεί κανείς να παρατηρήσει στο σχήμα ότι ο κώδικας PN είναι ένα δυαδικό σήμα που παράγεται με υψηλότερη συχνότητα απότι τα δεδομένα που πρέπει να αποσταλλούν. Η φύση του σήματος το κάνει να φαίνεται ως τυχαίος θόρυβος. Αυτό επιτρέπει τα σήματα DSSS να λειτουργούν σε θορυβώδη περιβάλλοντα και μειώνει την παρεμβολή από τα παραδοσιακά σήματα στενής ζώνης. Όσο μεγαλύτερης διάρκειας είναι το σύμβολο, τόσο μεγαλύτερη είναι και η πιθανότητα τα πραγματικά δεδομένα να ανακτηθούν, και έτσι απαιτείται μεγαλύτερο εύρος ζώνης. Το WUSB LP χρησιμοποιεί κώδικες των 64-chip και 32-chip,επιτρέποντας ρυθμούς δεδομένων των 15 εως 250 Kbps. Mπορεί επίσης να αποστείλλει δεδομένα που δεν είναι κωδικοποιημένα με κώδικα PN σε ρυθμούς δεδομένων των 1 Mbps.

Σχήμα 1.5 Κωδικοποιημένα δεδομένα με κώδικα ψευδοτυχαίου θορύβου PN O δέκτης χρησιμοποιεί μια τεχνική συσχέτισης για να διαχωρίσει μόνο τις επιθυμητές κωδικοποιημένες πληροφορίες από όλα τα πιθανά σήματα. Αυτή η τεχνική είναι ένα φίλτρο ειδικού τύπου,το οποίο αντιδρά μόνο σε σήματα με συγκεκριμένο κώδικα PN. Έτσι το φίλτρο μπορεί να «συντονιστεί» με διαφορετικούς κωδικούς φορτώνοντας έναν διαφορετικό κώδικα PN [2][11]. Στην περίπτωση που ένα ή περισσότερα chips του συμβόλου έχουν καταστραφεί κατά την διάρκεια της αποστολής , έχουν ενσωματωθεί διάφορες στατιστικές τεχνικές στην βαθμίδα, ώστε να ανακτηθούν τα πραγματικά δεδομένα χωρίς την ανάγκη για επαναποστολή των δεδομένων. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 15


Σχήμα 1.6 Έλεγχος λαθών σε επίπεδο chip Σε περιβάλλοντα εσωτερικού χώρου όπου τα σήματα RF διαπερνούν τοίχους και διάφορα αντικείμενα, παρουσιάζεται εξασθένηση των ασύρματων σηματων. Για την αποφυγή αυτών των φαινομένων το WUSB LP χρησιμοποιεί κώδικες PN με υψηλή αυτοσυσχέτιση. Η αυτοσυσχέτιση είναι ένα μέτρο του κατά πόσο διαφοροποιείται ένας κώδικας PN καθώς ολισθαίνει. Ένας κώδικας PN με υψηλή αυτοσυσχέτιση γίνεται πολύ διαφορετικός όταν ένα ή περισσότερα chips τον μετατοπίζουν. Αυτό επιτρέπει στον συσχετιστή να φιλτράρει αντίγραφα μετατοπισμένα στο χρόνο του λαμβανόμενου σήματος. Ο ακόλουθος πίνακας δείχνει την συσχέτιση ενός κώδικα των 11-chip καθώς αυτός περιστρέφεται σε όλες τις δυνατές περιπτώσεις(τα συσχετιζόμενα chips απεικονίζονται με κόκκινο). Παρατηρούμε ότι όταν ο κώδικας PN περιστρέφεται τα chips που ταιριάζουν είναι σημαντικά λιγότερα από τον συνολικό αριθμό των chips.


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ H έτερο-συσχέτιση είναι ένα μέτρο της διαφοράς μεταξύ δύο διαφορετικών κωδικών PN (σε αντίθεση με την αυτοσυσχέτιση που είναι ένα μέτρο της διαφοράς ενός κώδικα PN με όλες τις δυνατές περιστροφές του) [2][12]. Μια χαμηλή ετεροσυσχέτιση είναι απαραίτητη όταν πρέπει να υλοποιηθούν πολλαπλλές αποστολές ταυτόχρονα. Μια χαμηλή έτερο-συσχέτιση διασφαλίζει ότι οι παραληπτές που παραλαμβάνουν αυτόν τον συγκεκριμένο κώδικα PN, παραλαμβάνουν δεδομένα χρησιμοποιώντας συγκεκριμένο κώδικα PN. Με άλλα λόγια, η χαμηλή έτερο-συσχέτιση περιορίζει την παρεμβολή μεταξύ γειτονικών WUSB συσκευών. Η έννοια της έτερο-συσχέτισης είναι παρόμοια με το να έχουμε δυο ομάδες ανθρώπων στο ίδιο δωμάτιο, και κάθε ομάδα να μιλάει διαφορετική γλώσσα. Εάν οι γλώσσες που ομιλούνται είναι Πορτογαλικά και Ισπανικά (γλώσσες που έχουν πολλές κοινές λέξεις), κάθε ομάδα θα είναι ικανή να καταλάβει μερικά σημεία της συζήτησης. Εάν ωστόσο οι δύο γλώσσες είναι Ελληνικά και Σουαχίλι, καμμία από τις ομάδες δεν θα μπορεί να καταλάβει τίποτα από την συζήτηση της άλλης. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 17

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Αναφορές [1] Wireless Universal Serial Bus Specification May 12,2005 Revision 1 ,Agere, Hewlett Packard, Intel, Microsoft, NEC , Philips ,Samsung. [2] A 2.4-GHz WirelessUSB Radio-on-a-chip For Human Interface Devices ,Ryan Woodings,Cypress Semiconductor. [3] A general purpose differential digital modulator implementation incorporating a direct digital synthesis method ,Koukourlis, C.S., Houlis, P.H., Sahalos, J.N.,Δεκέμβριος 2003 [4] Wireless Universal Serial Bus (WUSB)-Greater Convenience and Mobility to Devices, πανεπιστημιακές σημειώσεις της prof .Ann Holms University of California, Santa Barbara, Νοέμβριος 2006. [5] Αρχές Τηλεπικοινωνιακων Συστημάτων σελ.388‐393 ,3η έκδοση,Ηerbert Taub – Donald L.Schilling, απόδοση στην ελληνική: Γεώργιος Τσίρης,Σωτήριος Κουκουρλής, επιμέλεια: Χρήστος Κουκουρλής, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΤΖΙΟΛΑ 2005. [6] The MBOA-WiMedia Specification for Ultra Wideband Distributed Networks, Javier del Prado Pavón, Sai Shankar N, Vasanth Gaddam, Kiran Challapali, και Chun-Ting Chou, Philips [7] A Small UWB Antenna for Wireless USB , Zhi Ning Chen, 24‐26 Σεπτεμβρίου 2007 [8] WiMedia UWB technology: 480Mb/s wireless USB, Leenaerts, D., van de Beek R, Bergervoet J. , Kundur H. , van der Weide G., 9‐11 Δεκεμβρίου 2007 [9] Small UWB Antennas for Wireless USB Dongle Attached to Laptop Computer, Zhi Ning Chen, See T.S.P., 21‐23 Mάρτιος 2007 [10] What exactly is .. wireless USB? , Poole, I. , Σεπτέμβριος 2005 [11] Performance Analysis of the DSSS System Based on Sequence Pairs, Xiao Liping, Xu Chengqian, Zhong Wenguang, Οκτώβριος 2006 [12] Spread spectrum techniques for indoor wireless IR communications Wong, K.K., O'Farrell, T.,Απρίλιος 2003 _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 18


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΙΣΧΥΟΣ (PLC-PowerLine Communications) ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥΣ ΣΤΑ ΕΥΡΩΠΑΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΙΣΧΥΟΣ 2.1 Εισαγωγή Ο όρος Power Line Communication (PLC), χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα διάφορα συστήματα επικοινωνιών, που χρησιμοποιούν τις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ισχύος, για να μεταφέρουν δεδομένα.[4]. Η ηλεκτρική ισχύς μεταφέρεται μέσω γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης, μεσαίας τάσης καθώς και σε χαμηλότερες τάσεις δηλαδή μέσα απο τα κτίρια. Όλα τα συστήματα PLC λειτουργούν, μεταδίδοντας ένα διαμορφωμένο σήμα μέσα απο τους αγωγούς. Διάφορες εκδόσεις αυτής της τεχνολογίας χρησιμοποιούν διαφορετικές ζώνες συχνότητας, κάτι που εξαρτάται και απο τα χαρακτηριστικά του αγωγού μετάδοσης καθώς και του αγωγού υψηλής ισχύος που χρησιμοποιείται. Καθώς τα καλώδια είναι σχεδιασμένα για μετάδοση εναλλασσόμενης ισχύος,τα κυκλώματα που χρησιμοποιούνται για την μετάδοση, περιορίζονται στο να χρησιμοποιούν μόνο χαμηλές συχνότητες. Το πρόβλημα διάδοσης είναι ένας περιοριστικός παράγοντας για την τεχνολογία PLC. O ρυθμός δεδομένων πάνω σε ένα δίκτυο PLC διαφέρει. Τα φορτία χαμηλών συχνοτήτων (100-200ΚΗΖ) που μεταδίδονται σε γραμμές υψηλής τάσης,μπορούν να μεταφέρουν ένα ή ακόμα δυο αναλογικά σήματα φωνής, ή να εφαρμοστούν στην τηλεμετρία και στον έλεγχο κυκλωμάτων με έναν αντίστοιχο ρυθμό δεδομένων μερικών εκαντάδων bits /sec [1][2][3]. Ωστόσο το δίκτυο μπορεί να επεκταθεί για πολλά χιλιόμετρα. Οι υψηλότεροι ρυθμοί δεδομένων, εφαρμόζονται κυρίως για δίκτυα μικρής εμβέλειας. Ένα τοπικό δίκτυο δεδομένων, που λειτουργεί σε πολλά Mbits/sec μπορεί να καλύψει μόνο έναν όροφο ενός κτιρίου, αλλά ωστόσο ελαχιστοποιεί τον απαραίτητο εξοπλισμό για την εγκατάσταση του δικτύου. Το ευρυζωνικό δίκτυο μέσω γραμμών μεταφοράς ισχύος, που είναι επίσης γνωστό ως BPL(Broadband over PowerLine), χρησιμοποιεί την τεχνολογία PLC για να παρέχει πρόσβαση σε ευρυζωνικό ίντερνετ,μέσω απλών γραμμών μεταφοράς χαμηλής ηλεκτρικής ισχύος. Ένας υπολογιστής(ή μια άλλη συσκευή) χρειάζεται μόνο ένα modem ΒPL,το οποίο θα συνδεθεί σε μια οποιαδήποτε πρίζα ενός σπιτιού, έτσι ώστε να έχει πρόσβαση σε γρήγορο ίντερνετ. Ένα απο τα συγκριτικά πλεονεκτήματα που παρέχει η τεχνολογία PLC σε σχέση με τις άλλες τεχνολογίες δικτύων, είναι η μεγάλη διαθεσιμότητα των απαραιίτητων υποδομών για την εγκατάσταση του δικτύου. Έτσι αξιοποιούμε το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ισχύος, για την εγκατάσταση δικτύων δεδομένων, χωρίς να απαιτείται



περαιτέρω εξοπλισμός και καλωδιώσεις, μειώνοντας το τελικό κόστος της εγκατάστασης. Τα μόντεμ PLC μεταδίδουν σε μεσαίες και υψηλές συχνότητες(1.6-80 ΜΗΖ). Η ασσύμετρη ταχύτητα δεδομένων του modem κυμαίνεται από 256 kbit/s έως 2.7 Mbit/s. Εργαστηριακά μπορεί να επιτύχει ταχύτητες των 45 Mbit/s και μπορούν να συνδεθούν εώς και 256 modems PLC. Σε σταθμούς μεσαίας ισχύος, η ταχύτητα δεδομένων φτάνει τα 135 Mbit/s.[4] Το σύστημα PLC εμπεριέχει ωστόσο διάφορα σύνθετα ζητήματα, με ένα από τα πιο κύρια να είναι ότι οι γραμμές ισχύος αποτελούν ένα ηλεκτρικά θορυβώδες περιβάλλον. Κάθε φορά που μια συσκευή ανοίγει ή κλείνει, εισάγεται ηλεκτρική αιχμή που μπορεί να αποδειχθεί θορυβώδης για τις ηλεκτρονικές συσκευές. Διάφορες άλλες συσκευές, εισάγουν επίσης θορυβώδεις αρμονικές. Το σύστημα πρέπει να είναι σχεδιασμένο ώστε να αντιπετωπίζει όλες αυτές τις ανεπιθύμητες συμπεριφορές. Το δεύτερο σημαντικό ζήτημα αυτής της τεχνολογίας είναι η ισχύς του σήματος και η συχνότητα λειτουργίας. Το σύστημα αναμένεται να χρησιμοποιεί συχνότητες στο εύρος των 10-30 ΜΗΖ, που χρησιμοποιείται εδώ και χρόνια απο ερασιτέχνες και απο διάφορα συστήματα επικοινωνιών του στρατού ή της ναυτιλίας. Οι γραμμές μεταφοράς ισχύος δεν είναι κατάλληλα μονωμένες για τα σήματα που μεταφέρουν, και εμπεριέχουν τον κίνδυνο παρεμβολής με συστήματα επικοινωνιών υψηλών συχνοτήτων. Τα σύγχρονα συστήματα BPL xρησιμοποιούν την διαμόρφωση OFDM η οποία και επιτρέπει τον μετριασμό της παρεμβολής, αφαιρώντας συγκεκριμένες συχνότητες. Η μόνη περίπτωση παρεμβολής υπολογίσιμου θόρυβου, είναι στην περίπτωση όπου κεραίες βρίσκονται σε μικρή απόσταση απο τις γραμμές ισχύος. Η έννοια του Ίντερνετ μέσω γραμμών ισχύος έχει αναπτυχθεί πιο γρήγορα στην Ευρώπη παρά στην Αμερική εξαιτίας μιας ιστορικής διαφοράς στην φιλοσοφία σχεδιασμού των συστημάτων ισχύος. Η διανομή ισχύος χρησιμοποιεί μετασχηματιστές υποβιβασμού τάσης για να μειωθεί η τάση που θα χρησιμοποιήσουν οι καταναλωτές. Καθώς τα σήματα του BPL δεν μπορούν να περάσουν απο τους Μ/Σ – η υψηλή τους επαγωγικότητα λειτουργεί σαν χαμηλοπερατό φίλτρο, που αποκόπτει τα σήματα υψηλών συχνοτήτων, χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν επαναλήπτες στους Μ/Σ. Στην Αμερική συνήθως μικροί Μ/Σ εξυπηρετούν ένα ή το πολύ 2 σπίτια. Αντίθετα στην Ευρώπη, συνήθως ένας μεγαλύτερος Μ/Σ εξυπηρετεί απο δέκα έως 100 σπίτια. Μια εναλλακτική λύση που προτείνεται ήδη απο πολλές επιστημονικές επιτροπές ,είναι η χρησιμοποίηση των δικτύων BPL, ή αλλιώς των δικτύων PLC, για την μεταφορά του ευρυζωνικού δικτύου στα σπίτια, και η επέκταση αυτού του δικτύου ασύρματα στον τερματικό υπολογιστή. Πολλοί υποστηρίζουν μάλιστα ότι στο άμεσο μέλλον αυτή η τεχνολογία PLC θα αποτελεί τον υποστηρικτικό κορμό της ασύρματης τεχνολογίας Wi-MAX. Στην παρούσα εφαρμογή υιοθετούμε αυτήν την εναλλακτική πρόταση πρόσβασης στο διαδίκτυο. Χρησιμοποιώντας τα πλεονεκτήματα του δικτύου PLC, αλλά και την απλή και εύχρηστη ασύρματη πρόσβαση,επιχειρούμε μια σύζευξη των δυο αυτών τεχνολογίων δικτύων. Το κομμάτι της ασύρματης ζεύξης στον τελικό χρήστη υλοποιείται με την τεχνολογία WUSB.


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ 2.2 Χαρακτηριστικά της τεχνολογίας Powerline Networks

Δίκτυο κορμού PLC εξωτερικού χώρου PLC εσωτερικού χώρου

Σε άλλα κτίρια

Δημόσια γραμμή ισχύος

Τοπικός υποσταθμός μετασχηματισμού

Τοπικός υποσταθμός μετασχηματισμού

Σχήμα 2.1 Αρχιτεκτονική συστήματος και στοιχεία ενός συστήματος PLC για πρόσβαση

.2.1 Αρχιτεκτονική δικτύου και μέρη του συστήματος

Για να γεφυρώσουμε τα συστήματα των υποσταθμών μετασχηματιστών με τα

υ

γκες που είναι

ια κεντρική αρχιτεκτονική master/slave,

εξάρτητο PLC εσωτερικού χώρου που ελέγχεται απο

____________________________________________________________________

σε τοπικό βρόχο 2 συστήματα των καταναλωτών, είναι απαραίτητο να διαχωρίσουμε το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ισχύος σε τμήματα εξωτερικού (outdoor) και εσωτερικού (indoor) χώρου. Αυτό γίνεται λόγω της εξασθένησης που προκαλείται στην συνολική διαδρομή. Μόνο ένα 10% των χρηστών μπορεί να εξυπηρετηθεί από μια απευθείας σύνδεση σύμφωνα με τους ηλεκτρικούς περιορισμούς που δίνονται απο τις απαιτήσεις της ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC). Στο σχήμα 1 παρουσιάζο με μια γραφική απεικόνιση της αρχιτεκτονικής και τα μέρη ενος PLC συστήματος [1]. To τμήμα εξωτερικού χώρου (outdoor) καλύπτει τις δημόσιες ανάαπο τον υποσταθμό μετασχηματισμού μέχρι το οικιακό σημείο πρόσβασης, ενώ το τμήμα εσωτερικού χώρου (indoor) αναφέρεται στις ιδιωτικές ανάγκες που περιλαμβάνει το δίκτυο ισχύος ενός κτιρίου. Το σύστημα PLC που εφαρμόζεται έχει μγια να ανταποκριθεί έτσι στην τοπολογία των δικτύων ισχύος και στην ροή της συμφόρησης των δικτύων. Ο εξωτερικός master(outdoor master-ΟM) εγκαθίσταται συνήθως στον υποσταθμό μετασχηματισμού, ελέγχοντας το εξωτερικό σημείο πρόσβασης(outdoor access point-OAP) ώστε να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις του πελάτη. Ένας εξωτερικός επαναλήπτης (outdoor repeater-OR) είναι επίσης διαθέσιμος για να καλύπτει και άλλα κτίρια. Σε κάθε κτίριο, υπάρχει ένα ανέναν επονομαζόμενο ελεγκτή εσωτερικού χώρου (indoor controller-IC). Ο ελεγκτής ελέγχει τους προσαρμογείς εσωτερικού χώρου (indoor adapters-IA), οι οποίοι παρέχουν τυποποιημένες _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 21

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων

_______________________________

ιασυνδέσεις δικτύου στους τελικούς χρήστες, όπως καλώδια Ethernet και αναλογική

ς Ethernet για την σύνδεση με το δίκτυο κορμού

υχνοτήτων

ίες ασύρματης

παρουσιάζουν μικρότερη εξασθένηση του

ύ των PLC εσωτερικού και

ες

Το πρωτόκολλο PLC διαθέτει φυσικό στρώμα (ΡΗΥ),στρώμα ελέγχου πρόσβασης

PLC, βασίζεται στην

μός του στρώματος MAC του PLC βασίζεται σε δυναμική χρήση της

σε ρύθμιση ΤDD (Time-division duplex) [1],κάθε

____________________________________________________________________

_______________________________________ δτηλεφωνική γραμμή. Tα PLC εσωτερικου΄και εξωτερικού χώρου, συνδέονται με διασύνδεση Ethernet μεταξύ του εξωτερικού σημείου πρόσβασης (ΟΑΡ) και του ελεγκτή εσωτερικού χώρου (ΙΑ). Οι OM παρέχουν διασυνδέσειδηλαδή με το διαδίκτυο. Οι πιο διαδεδομένες τεχνολογίες για backbone σύνδεση είναι οι οπτικές ίνες και η τεχνολογία DSL (Digital Subscriber Line). Στην περίπτωση των υποσταθμών μετασχηματισμού χωρίς την ύπαρξη τηλεπικοινωνιακών υποδομών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά τα PLC μεσαίας ισχύος [1][3]. Το PLC εξωτερικού χώρου (outdoor) χρησιμοποιεί τις ζώνες χαμηλών σ(1-10 MHz), ενώ το PLC εσωτερικού χώρου χρησιμοποιεί τις ζώνες υψηλών συχνοτήτων , 15-30 MHz. Κάθε ζώνη μπορεί να εξυπηρετήσει έως και τρείς φέρουσες συχνότητες, όπου καθεμία θα διαθέτει εύρος ζώνης των 2 ΜΗz. Η εκχώρηση αυτών των συχνοτήτων για το φέρον βασίζεται στους παρακάτω παράγοντες:

• Συνύπαρξη με άλλες υπάρχουσες και σημαντικές υπηρεσμετάδοσης πληροφοριών.

• Οι χαμηλές συχνότητεςσήματος,οπότε και είναι κατάλληλες για τα εξωτερικά PLC ώστε να επιτύχουμε μεγάλη απόσταση στην επικοινωνιία.

• Υπάρχει ανάγκη για ξεχωριστές συχνότητες μεταξεξωτερικού χώρου, ώστε να επιτρέπεται η ταυτόχρονη και ασυντόνιστη λειτουργία των δυο συστημάτων ακόμα και όταν υπάρχει γειτνίαση αυτών.

• Οι αποστάσεις στα συστήματα PLC εσωτερικού χώρου , είναι μικρότεραπο αυτές των εξωτερικου΄χώρου. Γιαυτόν τον λόγο στα PLC εσωτερικού χώρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν υψηλότερες συχνότητες.

στο μέσο (ΜΑC), και στρώματα ελέγχου της λογικής σύνδεσης καθώς και λειτουργία γεφύρωσης με την τυποποιημένη σύνδεση δεδομένων Εthernet. To φυσικό στρώμα (PHY) που χρησιμοποιείται στο σύστημαδιαμόρφωση GMSK . Eφαρμόζει ανατροφοδοτούμενη εξισσορόπηση απόφασης (decision feedback equalization-DFE) για να ανταποκριθεί στον σκεδασμό των πολλαπλών διαδρομών. Το DFE συνδυάζεται με έναν αλγόριθμο απλής απόφασης ώστε να φιλτράρει τον αυθαίρετο θόρυβο. Αλλάζοντας τον ρυθμό κωδικοποίησης της συνέλιξης,μπορούμε να επιλέξουμε μεταξύ 3 ρυθμών δεδομένων για το κάθε φέρον(750 Kbps,1.1 Mbps και 1.5 Mbps). Ο ρυθμός κωδικοποίησης και η επιλογή του φέροντος προσαρμόζονται στις συνθήκες του καναλιού και για τις δυο κατευθύνσεις της επικοινωνίας, είτε για την σύνδεση downlink(από τoν master στον slave) είτε για την σύνδεση uplink (από τον slave στον master) και ανεξάρτητα για κάθε σύνδεση master/slave. O σχεδιασσυχνότητας και σε διαίρεση του χρόνου (time division). Σε κάθε συχνότητα του φέροντος,ο χρόνος χωρίζεται σε χρονικά πλαίσια,τα οποία στη συνέχεια χωρίζονται σε χρονικές θυρίδες. Ο master εκχωρεί φέροντα αποστολής και λήψης αλλά και χρονοθυρίδες στον slave για κάθε χρονικό πλαίσιο. Έτσι λοιπόν ο μέγιστος συνολικός ρυθμός δεδομένων των 4.5 Mbps μοιράζεται δυναμικά σε κάθε ενεργό χρήστη PLC, από πλαίσιο σε πλαίσιο. Καθώς οι συνδέσεις λειτουργούνσυχνότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στις δυο κατευθύνσεις. Αυτό εγγυάται την συμμετρία των συνδέσεων σε ένα μέσο μετάδοσης με υψηλή εξασθένηση που εξαρτάται απο τις συχνότητες. _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 22


_______________________________

.2.2 Ασφάλεια δικτύου και απόρρητο επικοινωνιών

Καθώς η γραμμή ισχύος είναι ένα εύκολα διαθέσιμο μέσο, είναι πολύ πιθανό ένας

α

οπότε και το σύστημα PLC είναι

σι κάθε πλαίσιο Εthernet που εισέρχεται σε ενα δίκτυο γραμμών ισχύος, παίρνει

.2.3 Εύρος και κάλυψη

Οι απώλειες και ο τοπικός θόρυβος είναι οι κυριότεροι παράγοντες για την

τ ο ς

ς της εμβέλειας είναι δυνατός μόνο με πιθανοτική προσέγγιση. Το

πελάτη που

συχνότητες

ριοπαθή εξάρτηση

____________________________________________________________________

_______________________________________ 2 κακόβουλος χρήστης να αποκτήσει πρόσβαση ελέγχοντας τα δεδομένα, γιαυτό είναι αναγκαία η κρυπτογράφηση. Μια μέθοδος που συνήθως χρησιμοποιείται είναι ο αλγόριθμος Rivest Cipher 4(RC4), με το μέγιστο δυνατό μέγεθος κλειδιου των 128 bits, καθώς αυτό το κλειδί αποτελεί την χρυσή τομή μεταξύ της ισχύος κρυπτογράφησης και των απαιτήσεων για επεξεργασί δεδομένων. Η ανταλλαγή κλειδιών ακολουθεί τον αλγόριθμο Diffie-Hellman. Κάθε κόμβος PLC εκτελεί μια γεφύρωση Ethernetισοδύναμο με ένα LAN δίκτυο και την αντίστοιχη διασύνδεση Ethernet που διαθέτει. Για την προστασία απο μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση σε ενα δίκτυο PLC, παρέχεται υποστήριξη και σε εικονικά δίκτυα (VLAN) που ακολουθούν το πρότυπο IEEE 802.1Q. Για να επιτραπεί στα τερματικά να χρησιμοποιούν ένα κοινό μέσο γραμμής ισχύος,εκχωρούμε κόμβους PLC σε διαφορετικά γκρούπ VLAN. Οι κόμβοι PLC που ανήκουν στον ίδιο χρήστη, διαθέτουν τον ίδιο αριθμό αναγνώρισης VLAN (VLAN ID). Έτσαν ετικέτα ένα VLAN ID. Oι κόμβοι PLC θα γεφυρώσουν μόνο τα πλαίσια με το ίδιο VLAN ID απορρίπτοντας τα άλλα πλαίσια. 2 εξωτερική εμβέλεια. Η απώλεια της διαδρομής εξαρτάται απο τον τύπο του καλωδίου,το μήκος του, πιθανή αποτυχυμένη σύζευξη και τον αριθμό των κλάδων. Γενικότερα οι απώλειες αυξάνονται με μεγάλες συχνότητες και μεγάλες αποστάσεις.Απο ην άλλη, θόρυβος τη γραμμής ισχύος συνήθως μειώνεται όταν αυξάνει η συχνότητα. Ο μέσος θόρυβος της ισχύος βρίσκεται στο εύρος των -65 εως -80 dBm/MHz. O υπολογισμόσχήμα παρουσιάζει μια προσέγγιση της εμβέλειας για τρία ανεξάρτητα φορτία (2.4 MHz, 4.8 MHz και 8.4 ΜΗz).Bασίζεται σε ένα μοντέλο απωλειών που προέκυψε απο στατιστικά δεδομένα διαφόρων εξωτερικών δικτύων της Ευρώπης. Σύμφωνα με το μοντέλο, η πιθανότητα επιτυχούς σύνδεσης ενόςβρίσκεται σε απόσταση 200 μέτρων απο τον κύριο σταθμό, είναι μεγαλύτερη από 90% όταν χρησιμοποιείται φορτίο των 2.4 ΜΗz. Λαμβάνοντας υπόψιν ότι η εξασθένηση των τριών φορτιών μερικώς συσχετίζεται , εκτιμάται ότι η πιθανότητα κάλυψης κατά 90% μπορεί να επιτευχθεί για απόσταση 250 μέτρων με τουλάχιστον ένα φορτίο. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν επαναλήπτες (OR-Outdoor Repeaters) για την επίτευξη μεγαλύτερων αποστάσεων. Οι επαναλήπτες χρησιμοποιούν τις ίδιες με τον κύριο σταθμό. Οι στατιστικές εσωτερικής εμβέλειας δείχνουν συνήθως μια μετμεταξύ των απωλειών και της απόστασης. Η εξασθένηση της γραμμής εξαρτάται κυρίως απο τον αριθμό των διανομών και των κλάδων σε μια διαδρομή του σήματος.Από εμπειρικά δεδομένα αποδεικνύεται ότι με μια σωστή _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 23


_______________________________

γκατάσταση, μπορούν να καλυφθούν πάνω απο 90% των συσκευών για εσωτερική

.2.4 Ενδοκαναλική παρεμβολή

Καταρχήν,παρακείμενα συστήματα PLC που επαναχρησιμοποιούν τις ίδιες

ολή μεταξύ

o

____________________________________________________________________

_______________________________________ εχρήση. 2 συχνότητες μπορεί να προκαλέσουν αμοιβαία παρεμβολή (ενδοκαναλική παρεμβολή). Σε εξωτερικά δίκτυα,αναμένεται παρεμβολή κυρίως στα άκρα του καναλιού.Ωστόσο η ενδοκαναλική παρεμβολή παρουσιάζεται σπάνια σε εξωτερικά δίκτυα. Ωστόσο , το κυριότερο πρόβλημα που εμφανίζεται είναι η παρεμβγειτονικών συστημάτων PLC. Αυτού του είδους η παρεμβολή μπορεί να αντιμετωπιστεί μέσω συνδυασμού της χρήσης των θυρίδων uplink και d wnlink. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ελεγκτής καθορίζεται ως master συγχρονισμού μιας ομάδας πιθανά παρεμβαλλόμενων ελεγκτών. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται κατά κόρον. _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 24


_______________________________ _______________________________________ Aναφορές [1] Physical and Regulatory Constraints for Communication over the Power Supply

] Demonstration of the technical Viability of PLC Systems on Medium-and Low-

] Broadband PLC Access Systems and Field Deployment in European Powerline

] Σημειώσεις για το μάθημα Δίκτυα Επικοινωνιών , Γεώργιος Σταματέλλος, Ξάνθη

] End-to-end approach to the development of powerline communication 2006

] Efficient Medium Access Control for Broadband Powerline Communications

] Precoded OFDM for Powerline Broadband Communication, Fefhi Tlili, Fatma

____________________________________________________________________

Grid ,Martin Gebhardt, Frank Weinmann και Klaus Dostert, Μαιος 2003 [2Voltage Lines in the United States. [3Networks Wellin Liu, Hanspeter Widmer και Philippe Raffin [42003,εκδόσεις Δημοκριτείου Πανεπιστημίου Θράκης. [5technologies ,Logvinov, O., Lawrence, D.M., Bo Zhang, Reeber, J.E.,Γενάρης [6Networks ,Chiras, T., Koutsakis P., Paterakis M.,Απρίλιος 2007 [7Rouissi, Adel Ghaze. _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 25

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ KEΦΑΛΑΙΟ 3 H ΒΑΘΜΙΔΑ UM232R USB-Serial UART 3.1.Εισαγωγή Το UM232R είναι ένα δομικό στοιχείο που χρησιμοποιεί το ολοκληρωμένο FT232 RL, μιά από τις πιο πρόσφατες ενσωματωμένες συσκευές διασύνδεσης USB-UART. To FT232 RL διασυνδέει το USB πρωτόκολλο με το πρωτόκολλο σύγχρονης / ασύγχρονης μετάδοσης UART. Είναι διαθέσιμες ρυθμίσεις τόσο για ασύγχρονες όσο και για σύγχρονες επικοινωνίες.Οι εφαρμογές διασύνδεσης USB-UART έχουν απλοποιηθεί περαιτέρω ενσωματώνοντας την εξωτερική EEPROM στην συσκευή. Το FT232 RL προσθέτει επίσης 2 νέες λειτουργίες,επιτυγχάνοντας για μερικές εφαρμογές την αισθητή μείωση του κυκλώματος.Το εσωτερικό ρολόι (6 ΜHz,12 MHz,24 MHz και 48 MHz) μπορεί να χρησιμοποιηθεί και εκτός της συσκευής ώστε να οδηγήσει και άλλα τσιπ όπως π.χ. έναν μικροεπεξεργαστή.Κατά την κατασκευή αποθηκεύεται ένας μοναδικός αριθμός στο τσιπ,ο οποίος μπορεί να αναγνωστεί από την USB θύρα,κάτι που δίνει την δυνατότητα για ένα επίπεδο ασφαλείας ώστε να αποτρέπεται η αντιγραφή του λογισμικού. Το UM232R παρέχεται σε ένα DIP socket των 24 ακροδεκτών και έχει μήκος 48,5 mm. Οι διαστάσεις του UM232R καθώς και οι γραφικές του απεικονίσεις παρουσιάζονται στα παρακάτω σχήματα.

Σχημα 3.1 Το ολοκληρωμένο UM232R USB-Serial UART _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 26


Σχήμα 3.2 Κάτοψη και διαστάσεις του UM232R 3.1.1.Χαρακτηριστικά του UM232R Όπως προαναφέρθηκε, η βαθμίδα αποτελεί μια διασύνδεση μετατροπής πρωτοκόλλου USB σε ασύγχρονη σειριακή μετάδοση δεδομένων. Η βαθμίδα χειρίζεται απο μόνο του το πρωτόκολλο USB, οπότε δεν χρειάζεται ειδικός προγραμματισμός αυτής. H διασύνδεση UART υποστηρίζει μετάδοση των 7 ή 8 bits, ενός ή δυο bits τερματισμού καθώς και bit ισοτιμίας. Παρέχει επίσης τους κατάλληλους ακροδέκτες για έλεγχο μετάδοσης Xon/Xoff. Oι ρυθμοί δεδομένων έχουν εύρος απο 300 baud έως 3 Megabaud. Μπορεί επίσης να επιλεγεί για έξοδο σήματος ρολογιού μεταξύ των 48 , 24 , 12 και 6MHz ,τα οποία μπορούν να οδηγήσουν έναν εξωτερικό μικροελεγκτή ή ένα FPGA. To τσιπ διαθέτει επίσης μνήμες λήψης και αποστολής λογικής FIFO για την επίτευξη μεγάλης απόδοσης. Υποστηρίζει επίσης πολλαπλούς τρόπους τροφοδοσίας,μέσω του USB bus ή με τροφοδοσία από εξωτερική πηγή. Παρέχει επίσης τους κατάλληλους μετατροπείς τάσης των 3.3 Volt. Tέλος η ενσωματωμένη στο τσιπ θύρα USB ‘B’ δίνει την δυνατότητα για σύνδεση του τσιπ με τον υπολογιστή χρησιμοποιώντας ένα τυποποιημένο καλώδιο USB A σε Β. Να τονιστεί βέβαια, ότι για να αναγνωρίσει ο υπολογιστής το UM232R, ώστε να μπορεί να επικοινωνήσει μαζί του, θα πρέπει να φορτωθούν οι κατάλληλοι drivers που παρέχει η εταιρία FTDI. Το UM232R μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλές ηλεκτρονικές εφαρμογές, και γενικότερα όπου μια εφαρμογή απαιτεί διασύνδεση USB. Eκτός απο την κατασκευή ασύρματων modems το UM232R μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε smart cards, ψηφιακές κάμερες, PDAs κ.α. ώστε να παρέχει επικοινωνία USB. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 27

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ 3.1.2.Ακροδέκτες του UM232R και περιγραφή των σημάτων Σχημα 3.3 Οι ακροδέκτες του UM232R Ακροδέκτης Όνομα Τύπος Περιγραφή 1 TXD Έξοδος Έξοδος μεταδιδόμενων ασύγχρονων δεδομένων 2 DTR# Έξοδος Έξοδος ελέγχου για ληφθέντα δεδομένα /σήμα

επιβεβαίωσης 3 RTS# Εξοδος Έξοδος ελέγχου για αποστολή δεδομένων/σήμα

επιβεβαίωσης 4 VIO PWR 1.8V έως 5.25V/ τροφοδοσία της διασύνδεσης

UART 5 RXD Eίσοδος Είσοδος λήψης ασύγχρονων δεδομένων 6 RI# Eισοδος Είσοδος ελέγχου/θέτοντας το RI# χαμηλό

ενεργοποιούμε τον κεντρικό ελεγκτή απο την κατάσταση αναμονής

7,24 GND PWR Γείωση 8 DSR# Είσοδος Σήμα επιβεβαίωσης 9 DCD# Eίσοδος Έλεγχος εισόδου ανίχνευσης δεδομένων 10 CTS# Eίσοδος Σήμα επιβεβαίωσης 11 CB4 Eίσοδος

/ Έξοδος Ρυθμιζόμενος ακροδέκτης CBUS εισόδου -εξόδου

12 CB2 Eίσοδος/ Έξοδος

Ρυθμιζόμενος ακροδέκτης CBUS εισόδου- εξόδου

13 SLD Γείωση Γείωση καλωδίου USB 14 USB Εξοδος Τροφοδοσία του bus της USB θύρας _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 28

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ 15,21 VCC PWR ή έξοδος Οι 2 ακροδέκτες είναι εσωτερικά

συνδεδεμένοι μεταξύ τους.Χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία του ολοκληρωμένου.

16 PU1 Έλεγχος Στην αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία συνδέεται με τον ακροδέκτη 14 (USB)

17 PU2 Έλεγχος Στην αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία συνδέεται με τον ακροδέκτη 17 (#RST)

19 3V3 Έξοδος Tάση εξόδου 3.3 Volt απο ενσωματωμένο L.D.O.

20 RST# Eίσοδος Μπορεί να χρησιμοποιηθεί απο εξωτερική συσκευή για την επανεκκίνηση του τσιπ


Ρυθμιζόμενος ακροδέκτης CBUS εισόδου εξόδου





3.1.3 Συνδεσμολογία του UM232R με τον μικροεπεξεργαστή/Αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία. Το ολοκληρωμένο UM232R επιτρέπει 2 τρόπους συνδεσμολογίας για την τροφοδοσία και την λειτουργία του. Με την μια μέθοδο το συνδέουμε έτσι ώστε το ολοκληρωμένο να τροφοδοτείται απο το καλώδιο USB. Ένας εναλλακτικός τρόπος που παρέχεται για την λειτουργία του, είναι το ολοκληρωμένο να λειτουργεί με την δική του τάση τροφοδοσίας, ή αλλιώς την επονομαζόμενη αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία. Στην παρούσα εφαρμογή επιλέξαμε την αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία για το UM232R, θεωρώντας την, ως μια πιο αξιόπιστη λύση. Γιαυτό θα επεκταθούμε κυρίως σε αυτήν την συνδεσμολογία. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 29


Σχημα 3.4 Συνδεσμολογία αυτοτροφοδοτούμενης λειτουργίας Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει το UM232R σε συνδεσμολογία αυτοτροφοδοτούμενης λειτουργίας. Στην περίπτωση αυτή ο συνδέτης στους ακροδέκτες J2 αφαιρείται, και συνδέεται εξωτερική τροφοδοσία στους ακροδέκτες VCC του ολοκληρωμένου. Στο σχήμα η τροφοδοσία αναφέρεται σε τάσεις εύρους 3.3 – 5 Volt. Μια αυτοτροφοδοτούμενη συσκευή USB καταναλώνει ισχύ από ξεχωριστή τροφοδοσία και όχι απο το καλώδιο USB. Oι βασικοί κανόνες είναι οι εξής:

i) Η συσκευή δεν θα πρέπει να υποχρεώνει την θύρα USB σε διακοπή της τροφοδοσίας, όταν απενεργοποιείται ο κεντρικός ελεγκτής USB.

ii) H συσκευή μπορεί να καταναλώνει όσο ρεύμα χρειάζεται χωρίς περιορισμούς, είτε κατά την κανονική λειτουργία είτε κατά την κατάσταση αναμονής καθώς διαθέτει την δική του τροφοδοσία.

Για να ικανοποιήσουμε τον κανόνα (i) η θύρα USB χρησιμοποιείται για να ελέγξει τον ακροδέκτη #RESET της συσκευής FT232R. Όταν ο USB ελεγκτής ενεργοποιείται, η εσωτερική αντίσταση των 1.5 ΚΩ της τάσης εισόδου USBDP μεταβαίνει στα 3.3V, αναγνωρίζοντας την έτσι ώς συσκευή γρήγορης ταχύτητας. Όταν ο USB ελεγκτής είναι απενεργοποιημένος, το σήμα #RESET τίθεται σε χαμηλή στάθμη, και η συσκευή θα επανεκκινηθεί. Όσο το #RESET είναι χαμηλό, η εσωτερική αντίσταση των 1.5 KΩ δεν θα μεταβεί στα 3.3 V, και έτσι δεν θα περάσει ρεύμα στο USBDP μέσω της αντίστασης, όσο ο ελεγκτής είναι απενεργοποιημένος. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 30

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ Για να γίνει αυτό ο ακροδέκτης 14 (USB) συνδέεται με τον PU2, και το PU1 συνδέεται με το RST#. Μια αποτυχία σύνδεσης αυτών των ακροδεκτών, θα έχει σαν αποτέλεσμα οι USB ελεγκτές να ενεργοποιηθούν εσφαλμένα. Όταν το FT232R βρίσκεται σε επανεκκίνηση, όλοι οι ακροδέκτες της διασύνδεσης UART βρίσκονται σε κατάσταση tri-state. Αυτοί οι ακροδέκτες έχουν εσωτερική αντίσταση 200 KΩ, έτσι θα οδηγηθούν σε υψηλή αντίσταση, εκτός αν δεν οδηγηθούν απο εξωτερικά λογικά σήματα. Το σχήμα 3.4 είναι ένα παράδειγμα διασύνδεσης του FT232R με έναν μικροελεγκτή που υποστηρίζει UART. Σε αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιείται το TXD και το RXD για αποστολή και λήψη δεδομένων αντίστοιχα, καθώς και τα σήματα RTS# και CTS# για επιβεβαίωση υλικού. Προαιρετικά ,το σήμα RI# μπορεί να συνδεθεί με άλλον ακροδέκτη του μικροεπεξεργαστή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενεργοποιήσει έναν ελεγκτή USB απο την κατάσταση αναμονής. Ένας απο τους ακροδέκτες CBUS μπορεί να ρυθμιστεί ως έξοδος ρολογίου των 6/12/24/48 MHz το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για χρονισμό ενός μικροεπεξεργαστή. Έαν επίσης ο επεξεργαστής χειρίζεται λειτουργίες διαχείρισης ισχύος, τότε ο ακροδέκτης CBUS μπορεί να ρυθμιστεί ως PWREN# και να συνδεθεί ως ακροδέκτης εισόδου εξόδου ενός μικροεπεξεργαστή. Στο ακόλουθο σχήμα 3.5 παρουσιάζεται το σχηματικό διάγραμμα της υλοποίησης του UM232R. Στο επόμενο υποκεφάλαιο επίσης παρουσιάζεται μια αναλυτική περιγραφή της σειριακής ασύγχρονης επικοινωνίας UART. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 31

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________

Σχήμα 3.5 Σχηματικό διάγραμμα του UM232R _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 32

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ 3.2 ΣΥΓΧΡΟΝΗ - ΑΣΥΓΧΡΟΝΗ ΣΕΙΡΙΑΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ (USART ) Στο παρόν κεφάλαιο θα παρουσιάσουμε μια σύντομη εισαγωγή στο πρωτόκολλο επικοινωνίας USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter). Η επικοινωνία USART πολλές φορές αναφέρεται με τον όρο Σειριακή Διασύνδεση Επικοινωνιών (SCI). Στην σύγχρονη επικοινωνία χρησιμοποιείται ένα ρολόι για την μετάδοση των δεδομένων, κάτι που δεν χρησιμοποιείται στην ασύγχρονη επικοινωνία. Στην ασύγχρονη λειτουργία, ένας ακροδέκτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μετάδοση των δεδομένων και ένας άλλος για την λήψη. Δηλαδή μπορεί να επιτευχθεί η ταυτόχρονη λήψη και μετάδοση δεδομένων, η γνωστή full-duplex λειτουργία. Καθώς όμως ενεργοποιείται σε έναν μικροελεγκτή το USART τα pin της λήψης και μετάδοσης δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα για άλλη λειτουργία εισόδου ή εξόδου. Είναι δηλαδή δεσμευμένα στο USART. Το USART χρησιμοποιείται συνήθως στην ασύγχρονη λειτουργία. Γιαυτό θα επεκταθούμε κυρίως στην ασύγχρονη επικοινωνία του πρωτόκολλου. Mια κοινή εφαρμογή του UART στην ασύγχρονη λειτουργία είναι η επικοινωνία με την σειριακή θύρα RS-232 του υπολογιστή. Παλιότερα οι ηλεκτρονικές εφαρμογές χρησιμοποιούσαν RS-232, για την επικοινωνία με τον υπολογιστή. Σήμερα όμως αυτές οι εφαρμογές καθίστανται ασύμβατες με το χώρο των εμπορικών υπολογιστών, καθώς όλες οι θύρες RS-232 έχουν αντικατασταθεί με τις USB θύρες. Το πρόβλημα αυτό το λύνουν πολλά εμπορικά τσιπ, που δίνουν την δυνατότητα επέκτασης του πρωτοκόλλου UART σε θύρα USB. Η χρησιμοποίηση αυτών των τσιπ εμπεριέχει 2 πλεονεκτήματα:

• Δίνουν δυνατότητα στην ηλεκτρονική εφαρμογή να επικοινωνεί με υπολογιστές μέσω θύρας USB, λύνοντας το πρόβλημα της απόσυρσης του RS-232.

• Σε παλαιότερες εφαρμογές η επικοινωνία για παράδειγμα ενός μικροελεγκτή με την θύρα RS-232, απαιτούσε την χρήση και δεύτερου τσιπ(συνήθως του Μax232), που θα εκτελούσε την απαραίτητη μετατροπή του λογικού επιπέδου TTL στο λογικό επίπεδο του RS-232. Με τα καινούρια ηλεκτονικά στοιχεία, δεν χρειάζονται τέτοια chip, καθώς απο μόνα τους κάνουν την μετατροπή, μειώνοντας έτσι τον πολύτιμο χώρο της ηλεκτρονικής εφαρμογής αλλά και το κόστος της τελικής υλοποίησης. Μπορούμε να πετύχουμε λοιπόν με αυτά τα ηλεκτρονικά στοιχεία(π.χ. UM232R) και πιο μικρές πλακέτες αλλά και πιο φθηνές.

Στην συνέχεια θα περιγράψουμε την εφαρμογή του UART. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 32


TX9D

Transmit Shift Register PIN

TXREG

TX9=1

1bit 8 bits

Σχήμα 3.6 Χονδρικό διάγραμμα UART μετάδοσης Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε ένα χονδρικό διάγραμμα της υλοποίησης απο πλευράς υλικού της μετάδοσης δεδομένων μέσω UART. Το UART μπορεί να ρυθμιστεί για αποστολή 8 ή 9 bits δεδομένων από το ΤΧ9D του TXSTA καταχωρητή. Εάν πρέπει να μεταδοθούν 9 bits, το 9ο bit πρέπει να μεταφερθεί στον TX9D του TXSTA καταχωρητή, πριν εγγραφούν τα 8 bits στον καταχωρητή ΤΧREG. Την στιγμή που έχουν εγγραφεί τα δεδομένα στον TXREG, τα 8 η 9 bits μεταδίδονται στον Transmit Shift Register. Απο εκεί ολισθαίνουν στον ακροδέκτη TX, αφού προηγηθεί το bit εκκίνησης και ακολουθηθεί το bit τερματισμού. Η χρήση του TSR(transmit shift register) επιτρέπει να εγγραφούν νέα δεδομένα στον καταχωρητή TXREG , ενώ μεταδίδονται τα προηγούμενα δεδομένα. Αυτό μας επιτρέπει την μεγιστοποίηση του Throughput.

Σχήμα 3.7 Χονδρικό διάγραμμα λήψης δεδομένων _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 33

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ Στο σχήμα 3.7 βλέπουμε το αντίστοιχο μπλόκ διάγραμμα της λήψης δεδομένων μέσω UART. Όπως στην μετάδοση,έτσι και στην λήψη τo UART μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να λαμβάνει 8 ή 9 bits από το RX9 του καταχωρητή RCSTA . Μετά την ανίχνευση του bit εκκίνησης , 8 ή 9 bits σειριακών δεδομένων ολισθαίνουν απο τον ακροδέκτη RX στον καταχωρητή RSR(receive shift register) ένα bit κάθε φορά. Αφού ολισθήσει και το τελευταίο bit και ελεγχθεί το bit τερματισμού, τα δεδομένα μετακινούνται στον buffer, ο οποίος περνάει τα δεδομένα στον καταχωρητή RCREG εάν αυτός ειναι άδειος. Έτσι λοιπόν ο buffer και ο καταχωρητής RCREG σχηματίζουν μαζί ένα στοιχείο με λογική FIFO. Εάν έχει ενεργοποιηθεί η λήψη των 9 bit, το 9ο bit περνάει στο bit RX9D του καταχωρητή RCSTA, με τον ίδιο τρόπο όπως τα άλλα bits περνάνε στον καταχωρητή RCREG . Η χρήση ενός ξεχωριστού καταχωρητή RSR (receive shift register) και ενός buffer FIFO δίνει χρόνο στο λογισμικό που τρέχει στον επεξεργαστή να διαβάσει τα ληφθέντα δεδομένα προτού συμβεί το λάθος της αντικατάστασης των δεδομένων με νέα δεδομένα (overrun error). Είναι πιθανόν να έχουμε παραλάβει 2 δεδομένα και ο επεξεργαστής να απασχολείται λαμβάνοντας ένα 3ο byte πριν διαβαστούν τα δεδομένα στον καταχωρητή RCREG.

Σχήμα 3.8 Κυματομορφή ασύγχρονης μετάδοσης 8-bit με ένα bit εκκίνησης και ένα bit τερματισμού. . Το παραπάνω σχήμα είναι ένα παράδειγμα μιας κυματομορφής,που δείχνει την ασύγχρονη μετάδοση 8 bit δεδομένων. Το byte είναι το εξής: ‘00100101’. To USART δέχεται και στέλνει λογικά σήματα στους ακροδέκτες TX και RX του μικροεπεξεργαστή. Το σήμα είναι υψηλό όταν δεν υπάρχει λήψη ή μετάδοση και μεταβαίνει σε χαμηλή κατάσταση όταν αρχίζει η μετάδοση. Αυτή η μετάβαση σε χαμηλή κατάσταση χρησιμοποιείται από τον παραλήπτη για να συγχρονιστεί με τα εισερχόμενα δεδομένα. Το σήμα παραμένει χαμηλό κατά την διάρκεια του bit εκκίνησης και ακολουθείται από τα bits δεδομένων με πρώτο το λιγότερο σημαντικό bit. Στην περίπτωση της μεταφοράς 8-bit,μεταφέρονται τα 8 bits δεδομένων που ακολουθούνται από το bit τερματισμού που είναι σε κατάσταση υψηλή. Αφού τελειώσει το bit τερματισμού, μπορεί να ξεκινήσει μια νέα μεταφορά δεδομένων. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 34

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ Μια σημείωση είναι ότι η μεταφορά των δεδομένων γίνεται με πρώτο το λιγότερο σημαντικό bit , γιαυτό και η απεικόνιση του byte στο σχήμα είναι αντίθετη απο αυτήν που χειριζόμαστε προγραμματιστικά. Επίσης η αναπαράσταση των bits στο RS-232 χρησιμοποιεί αρνητική λογική για το λογικό 1, κάτι που δεν κάνει απο μόνο του το UART. Γιαυτό και παλιά χρειάζονταν ένα τσιπ που θα έκανε την απαραίτητη μετατροπή.Με τα σύγχρονα τσιπ όμως(π.χ. UM232R), δεν χρειάζονται τέτοια τσιπ αφού υλοποιούν απο μόνα τους την μετατροπή απο την σηματοδοσία του UΑRT στην σηματοδοσία του USB.

Σχήμα 3.9 Κυματομορφή ασύγχρονης μετάδοσης 9-bit Σε αυτό το σχήμα παρουσιάζεται η ασύγχρονη μετάδοση των 9-bit. Το 9ο bit μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε στην περίπτωση όπου εφαρμόζουμε στα δεδομένα έλεγχο ισοτιμίας, είτε όταν χρησιμοποιούμε 2 bit τερματισμού. Υπάρχουν διάφοροι καταχωρητές που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του UART. O καταχωρητής SPBRG που επιτρέπει την ρύθμιση του ρυθμού δεδομένων. Οι καταχωρητές TXSTA και RCSTA που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της μετάδοσης και της λήψης. Οι καταχωρητές TXREG και RCREG χρησιμοποιούνται για την εγγραφή δεδομένων και για την ανάγνωση των δεδομένων. Οι καταχωρητές PIR1 και PIE1, περιέχουν τα bits σημάτων διακοπής και ενεργοποιούν τα bits ώστε να επιτρέψουν στο UART να παράγει διακοπές. Οι διακοπές χρησιμοποιούνται συχνά όταν ο μικροεπεξεργαστής είναι απασχολημένος να εκτελεί κώδικα και τα δεδομένα πρέπει παράλληλα να αποσταλλούν ή να παραληφθούν. Οι δείκτες διακοπής δεν χρησιμοποιούνται μόνο για διακοπές , αλλά μπορούν ταυτόχρονα να διαβαστούν σε κανονική λειτουργία για να καθοριστεί αν τα δεδομένα έχουν ληφθεί ή μπορούν να αποσταλλούν. Ο ρυθμός με τον οποίο τα δεδομένα αποστέλλονται ή λαμβάνονται πρέπει πάντα να ρυθμίζεται απο τον καταχωρητή baud rate generator εκτός εάν το UART χρησιμοποιείται σε σύγχρονη λειτουργία slave. Ο ρυθμός δεδομένων ρυθμίζεται γράφοντας τα bit στον καταχωρητή SPBRG. Με το bit SYNC επιλέγουμε είτε την σύγχρονη είτε την ασύγχρονη λειτουργία. Με τις κατάλληλες ρυθμίσεις επίσης μπορούμε να επιλέξουμε διαφορετικούς ρυθμούς δεδομένων. Στην ασύγχρονη λειτουργία,το bit SYNC πρέπει να είναι μηδέν και το bit BRGH χρησιμοποιείται για να επιλέξουμε μεταξύ υψηλού και χαμηλού ρυθμού δεδομένων, ώστε να έχουμε μεγαλύτερη ευελιξία στην επιλογή του ρυθμού δεδομένων, καθότι με το ίδιο εξωτερικό ρολόι, μπορούμε να έχουμε 2 διαφορετικούς ρυθμούς δεδομένων. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 35

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ Βάσει δυο μαθηματικών τύπων, καθορίζουμε τον ρυθμό δεδομένων που θα χρησιμοποιήσουμε. Αυτοί είναι οι εξής: Για τον ρυθμό δεδομένων: Βaud Rate = Fosc/(16*(SPBRG+1)) , όταν BRGH=1 Βaud Rate = Fosc/(64*(SPBRG+1)) , όταν BRGH=0 Για τον καταχωρητή SPBRG: SPBRG = (Fosc /(16*Baud Rate)) -1 , όταν BRGH=1 SPBRG = (Fosc /(64*Baud Rate)) -1 , όταν BRGH=0 Οι δυο αυτοί μαθηματικοί τύποι μας βοηθούν στην ρύθμιση του BRGH bit, και του καταχωρητή SPBRG. Ο προγραμματιστής πρέπει να υπολογίσει τις κατάλληλες τιμές που θα τοποθετήσει.στον καταχωρητή SPBRG για να πετύχει τον επιθυμητό ρυθμό δεδομένων. Ο καταχωρητής μπορεί να έχει την τιμή μεταξύ 0 και 255 και πρέπει να έχει πάντα τιμή ακεραίου. Όταν η τιμή που υπολογίζουμε δεν είναι ακέραιος θα υπάρχει διαφορά μεταξύ του επιθυμητού και του πραγματικού ρυθμού δεδομένων. Συνήθως όταν από τους υπολογισμούς προκύπτει πραγματικός αριθμός ,στρογγυλοποιούμε την τιμή που βρήκαμε. Με την διαφορά πραγματικού και ακέραιου αριθμού υπολογίζουμε το λάθος. Το επιτρεπόμενο κάθε φορά λάθος (ή απόκλιση) εξαρτάται κάθε φορά απο την εφαρμογή. Είναι προτιμητέο σε κάθε ηλεκτρονική εφαρμογή να χρησιμοποιείται κρύσταλλος. Αν αντίθετα χρησιμοποιήσουμε RC κύκλωμα, είναι πιθανόν να είναι προβληματική η επικοινωνία με τον υπολογιστή.

Το παραπάνω τμήμα κώδικα αποτελεί ένα παράδειγμα ρύθμισης του ρυθμού δεδομένων. Πρέπει να επιλέξουμε το σωστό Bank καταχωρητών για να αποκτήσουμε πρόσβαση στον καταχωρητή SPBRG. Tα απαιτούμενα δεδομένα δηλαδή ο αριθμός 25 στην περίπτωση μας , φορτώνονται στον καταχωρητή SPBRG. Tέλος το bit BRGH στον καταχωρητή τίθεται θετικός, ώστε να επιλέξουμε υψηλό ρυθμό δεδομένων. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 36

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Ο καταχωρητής TXSTA χρησιμοποιείται κυρίως για να ελέγχει τις αποστολές δεδομένων, έχει ωστόσο και άλλες λειτουργίες. Για παράδειγμα το bit SYNC επιλέγει την ασύγχρονη ή σύγχρονη λειτουργία. Το bit TX9 επιτρέπει την μετάδοση 9-bit. Εάν τεθεί το bit , το TX9D bit του καταχωρητή θα μεταδοθεί μαζί με τα 8 bits που έχουν φορτωθεί στον TXREG. Το bit TXEN επιτρέπει την αποστολή δεδομένων. Μόλις τεθεί το bit και αν ενεργοποιηθεί η σειριακή θύρα, ότι δεδομένα φορτώνονται στον καταχωρητή TXREG θα μεταδοθούν. Το bit SYNC πρέπει να τεθεί μηδέν για να έχουμε ασύγχρονη λειτουργία. Το bit BRGH καθορίζει γρήγορο ή αργό ρυθμό δεδομένων στην ασύγχρονη λειτουργία. Αυτό μας επιτρέπει να επιλέξουμε απο ένα μεγαλύτερο εύρος ρυθμών δεδομένων. Το bit TRMT δείχνει αν υπάρχουν δεδομένα στον καταχωρητή TSR (transmit shift register). Αυτό μας δείχνει ότι υπάρχει αποστολή δεδομένων που δεν έχει ακόμα τελειώσει. Τα δεδομένα που βρίσκονται στον καταχωρητή TXREG φορτώνονται στον TSR(transmit shift register) όταν αυτός αδειάσει. Ο TSR είναι εσωτερικός καταχωρητής και δεν μπορούμε να έχουμε πρόσβαση. Ο καταχωρητής RCSTA χρησιμοποιείται κυρίως για να ελέγχει την λήψη αλλά δεν έχει κάποιες άλλες λειτουργίες. Για παράδειγμα , το bit SPEN χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση της σειριακής θύρας, ώστε να έχουμε και μετάδοση και λήψη δεδομένων. Θέτοντας το SPEN ρυθμίζουμε επίσης και τους 2 ακροδέκτες που σχετίζονται με το USART, τον RΧ και ΤΧ ακροδέκτη. Το bit RX9 επιτρέπει την λήψη 9-bit. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το 9ο bit που λαμβάνεται να φορτώνεται στο bit RX9D του καταχωρητή RCSTA. To bit SREN δεν έχει επίδραση στην ασύγχρονη λειτουργία. Το CREN bit ενεργοποιεί την συνεχόμενη λήψη δεδομένων όταν έχει τεθεί και απενεργοποιεί την λήψη όταν είναι μηδέν. Το bit ADDEN bit επιτρέπει την ανίχνευση διεύθυνσης από το 9ο bit .To bit FERR απεικονίζει ένα λάθος πακέτου, που σημαίνει ότι το bit τερματισμού δεν ανιχνεύτηκε. Το λάθος πακέτου σχετίζεται με το byte που έχει ληφθεί και καθώς ο καταχωρητής RCREG έχει διαβαστεί, το bit FERR δεν θα δείχνει τίποτα μέχρι να ληθφούν νέα δεδομένα. Τα λάθη πακέτων συμβαίνουν συχνά λόγω ασύμβατων ρυθμών δεδομένων. Το bit OERR δείχνει ένα λάθος επανεγγραφής(overrun) που σημαίνει ότι ένα πλήρες byte λήφθηκε όταν ο buffer ήταν ακόμα γεμάτος με 2 προηγούμενα byte. Τα νέα δεδομένα θα χαθούν και δεν θα ληφθούν επόμενα δεδομένα μέχρι το bit CREN να τεθεί μηδέν από το λογισμικό. Τα δυο bytes στον buffer μπορούν να διαβαστούν ωστόσο απτον καταχωρητή RCREG. Στην συνέχεια παραθέτουμε ένα μικρό μέρος κώδικα για μετάδοση δεδομένων με UART:


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ Πριν μεταδοθεί ένα byte, ένας έλεγχος πρέπει να γίνει για να διασφαλίσουμε ότι το προηγούμενο byte που φορτώθηκε στον καταχωρητή TXREG δεν επανεγγράφεται. Τα δεδομένα απλά μετακινούνται από τον TXREG , όταν και μόνο όταν ο TSR είναι άδειος έτσι ώστε αν γίνεται μετάδοση, τα δεδομένα να παραμείνουν στον TXREG, μέχρι να μεταδοθουν όλα. Ο δείκτης TXIF τίθεται όταν τα δεδομένα του καταχωρητή TXREG μετακινούνται στον TSR, γιαυτό και το bit πρέπει να ελεγχθεί προτού νέα δεδομένα εγγραφούν στον TXREG. Στον κώδικα που παραθέσαμε πάνω εκτελείται ακριβώς αυτή η λειτουργία. Αμέσως μετά απτόν κώδικα μπορούμε να μεταφέρουμε νέα δεδομένα στον ΤΧREG, όπως περιγράφει και ο παρακάτω κώδικας,

Mια εναλλακτική λύση είναι η χρησιμοποίηση διακοπών για να εξετάσουμε το πότε μπορούμε να στείλουμε νέα δεδομένα. Τώρα θα εξετάσουμε την διαδικασία λήψης δεδομένων μέσω USART, που είναι σχετικά πιο πολύπλοκη από την μετάδοση, καθότι απαιτεί μερικούς πρόσθετους ελέγχους.

Πριν γίνει η ανάγνωση του RCREG , πρέπει να γίνει ένας έλεγχος για το εάν νέα δεδομένα έχουν ληφθεί. Όταν εισέρθουν νέα δεδομένα στον καταχωρητή, το bit RCIF στον καταχωρητή PIR1 θα τεθεί. Ο κώδικας ελέγχει το bit RCIF στον καταχωρητή PIR1 μέχρι αυτό να τεθεί σε υψηλή κατάσταση. Σε πολλές περιπτώσεις, ο επεξεργαστής δεν πρέπει να καταναλώνει χρόνο για να περιμένει τα νέα δεδομένα να ληφθούν και επίσης υπάρχει ο κίνδυνος να παραμείνει σε μια ατέρμονη επανάληψη, εάν δεν γίνεται για κάποιο λόγο λήψη δεδομένων. Ένας εναλλακτικός τρόπος είναι να χρησιμοποιούμε και εδώ διακοπές. Αφού ανιχνεύθει ότι έχουν ληφθεί νέα δεδομένα, τα 8 bit μπορούν να αναγνωστούν από τον καταχωρητή RCREG, και να επεξεργαστούν αναλόγως με τις απαιτήσεις της εφαρμογής. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 38

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ Τώρα θα ασχοληθούμε με τον έλεγχο ροής. Το USART θα λάβει τα δεδομένα όσο γρήγορα μας επιτρέπει ο ρυθμός δεδομένων. Σε μερικές περιπτώσεις, το λογισμικό που πρέπει να διαβάσει δεδομένα από τον καταχωρητή, μπορεί να μην είναι τόσο γρήγορο όσο τα δεδομένα λαμβάνονται. Σε αυτήν την περίπτωση, υπάρχει η ανάγκη για τον μικροεπεξεργαστή να δώσει εντολή στην συσκευή που εκπέμπει να σταματήσει προσωρινά την εκπομπή δεδομένων. Αυτό γίνεται με τον έλεγχο ροής. Υπάρχουν 2 κοινές μέθοδοι ελέγχου ροής , η μέθοδος XON/XOFF και ο έλεγχος υλικού. Ο έλεγχος ροής XON/XOFF μπορεί να υλοποιηθεί μόνο σε επίπεδο λογισμικού χωρίς την ανάγκη για εξωτερικές συνδέσεις,αλλά απαιτείται επικοινωνία full duplex. Όταν τα εισερχόμενα δεδομένα πρέπει να καθυστερηθούν, ένα byte XOFF μεταδίδεται πίσω στην άλλη συσκευή, η οποία μεταδίδει τα δεδομένα που λαμβάνονται. Για να εκκινήσει έπειτα ξανά η συσκευή την μετάδοση, μεταδίδεται ένα byte XON. Τα σήματα XON και XOFF είναι τυποποιημένοι χαρακτήρες ελέγχου κωδικοποίησης ASCII. Αυτό σημαίνει ότι καθώς στέλνουμε ακατέργαστα δεδομένα αντί κειμένου ASCII, πρέπει να διασφαλίζουμε ότι δεν στέλνουμε κατά λάθος και τους χαρακτήρες ΧΟΝ, ΧΟFF μαζί με τα δεδομένα. Ο έλεγχος ροής υλικού χρησιμοποιεί επιπλέον σήματα για να ελέγχει την ροή των δεδομένων, και καθορίζονται σαν μέρος του πρωτοκόλλου RS-232. Για να εφαρμόσουμε έλεγχο ροής υλικού σε έναν μικροεπεξεργαστή, πρέπει να χρησιμοποιηθούν επιπλέον ακροδέκτες εισόδου και εξόδου. Γενικά , ένας ακροδέκτης εξόδου ελέγχεται από την συσκευή λήψης για να δείξει οτι η συσκευή αποστολής πρέπει είτε να σταματήσει είτε να επανεκκινήσει τις αποστολές. Η συσκευή-αποστολέας ελέγχει έναν ακροδέκτη εισόδου για να καθορίσει πότε μπορούν να σταλθούν δεδομένα. Σε αυτό το σημείο θα εξετάσουμε την χρήση διακοπών στο πρωτόκολλο USART. Οι διακοπές είναι χρήσιμες για να ελαχιστοποιήσουμε τον χρόνο που ξοδεύει το λογισμικό, ελέγχοντας για ληφθέντα δεδομένα, ή για να ελέγξει πότε μπορεί να αρχίσει νέα αποστολή. Αυτό μπορεί να κάνει την υλοποίηση άλλων διεργασιών πιο εύκολη, καθώς δεν χρειάζεται να διακόπτονται για να ελέγχουν το USART. Το λογισμικό μπορεί να αποκριθεί γρηγορότερα στα εισερχόμενα δεδομένα, καθότι δεν εκτελεί την διεργασία εξέτασης για νέα εισερχόμενα δεδομένα. Λόγω της πιο γρήγορης ανταπόκρισης, τα δεδομένα παραμένουν για λιγότερο χρόνο στον καταχωρητή RCREG και έτσι ελαχιστοποιούνται οι πιθανότητες για σφάλματα υπερχείλισης. Τυπικά ,οι διακοπές χρησιμοποιούνται για να παραλάβουν δεδομένα και όχι για να αποστείλουν. Σε κάθε λογισμικό είναι απίθανο να γνωρίζουμε πότε θα εισέλθουν νέα δεδομένα γιαυτό και οι διακοπές είναι ένα χρήσιμο εργαλείο ώστε να αποφύγουμε τον συνεχή έλεγχο για νέα δεδομένα. Οι διακοπές του USART ελέγχονται απο 3 καταχωρητές. Ο καταχωρητής INTCON περιέχει τα bits GIE και PEIE. Αυτά είναι τα γενικά και περιφερειακά bits ενεργοποίησης των διακοπών και πρέπει να τεθούν ώστε να υλοποιηθούν οι διακοπές λήψης ή αποστολής. Ο καταχωρητής PIE1 περιέχει τα bits TXIE και RCIE bits, τα οποία είναι bits ενεργοποίησης διακοπών αποστολής και λήψης. Επιτρέπουν τις διακοπές λήψης και αποστολής, να ενεργοποιηθούν ή να απενεργοποιηθούν ανεξάρτητα. Ο καταχωρητής PIR1 περιέχει τα bits TXIF και RCIF , που αποτελούν τους δείκτες διακοπών λήψης και αποστολής. Όταν ένα από αυτά τα bits ενεργοποιηθεί , και τα αντίστοιχα bits ενεργοποίησης διακοπών είναι επίσης ενεργοποιημένα, θα συμβεί μια διακοπή. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 39


To παραπάνω τμήμα κώδικα, δείχνει πως οι διακοπές αποστολής και λήψης ενεργοποιούνται, ρυθμίζοντας τα κατάλληλα bits στους καταχωρητές INTCON και PIE1. Να σημειώσουμε ότι ο καταχωρητής INTCON μπορεί να επιλεχθεί από όλα τα Bank δεδομένων. Δεν χρειάζεται να θέσουμε σε λογικό μηδέν τους δείκτες διακοπών, καθώς αυτοί ελέγχονται από το υλικό UART. Αυτό το τμήμα κώδικα μπορεί να συνδυαστεί με άλλο κώδικα αρχικοποίησης,που ενεργοποιεί και άλλες διακοπές. Σε αυτήν την περίπτωση θα ήταν προτιμότερο να γράψουμε ολόκληρο το byte του καταχωρητή, παρά να ρυθμίζουμε ένα ένα τα bits αυτού. Όταν συμβεί μια διακοπή, ο κώδικας στο διάνυσμα διακοπών εκτελείται. Αυτό μπορεί να συμβεί οποιαδήποτε στιγμή, όπου οι διακοπές είναι ενεργοποιημένες, και η ρουτίνα διακοπών μπορεί να χρησιμοποιήσει τους ίδιους καταχωρητές απο αυτούς που χρησιμοποιούσε το κύριο πρόγραμμα. Επειδή λοιπόν η διακοπή μπορεί να αλλάξει τους καταχωρητές, είναι πολύ σημαντικό να σώσουμε τα περιεχόμενα των καταχωρητών πριν προχωρήσουμε στην λειτουργία της διακοπής. Επίσης επιστρέφοντας απο την διακοπή θα πρέπει να επαναφέρουμε τους καταχωρητές στην προηγούμενη τους κατάσταση. Για παράδειγμα ο κρίσιμος καταχωρητής PCLATH επηρεάζεται απο τις διακοπές. Στους σύγχρονους μικροεπεξεργαστές όπως η σειρά της Microchip 18C, υπάρχει αυτόματη αποθήκευση των κρίσιμων καταχωρητών, πριν την ενεργοποίηση των διακοπών. Τέλος,θα εξετάσουμε τα πιθανά σφάλματα που μπορούν να προκύψουν από την εφαρμογή του πρωτόκολλου επικοινωνίας USART. To USART μπορεί αυτόματα να ανιχνεύσει 2 τύπους σφαλμάτων. Αυτά απεικονίζονται από δυο δείκτες σφαλμάτων του καταχωρητή RCSTA. Είναι ο δείκτης σφάλματος υπερχείλισης και σφάλματος επανεγγραφής. Επιπλέον,το λογισμικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει και άλλα λάθη,όταν για παράδειγμα γίνεται έλεγχος ισοτιμίας. Χρησιμοποιώντας το 9ο bit σαν bit ισοτιμίας, κάθε λάθος σε bit δεδομένων μπορεί να ανιχνευθεί. Ένας έλεγχος σε περισσότερα bytes μαζί, μπορεί να προσφέρει ένα ακόμη επίπεδο ασφαλείας σχετικά με την εγκυρότητα των δεδομένων. Ένα σφάλμα πλαισίου συμβαίνει όταν το bit τερματισμού είναι μηδέν. Το bit τερματισμού πρέπει να είναι πάντα λογικά υψηλό ή 1. Το σφάλμα πλαισίου σχετίζεται πάντα με το byte στον RCREG και περνάει στον buffer με τον ίδιο τρόπο όπως και με τα δεδομένα με τα οποία σχετίζεται. Το διάβασμα του RCREG επιτρέπει το νέο byte δεδομένων να φορτωθεί στον RCREG με τον δικό του δείκτη σφάλματος πλαισίου. Γιαυτό τον λόγο είναι σημαντικό να διαβάσουμε τον δείκτη σφάλματος προτού τα δεδομένα διαβαστούν από τον RCREG, με τον ίδιο τρόπο που το 9ο bit διαβάζεται πριν απο τα δεδομένα στον RCREG. Δεν χρειάζεται να μηδενίσουμε τον δείκτη σφάλματος πλαισίου καθώς το bit FERR θα ανανεωθεί απο μόνο του, καθώς νέα δεδομένα θα φορτωθούν στον RCREG. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 40

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ Ένα σφάλμα επανεγγραφής συμβαίνει όταν ο buffer είναι γεμάτος με 2 bytes που έχουν ήδη ληφθεί και έχει εισέλθει και ένα 3ο byte στον RSR(receive shift register). Καθώς αυτό το 3ο byte πρέπει να μετακινηθεί στον buffer και δεν υπάρχει χώρος διαθέσιμος, αυτό απορρίπτεται και συμβαίνει ένα σφάλμα επανεγγραφής. Τα σφάλματα επανεγγραφής μπορούν να αποφευχθούν,διαβάζοντας τα εισερχόμενα δεδομένα όσο γρήγορα απαιτεί η εφαρμογή. Οι διακοπές μπορούν να χρησιμοποιηθούν συχνά, ώστε να διασφαλίσουμε ότι τα δεδομένα διαβάζονται έγκαιρα. Καθώς συμβεί ένα σφάλμα επανεγγραφής , δεν θα ληφθούν νέα δεδομένα μέχρι να επανεκκινηθεί η λειτουργία της λήψης, θέτοντας το bit CREN (Receive Enable Bit) σε κατάσταση 0 και ξανά 1. Μια κοινή περίπτωση σφάλματος επανεγγραφής, είναι όταν το UART σταματάει ξαφνικά να λαμβάνει δεδομένα,συχνά μετά από τα πρώτα 2 bytes. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 41

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ____________________________________________________________________ ANAΦΟΡΕΣ [1] datasheet of UM232R USB-Serial UART [2] «Ανάπτυξη modem για την ασύρματη διασύνδεση υπολογιστών» ,μεταπτυχιακή διατριβή του Καριώρη Δημήτριου,επιβλέπων Χρήστος Κουκουρής Ξανθη 2002 [3] The design of high speed UART Norhuzaimin, J., Maimun, H.H.,Αύγουστος 2007 [3] Design of UART Based on ARM+DSP Distributed Data Acquisition System, Yang Jinhong; Hong Yongqiang,Ιούλιος 2007 [4] 8-Bit SCI/UART Application Notes,ΙΕΕΕ [5] PIC microcontrollers ,Nebojsa Matic and Dragan Andric _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 42

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η ΒΑΘΜΙΔΑ XPORT- ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ TCP-IP ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΣΕ ΣΕΙΡΙΑΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ 4.1 Εισαγωγή Η ενσωματωμένη συσκευή Χ-Port αποτελεί μια πλήρη λύση πρόσβασης σε ΤCP-IP δίκτυο υπολογιστών. O μικροσκοπικός μετατροπέας σειριακής σε Ethernet επικοινωνίας επιτρέπει σε σχεδιαστές και κατασκευαστές να παρέχουν εύκολα ηλεκτρονικά προιόντα με διαδικτυακές ικανότητες και χαρακτηριστικά. To δομικό στοιχείο περιέχει έναν ελεγκτή DST , 256 Κbytes SRAM , 2 Kbytes μνήμη ROM καθώς και έναν ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή AMD 10/100 PHY. Περιλαμβάνει επίσης μια σειριακή διασύνδεση των 3.3 Volt, όλοι οι ακροδέκτες του υποστηρίζουν τάσεις των 5 Volt, μνήμη 4 Mbit flash, φίλτρα τροφοδοσίας ισχύος, κυκλώματα επανεκκίνησης, ρυθμιστή των 1.8V καθώς και κρύσταλλο των 25MHz και LEDs που χρησιμοποιούνται για την ένδειξη της κατάστασης του Ethernet. Γενικότερα, η λειτουργία του X-Port απαιτεί τροφοδοσία των 3.3 Volt και είναι σχεδιασμένο για λειτουργία σε ένα ευρύ πεδίο θερμοκρασιών.

Σχήμα 4.1 Πλάγια όψη και διαστάσεις του X-Port Παρατίθεται επίσης το λογικό διάγραμμα του X-Port για να δείξουμε την συσχέτιση των στοιχείων του μεταξύ τους. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 43


Σχήμα 4.2 Λογικό διάγραμμα του X-Port To X-Port διαθέτει μια σειριακή θύρα για ρυθμούς δεδομένων έως 920 Κbps (σε λειτουργία υψηλής απόδοσης). Οι σειριακοί ακροδέκτες είναι 3.3 Volt λογικής CMOS. Οι ακροδέκτες της σειριακής διασύνδεσης περιλαμβάνουν τροφοδοσία των 3.3 Volt, γείωση και ακροδέκτη επανεκκίνησης. Τα σειριακά σήματα συνήθως συνδέονται με μια εσωτερική συσκευή, όπως το UART. Για εφαρμογές που απαιτούν ένα εξωτερικό καλώδιο σε λογικά επίπεδα του RS-232 ή του RS422/485, το X-Port πρέπει να συνδεθεί με ένα τσίπ σειριακού μετατροπέα. Οι ακροδέκτες που παρέχει το τσιπ παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα. Όνομα σήματος Ακροδέκτες Λειτουργία GND 1 Σήμα γείωσης 3.3V 2 Είσοδος τροφοδοσίας 3.3

Volt nReset 3 Σήμα εξωτερικής

επανεκκίνησης Data Out 4 Σειριακά δεδομένα εξόδου Data In 5 Σειριακά δεδομένα

εισόδου CP1/RTS 6 Για έλεγχο ροής CP2/DTR 7 Για έλεγχο modem CP3/CTS/DCD 8 Για έλεγχο ροής/ Για

έλεγχο modem _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 44

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Σχήμα 4.3 Άνοψη της βαθμίδας X-Port 4.2 Λειτουργική περιγραφή Αυτό το κεφάλαιο περιγράφει τα χαρακτηριστικά του X-Port καθώς και βασικές πληροφορίες που χρειάζονται για την χρήση της βαθμίδας. Η συσκευή X-Port διαθέτει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Συνδέει συσκευές μεσω ενός καναλιού TCP ή μέσω μιας σύνδεσης Telnet με άλλους υπολογιστές η με άλλους device servers όπως είναι το X-Port. To X-Port χρησιμοποιεί επίσης UDP(User Datagram Protocol) διαγράμματα.

• Περιέχει έναν διαδικτυακό (HTTP) server, επιτρέποντας έτσι την παρουσίαση διάφορων δεδομένων αλλά και μια εύκολη ρύθμιση μέσω ενός browser.

• Έχει 3 προγραμματιζόμενους ακροδέκτες εισόδου/εξόδου που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο συσκεύων μέσω δικτύου.

Η συσκευή Χ-Port server συνδέει σειριακές συσκεύες , σε δίκτυα Εthernet που χρησιμοποιούν την οικογένεια πρωτοκόλλων IP. Mερικές απο αυτές τις συσκεύες είναι τα ATM, oι ελεγκτές CNC, συσκεύες συλλογής δεδομένων, μονάδες διαχείρισης τροφοδοσίας ισχύος(UPS), τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός, συσκεύες απεικόνισης δεδομένων, συστήματα ασφαλείας και ελέγου πρόσβασης modems κ.α. Το X-port χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο IP για επικοινωνίες δικτύων. Χρησιμοποιεί το γνωστό πρωτόκολλο TCP, για να επιβεβαιώσει οτι δεν χάνονται δεδομένα ή στέλνονται διπλά και γενικότερα ότι όλα τα δεδομένα στέλνονται σωστά στον προορισμό. Υποστηρίζει επίσης και άλλα πρωτόκολλα όπως:

• To ΑRP, UDP, TCP, ICMP , Telnet, TFTP, AutoIP, DHCP, HTTP και τo SNMP για επικοινωνίες δικτύων και διαχείριση δεδομένων.

• Το TCP,UDP και Τelnet για συνδέσεις με την σειριακή θύρα. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 45


• Το ΤFTP για ενημερώσεις λογισμικού και σελίδων ιντερνέτ. • Το UDP(User Datagram Protocol) για τυπικές εφαρμογές όπου 2 συσκεύες

επικοινωνούν μεταξύ τους, χωρίς να διαθέτουν μια σύνδεση σημείου πρός σημείου.

• Τέλος το SMTP για μεταφορά e-mail. H διεύθυνση υλικού αναφέρεται επίσης σαν διευθυνση Ethernet η διεύθυνση MAC. Τα πρώτα 3 bytes είναι συγκεκριμένα ως 00-20-4Α και χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση του ως προιόν της Lantronix. H διεύθυνση IP χρησιμοποιείται ωστε να μπορεί η συσκευή να αναγνωρίζεται στο δίκτυο. Kάθε σύνδεση TCP και κάθε διάγραμμα δεδομένων UDP καθορίζονται απο μια διεύθυνση IP προορισμού και έναν αριθμό θύρας. Για παράδειγμα, μια εφαρμογή Τelnet χρησιμοποιεί συνήθως την θύρα 23. Ένας αριθμός θύρας είναι ίδιος με μια επέκταση αριθμού σε ένα τηλεφωνικό σύστημα. Το σειριακό κανάλι της μονάδας μπορεί εύκολα να συσχετιστεί με έναν αριθμό θύρας TCP/UDP. O αριθμός θύρας 9999 δεν είναι διαθέσιμος παρά μόνο για πρόσβαση στο παράθυρο της κατάστασης ρύθμισης της συσκεύης. Για να λειτουργεί μια συσκευή σωστά σε ένα δίκτυο, θα πρέπει να έχει μια μοναδική διευθυνση. Για να προσδώσει κανείς μια διευθυνση IP σε μια συσκευή σαν το X-Port υπάρχουν 2 τρόποι. Ο πρώτος ειναι μέσω του DHCP.Με προκαθορισμένη (default) χρήση της συσκεύης το Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) είναι ενεργοποιημένο. Με αυτόν τον τρόπο επιτρέπεται σε έναν DHCP server να εκχωρήσει αυτόματα IP διευθυνση στην συσκευή, κάθε φορά που εισέρχεται στο δίκτυο. Ο δεύτερος τρόπος είναι να ορίσει ο χρήστης απο μόνος του μια διευθυνση στην συσκευή. Σε αυτό το σημείο θα επεκταθούμε στις επιλογές που μας δίνονται σχετικά με τς ρυθμίσεις του X-Port, χρησιμοποιώντας μια σύνδεση Telnet. Όπως προαναφέραμε για να συνδεθούμε με τις ρυθμίσεις της συσκεύης εγκαθιστούμε μια σύνδεση Telnet στην θύρα 9999. Αφου πραγματοποιήσουμε την σύνδεση θα εμφανιστεί το παρακάτω παράθυρο, που είναι το μενού επιλογών για την ρύθμιση της συσκεύης. Σχημα 4.4 Μενού ρυθμίσεων του X-Port _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 46

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ 4.2.1 Ρυθμίσεις server Οι βασικές παράμετροι του δικτύου όπως η διευθυνση IP, ή η διεύθυνση ΙP της πύλης και η μάσκα υποδικτύου καθορίζονται με την επιλογή 0 (ρυθμίσεις server).H IP πρέπει να έχει μια μοναδική τιμή στο δίκτυο. Η διεύθυνση της πύλης,ή αλλιώς του router, επιτρέπει την επικοινωνία με άλλα στοιχεία του δικτύου LAN. H διεύθυνση πύλης πρέπει να είναι η διεύθυνση του router που ειναι συνδεδεμένος στο ίδιο τοπικό δίκτυο (LAN) όπου ανήκει και η μονάδα.Η μάσκα υποδικτύου αφορά τον αριθμό των bits που δεσμεύονται απο την διεύθυνση IP για το κεντρικό τμήμα της διεύθυνσης.Η μονάδα ζητάει τον αριθμό των bits, υπολογίζει την μάσκα και την εμφανίζει σε μορφή δεκαδικών διαχωρισμένων με τελεία (π.χ. 255.255.255.0). Μας δίνεται επίσης η επιλογή να αλλάξουμε το όνομα του DHCP της συσκευής. 4.2.2 Ρύθμιση παραμέτρων σειριακής θύρας Για την ρύθμιση των παραμέτρων της σειριακής θυρας επιλέγουμε απο το μενού το 1. Κάθε σειριακή συσκευή που θα συνδεθεί με το X-Port πρέπει να χρησιμοποιεί τον ίδιο ρυθμό συμβόλων (baudrate) .Γιαυτό και μας επιτρέπεται να επιλέξουμε μεταξύ των τιμών baudrate 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 (προεπιλεγμένο baudrate), 19200, 38400, 57600, 115200 και 230400 bits /δευτερόλεπτο.Επίσης μέσω του byte I/F και των bit που θέτουμε σε αυτό καθορίζουμε εάν τα δεδομένα θα έχουν μέγεθος 7 ή 8 bytes,1 ή 2 bits τερματισμού ή εάν θα έχουν έλεγχο ισοτιμίας. Για τον έλεγχο ροής μπορούμε να επιλέξουμε μεταξύ του μηδενικού έλεγχου ροής,του ΧΟΝ/ΧOFF ελέγχου και του ελέγχου μέσω των γραμμών RTS/CTS. Όσον αφορά την σειριακή θύρα μπορούμε να ρυθμίσουμε ποια θύρα θα χρησιμοποιείται ως κύρια στις συνδέσεις TCP.Eίναι ο αριθμός θύρας που αντιλαμβάνεται το κανάλι για την εκκίνηση των επκοινωνιών.Η προεπιλεγμένη θύρα είναι η 1001.Το εύρος των θυρών είναι μεταξύ του 1 έως το 65535,με εξαίρεση τις παρακάτω δεσμευμένες θύρες:

• 1-1024 δεσμευμένες για κοινές και πολύ γνωστές εφαρμογές • 9999 δεσμεύμενη για ρύθμιση μέσω Telnet • 14000-14009 δεσμευμένες για το λογισμικό Redirector που χρησιμοποιείται

από το X-Port • 30704 και 30718

Ο αριθμός θύρας που επιλέγουμε λειτουργεί σαν η κύρια θύρα τόσο για τα εισερχόμενα όσο και για τα εξερχόμενα πακέτα. Τα πακέτα που στέλνονται στην μονάδα με αυτόν τον αριθμό θύρας λαμβάνονται απο αυτό το κανάλι. 4.2.2.1 Ρυθμίσεις modem Στις ρυθμίσεις modem, η μονάδα αποτελεί μια διασύνδεση modem στην συνδεδεμένη σειριακή συσκευή. Δέχεται εντολές modem τύπου AT, και χειρίζεται τα σήματα του modem. Συνήθως υπάρχει ένα modem συνδεδεμένο σε έναν υπολογιστή και ένα άλλο συνδεδεμένο σε έναν απομακρυσμένο υπολογιστή. Ένας χρήστης πρέπει να καλέσει απο τον υπολογιστή στην απομακρυσμένη συσκευή,εκτελώντας μια τηλεφωνική κλήση για κάθε σύνδεση. Η ρύθμιση modem μας επιτρέπει να αντικαταστήσουμε τα modem με τα X-Ports, και να χρησιμοποιήσουμε μια σύνδεση Ethernet αντί μιας τηλεφωνικής κλήσης. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 47

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Οι εντολές που λαμβάνονται πρέπει να ξεκινούν με μια ακολουθία 2 χαρακτήρων ΑΤ, και να τελειώνουν με έναν χαρακτήρα CR (carriage return). H συσκευή αγνοεί κάθε εντολή που δεν αρχίζει με ΑΤ, αναγνωρίζοντας μόνο απλές ΑΤ-εντολές. Η μονάδα συμπεριφέρεται στις σύνθετες εντολές ΑΤ σαν άγνωστες εντολές. Όταν είναι ενεργοποιημένη η ενεργός επικοινωνία,η μονάδα μεταφέρει δεδομένα και δεν επεξεργάζεται τις εντολές που λαμβάνει απο την σειριακή συσκευή. Όταν μια σύνδεση τερματίζεται ή χάνεται, η μονάδα αλλάζει σε ρύθμιση εντολής (command mode). Για να τερματίσει η μονάδα την επικοινωνία πρέπει να παραλάβει μια συγκεκριμένη ακολουθία απο την σειριακή συσκευή. Δηλαδή να μην ληφθούν δεδομένα για ένα δευτερόλεπτο. Λαμβάνεται έπειτα η ακολουθία χαρακτήρων +++, με όχι παραπάνω από ένα δευτερόλεπτο μεταξύ των 2 χαρακτήρων. Δεν λαμβάνονται σειριακά δεδομένα για ένα δευτερόλεπτο μετά τον τελευταίο χαρακτήρα +. Τέλος λαμβάνονται ο χαρακτήρας ΑΤΗ μαζί με ένα CR (carriage return) οπότε η συσκευή δέχεται πλέον εντολές ΑΤ. Παραθέτουμε μερικές χαρακτηριστικές εντολές ΑΤ στον παρακάτω πίνακα. Εντολή modem Λειτουργία ΑTDTx.x.x.x.pppp Εκτελεί σύνδεση στην διεύθυνση

ΙP(x.x.x.x) και σε έναν συγκεκριμένο αριθμό θύρας (pppp)

ATDTx.x.x.x Eκτελεί σύνδεση στην διεύθυνση IP(x.x.x.x) και στην θύρα που είναι προεπιλεγμένη στην μονάδα

ΑTD0.0.0.0(παρομοίως για την εντολή ATD)

Eξαναγκάζει την μονάδα να μεταβεί σε monitor mode εάν έχει καθοριστεί διεύθυνση IP και αριθμός θύρας στην μονάδα.

ATDx.x.x.x Eγκαθιστεί σύνδεση με την διεύθυνση IP(x.x.x.x) και με την θύρα που είναι καθορισμένη στην μονάδα.

ΑΤΗ Εκκινεί την σύνδεση ΑΤS0=n Επιτρέπει ή αποκλείει συνδέσεις απο το

δίκτυο στην σειριακή θύρα n=0 αποτρέπει την δυνατότητα σύνδεσης απο το δίκτυο στην σειριακή θύρα. n=1-9 επιτρέπει την δυνατότητα να γίνει μια σύνδεση από το δίκτυο στην σειριακή θύρα

ΑΤΕn ΑΤVn 4.2.3 Ανώτερες ρυθμίσεις 4.2.3.1 Χρόνος TCP Keepalive Αυτή η επιλογή μας επιτρέπει να ρυθμίσουμε πόσα δευτερόλεπτα θα περιμένει η μονάδα κατά την διάρκεια της σύνδεσης, προτού επιχειρήσει ξανά να ελέγξει οτι η συσκευή είναι ακόμα στο δίκτυο. Εάν η μονάδα δεν πάρει απάντηση, τερματίζει την σύνδεση. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 48

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ 4.2.3.2 ARP Cache timeout Κάθε φορά που η μονάδα επικοινωνεί με άλλη συσκευή στο δίκτυο, προσθέτει είσοδο στον πίνακα ΑRP. To χρονικό περιθώριο της ARP cache μας επιτρέπει να καθορίσουμε πόσο χρονικό διάστημα θα περιμένει η μονάδα(1-600 sec) μέχρι να γραφτεί είσοδος στην cache. 4.2.3.3 Ρύθμιση υψηλής απόδοσης επεξεργαστή Με αυτήν την επιλογή μπορούμε να επιλέξουμε την αύξηση της απόδοσης του επεξεργαστή, καθώς και την χρήση υψηλότερων ρυθμών δεδομένων για την σειριακή διεπαφή. Η αύξηση ης απόδοσης του επεξεργαστή απαιτεί παραπάνω ισχύ και μειώνει την θερμοκρασία λειτουργίας της μονάδας. 4.2.3.4 Αριθμός θύρας του HTTP και του SMTP Με αυτές τις επιλογές μας επιτρέπεται να ορίσουμε τον αριθμό θύρας του HTTP δηλαδή του web server καθώς και του SMTP δηλαδή του αριθμού θύρας για τα e-mail. To εύρος επιλογών τόσο για το ΗΤΤP όσο και για το SMTP είναι μεταξυ 1-65535. Για το HTTP η προεπιλεγμένη τιμή είναι το 80,ενώ στο SMTP είναι το 25. 4.3 Λογισμικό ανακατεύθυνσης δεδομένων σειριακής θύρας(COM port Redirector software) Για να ενσωματωθεί σε μια εφαρμογή το τσιπ X-Port, απαιτείται η χρήση κατάλληλου λογισμικού που θα ανακατευθύνει τα πακέτα IP σε μια σειριακή θύρα ή και το αντίθετο. Στην παρούσα εφαρμογή χρησιμοποιήσαμε το λογισμικό COM port Redirector της Lantronix το οποίο υλοποιεί αυτήν ακριβώς την εργασία. Το λογισμικό στην ουσία εγκαθιστά εικονικές θύρες επικοινωνίας(virtual com ports). Έπειτα αυτές οι θύρες ανακατευθύνονται μέσα από ένα δίκτυο στην σειριακή θύρα του X-Port. Στις περισσότερες περιπτώσεις, εφαρμογές λογισμικού που χρησιμοποιούν τις εικονικές θύρες που δημιουργούνται από το COM Port Redirector, δεν παρουσιάζουν προβλήματα και λειτουργούν σαν να επικοινωνούν με μια φυσική θύρα επικοινωνιών. Άλλες εφαρμογές ωστόσο αντιμετωπίζουν προβλήματα. Οι εφαρμογές λογισμικού σειριακής θύρας είναι σχεδιασμένες για απευθείας επικοινωνία με την σειριακή θύρα την οποία χειρίζεται. Ωστόσο όταν οι συσκευές αυτές σαν το X-Port χρησιμοποιούνται σε ενα δίκτυο, μπορεί να συμβεί καθυστέρηση μεταξύ της σύνδεσης του λογισμικού και της χειριζόμενης σειριακής συσκευής. Ωστόσο, μερικές εφαρμογές λογισμικού έχουν χρονικούς περιορισμούς για την μετάδοση ή λήψη των δεδομένων στις θύρες επικοινωνίας. Σε μερικές περιπτώσεις,μια εφαρμογή δεν θα περιμένει αρκετά για να λάβει απάντηση από την σειριακή συσκευή. Σαν αποτέλεσμα,το λογισμικό υποθέτει ότι η σειριακή συσκευή δεν αποκρίνεται οπότε και τερματίζει την σύνδεση. Εάν η αυξημένη καθυστέρηση αποτελεί πρόβλημα για την εφαρμογή,μπορούμε να υλοποιήσουμε μια σύνδεση TCP socket στο λογισμικό. Εάν δεν είναι δυνατό, μπορούμε να αυξήσουμε το χρονικό περιθώριο στις ρυθμίσεις για να αντισταθμήσουμε την αυξημένη καθυστέρηση. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 49


Σχήμα 4.5 Ένα γραφικό παράδειγμα λειτουργίας του X-Port 4.3.1 Σύγκριση μη ανακατευθυνόμενων συνδέσεων με ανακατευθυνόμενες συνδέσεις Οι περισσότερες εφαρμογές που χρειάζονται το Com Port Redirector έχουν σχεδιαστεί για να συνδέονται απευθείας με την σειριακή συσκευή που χρειάζεται να χειριστούμε. Αυτή η σύνδεση επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ένα απευθείας καλώδιο απο την θύρα επικοινωνιών του υπολογιστή που τρέχει το λογισμικό στην σειριακή θύρα της συσκευής που θέλουμε να χειριστούμε. Με αυτήν την ρύθμιση, ο υπολογιστής και η χειριζόμενη σειριακή συσκευή ανήκουν σε ένα απομονωμένο δίκτυο. Η κίνηση που κατευθύνεται στο φυσικό επίπεδο μεταξύ τους έχει στόχο είτε τον υπολογιστή είτε την σειριακή συσκευή. Η καθυστέρηση δεν είναι ζήτημα σε αυτήν την περίπτωση. Όταν οι ίδιες εφαρμογές χρησιμοποιούνται στο λογισμικό Com Port Redirector, οι εφαρμογές δεν κατευθύνονται απευθείας στην σειριακή συσκευή. Όλη η κίνηση μεταξύ του λογισμικού και της σειριακής συσκευής κατευθύνεται ως εξής:

1 Απο μια εικονική σειριακή θύρα, τα δεδομένα λαμβάνονται από ένα σειριακό πακέτο και τοποθετούνται σε ένα IP πακέτο.

2 Το σειριακό πακέτο στέλνεται απο μια εικονική θύρα επικοινωνιών σε μια διεπαφή δικτύου του υπολογιστή.

3 Τα δεδομένα έπειτα μεταδίδονται στο δίκτυο, μέσα από switches ή routers στον device server.

4 Απο την διεπαφή δικτύου σε έναν device server, τα δεδομένα μετατρέπονται απο ένα πακέτο IP σε ένα σειριακό πακέτο.

5 Όταν τέλος βρεθούν σε σειριακό πακέτο, τα δεδομένα μεταδίδονται μέσω του φυσικού μέσου στην σειριακή συσκευή.



Αυτή η διαδικασία προσθέτει καθυστέρηση/συμφόρηση. Το μέγεθος της καθυστέρησης αυτής της σύνδεσης καθορίζεται απο το μέγεθος της καθυστέρησης του δικτύου. Όσο περισσότερη συμφόρηση υπάρχει στο δίκτυο, τόσο μεγαλύτερη η καθυστέρηση μεταξύ του υπολογιστή που τρέχει την εφαρμογή και του device server. Για να μειώσει την συμφόρηση, το λογισμικό παρέχει την επιλογή No Net Close στις ρυθμίσεις της θύρας. Αυτή η επιλογή κρατά ανοικτή την σύνδεση TCP/IP όταν η θύρα επικοινωνιών είναι κλειστή, μειώνοντας έτσι την συμφόρηση.


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Αναφορές [1] Χport Datasheet,Lantronix [2] Xport User Guide ,Lantronix [3] Tηλεπικοινωνίες και δίκτυα υπολογιστών.Αρης Αλεξόπουλος,Γιώργος Λαγογιάννης,6η έκδοση, Αθήνα 2001 _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 52

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Η ΒΑΘΜΙΔΑ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΠΟΜΠΟΔΕΚΤΗ CYRF6936

5.1 Εισαγωγή Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται μια αναλυτική περιγραφή του ασύρματου πομποδέκτη CYRF6936 της εταιρίας Cypress , που χρησιμοποιήθηκε στην εφαρμογή της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο σχήμα 5.1 παραθέτουμε το χονδρικό διάγραμμα του ολοκληρωμένου.

Σχήμα 5.1 Λογικό διάγραμμα της ασύρματης βαθμίδας CYRF6936 _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 53

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ Αριθμός Όνομα Τύπος Αυτόματη

λειτουργία Περιγραφή

13 RFn I/O I Διαφορικό σήμα RF από/πρός την κεραία 11 RFp I/O I Διαφορικό σημα RF από/πρός την κεραία 10 RFbias O O Τάση αναφοράς RF I/O των 1.8 Volt 30 PACTL I/O O Σήμα ελέγχου για εξωτερική

PA,διακόπτης T/R η GPIO 1 XTAL I I Κρύσταλλος των 12 ΜHz 29 XOUT I/O O Απομονωτής με ρολόι των 0.75,1.5,3,6 η

12 ΜΗz,PACTL,η GPIO.Τριπλή κατάσταση σε ρύθμιση ηρεμίας(προτεινόμενη ρύθμιση σαν χαμηλό GPIO)

25 SCK I I Ρολόι SPI 28 MISO I/O Z SPI ακροδέκτης εξόδου δεδομένων(Master

in Slave Out),η GPIO(σε ρύθμιση 3 ακροδεκτών SPI) Τριπλή κατάσταση όταν SPI 3PIN=0 και το SS δεν είναι σε θέση.

27 MOSI I/O I SPI ακροδέκτης δεδομένων εισόδου(Master Out Slave In),η SDAT

24 SS I I Επιτρέπει το SPI,επιβεβαίωση ενεργά χαμηλού-επιτρέπει και μεταφορές πλαισίων.

26 IRQ I/O O Έξοδος διακοπών(ρυθμιζόμενο ενεργό υψηλό ή χαμηλό),ή GPIO

34 RST I I Eπαναφορά συσκευής.Εσωτερικά ανοιγόμενη αντίσταση των 10 ΚOhm.Ενεργό υψηλό,που τυπικά συνδέεται μέσω 0.1μF πυκνωτή στο Vbat

37 L/D O Σύνδεση PMU επαγωγέα/διόδου 40 Vreg Pwr Eνισχυμένη PMU τάση εξόδου

Ανατροφοδότησης 35 VDD Pwr Ακροδέκτης απορύθμισης για ρύθμιση

λογικής 1.8 Volt,που συνδέεται μέσω πυκνωτή των 0.47 μF στο GND

6,8,38 Vbat pwr Vbat=1.8Volt με 3.6 Volt.Kύρια τροφοδοσία

3,7,16 Vcc pwr Vcc=2.4Volt με 3.6 Volt 33 Vio pwr Τάση διασύνδεσης Ι/Ο,1.8V-3.6V 19 RESV Ι Πρέπει να συνδέεται με το GND 12,ΕPAD GND GND Γείωση Πινακας 5.1 Περιγραφή της λειτουργίας των ακροδεκτών του CYRF6936 _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 54


Η βαθμίδα WIRELESS USB CYRF6936 της εταιρίας Cypress αποτελεί έναν πομποδέκτη των 2.4-GHz που λειτουργεί με την τεχνική διαμόρφωσης DSSS(Direct Spread Spectrum Sequence) . Το CYRF636 εκπέμπει στην ISM ζώνη συχνοτήτων (2.4GHz-2.483 GHz). Αποτελεί ένα ασύρματο modem πρωτοκόλλου WirelessUSB, το οποίο διαθέτει σύγχρονη σειριακή διασύνδεση SPI. Eίναι σχεδιασμένο για συστήματα που υποστηρίζουν ή είναι συμβατά με τα παγκόσμια πρότυπα που έχουν καθοριστεί από το ΕTSI EN 301 489-1 V1.41. Η βαθμίδα περιέχει έναν πομποδέκτη των 2.4GHz, 1Mbps σε διαμόρφωση GFSK, μνήμη προσωρινής αποθήκευσης πακέτων, ελεγκτή DSSS βασικής ζώνης, ενδείκτη ισχύος λαμβανομένου σήματος (RSSI) καθώς και διασύνδεση SPI για την μεταφορά των δεδομένων και την ρύθμιση της συσκεύης. Το ασύρματο modem υποστηρίζει 98 διακριτά κανάλια των 1-ΜΗz (τα διεθνή πρότυπα μπορεί να περιορίζουν την χρήση μερικών καναλιών). Η βαθμίδα baseband εκτελεί την λειτουργία της μετάδοσης DSSS, την ανίχνευση αρχής και τέλους του πακέτου, καθώς και την παραγωγή και τον έλεγχο CRC16 κώδικα. Μπορούμε επίσης να το ρυθμίσουμε για αυτόματη μετάδοση πακέτων επιβεβαίωσης, κάθε φορά που λαμβάνεται ένα έγκυρο πακέτο. Σε λειτουργία λήψης, με ενεργοποιημένη την πλαισίωση πακέτων, η συσκεύη είναι πάντα έτοιμη να παραλάβει δεδομένα που αποστέλλονται σε καθένα απο τους υποστηριζόμενους ρυθμούς δεδομένων, επιτρέποντας έτσι την υλοποίηση πολλαπλών συστημάτων όπου κάθε συσκευή έχει ξεχωριστό ρυθμό δεδομένων. Αυτό επίσης επιτρέπει την υλοποίηση δυναμικών συστημάτων ρυθμών δεδομένων, που χρησιμοποιούν υψηλούς ρυθμούς σε μικρές αποστάσεις με περιβάλλον χαμηλού θορύβου (ελαχίστων παρεμβολών) και που αλλάζουν σε υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων για μεγαλύτερες αποστάσεις με περιβάλλον υψηλού θορύβου (πολλαπλών παρεμβολών). Επιπλέον, το ολοκληρωμένο CYRF6936 διαθέτει Μονάδα Διαχείρισης Ισχύος,που επιτρέπει την σύνδεση της συσκευής με κάθε εξωτερική μπαταρία εύρους 1.8 έως 3.6 Volt. 5.1.1 Ρυθμοί αποστολής δεδομένων Το ολοκληρωμένο υποστηρίζει 4 διαφορετικούς ρυθμούς αποστολής δεδομένων:

• Σε λειτουργία GFSK ,τα δεδομένα αποστέλλονται σε ταχύτητα 1Mbps,χωρίς να υφίστανται DSSS.

• Σε λειτουργία 8DR, κωδικοποιούνται 8 bits σε κάθε μεταδιδόμενο σύμβολο. • Σε λειτουργία DDR, κωδικοποιούνται 2 bits σε κάθε μεταδιδόμενο σύμβολο. • Σε λειτουργία SDP, κωδικοποιείται 1 bit σε κάθε μεταδιδόμενο σύμβολο. Υποστηρίζεται τόσο οι κώδικες ψευδο-θορύβου(PN) των 64 και 32-chip. Οι 4 λειτουργίες αποστολής δεδομένων εφαρμόζονται στα δεδομένα μετά την αρχή του πακέτου. Συγκεκριμένα το μήκος, τα δεδομένα και ο κώδικας CRC16 στέλνονται όλα με την ίδια ρύθμιση. Γενικότερα,οι χαμηλότεροι ρυθμοί δεδομένων, μειώνουν τον ρυθμό εσφαλμένων πακέτων σε κάθε περιβάλλον.

5.1.2 Ρυθμίσεις στρώματος σύνδεσης

Το ολοκληρωμένο CYRF6936 σαν συσκευή υποστηρίζει τα ακόλουθα

χαρακτηριστικά πλαισίωσης πακέτων δεδομενων: _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 55


• SOP (Έναρξη πακέτου ) . Τα πακέτα αρχίζουν με έναν ενδείκτη Start of Packet(SOP). Αυτό απαιτείται σε ρυθμίσεις GFSK και 8DR αλλά είναι προαιρετικό σε ρύθμιση DDR και δεν υποστηρίζεται σε ρύθμιση SDR. Εάν η πλαισίωση είναι απενεργοποιημένη τότε καταγράφεται ένα συμβάν SOP οποτεδήποτε 2 πετυχημένοι συσχετισμοί ανιχνεύονται. Ο κώδικας SOP_CODE_ADR που χρησιμοποιείται για το SOP είναι διαφορετικός από αυτόν που χρησιμοποιείται για το κύριο μέρος του πλαισίου, και εάν είναι επιθυμητό θα έχει διαφορετικό μήκος. Το SOP πρέπει να είναι ρυθμισμένο ώστε να είναι του ίδιου μήκους και στις 2 πλεύρες της σύνδεσης.

• Μήκος πακέτου. Υπάρχουν 2 επιλογές για την ανίχνευση του τέλους του πακέτου. Εάν το SOP είναι ενεργοποιημένο, τότε το πεδίο του μήκους θα πρέπει να είναι ενεργοποιημένο. Το GFSK και το 8DR πρέπει να επιτρέπει το πεδίο του μήκους του πακέτου. Αυτά είναι τα πρώτα 8-bits μετά το σύμβολο SOP και μεταδίδονται μαζί με τα δεδομένα του κυρίως μέρους του πακέτου. Όταν το πεδίο του μήκους είναι ενεργοποιημένο, ένας δείκτης END of PACKET (EOP) μεταδίδεται μετά την λήψη του αριθμού των bytes που καθορίζονται απτο πεδίο του μήκους, καθώς και 2 bytes για τον κώδικα CRC16 (όταν είναι ενεργοποιημένος). Μια εναλλακτική λύση απο την την χρήση του πεδίου του μήκους είναι να καταγράφουμε ένα συμβάν ΕΟP για κάθε συγκεκριμένο αριθμό επιτυχημένων αποστολών. Η επιλογή δεν είναι διαθέσιμη σε μια ρύθμιση GFSK και είναι διαθέσιμη μόνο όταν χρησιμοποιούμε ρύθμιση SDR.

• CRC16 Η συσκευή μπορεί να ρυθμιστεί έτσι ώστε να επισυνάπτεται μία 16-bit ακολουθία CRC16 σε κάθε πακέτο. Ο κώδικας CRC16 χρησιμοποιεί το πολυωνυμικό USB CRC με τον επιπρόσθετο προγραμματισμό του seed(γεννήτρια). Εάν επιλεγεί, ο παραλήπτης μπορεί να επαληθεύσει τον υπολογισμένο CRC16 κώδικα για τα ωφέλιμα δεδομένα που λαμβάνει, και να τον συγκρίνει με την ληφθείσα τιμή του πεδίου CRC16. H τιμή γεννήτριας (seed)για τον υπολογισμό του CRC16 είναι επιλέξιμη , και ο κώδικας CRC16 που μεταδίδεται μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας είτε την μεταδιδόμενη τιμή γεννήτριας ή την μηδενική γεννήτρια. Τα δεδομένα CRC16 που παραλαμβάνονται ελέγχονται σε σχέση με τις επιλεγόμενες αλλά και τις μηδενικές γεννήτριες του CRC16. Ο CRC16 μπορεί να ανιχνεύσει τα ακόλουθα λάθη: Κάθε bit που είναι λάθος, κάθε 2 bit που είναι λάθος(ανεξαρτήτως της θέσης τους) και τέλος κάθε περιττό αριθμό bits που είναι λάθος (οπουδήποτε και αν είναι αυτά). 5.1.3 Βuffers πακέτων Όλα τα δεδομένα αποστολής και λήψης χρησιμοποιούν buffers των 16 byte , έναν για μετάδοση και έναν για λήψη. Ο buffer μετάδοσης επιτρέπει ένα πλήρες πακέτο των 16-byte ωφέλιμων δεδομένων για να φορτώνονται σε καθε μετάδοση SPI, οπότε και μεταδίδονται χωρίς καμμία παραπέρα παρέμβαση του επεξεργαστή. Παρομοίως, ο buffer λήψης επιτρέπει να παραλαμβάνεται ένα πλήρες πακέτο ωφέλιμων δεδομένων των 16 bytes , χωρίς να απιτείται καμμία παρέμβαση του λογισμικού μέχρι να ολοκληρωθεί η λήψη του πακέτου. Το ολοκληρωμένο CYRF6936 υποστηρίζει πακέτα μεγέθους 255 bytes, ωστόσο το ακριβές μέγιστο μήκος πακέτου εξαρτάται απο την ακρίβεια του ρολογιού στο κάθε άκρο της σύνδεσης καθώς και από την ρύθμιση των δεδομένων. Οι διακοπές παρέχονται για να επιτρέπουν σε έναν επεξεργαστή να χρησιμοποιήσει τους buffers μετάδοσης και λήψης σαν FIFOs. Όταν μεταδίδεται ένα πακέτο μεγαλύτερο των 16 bytes, ο μικροεπεξεργαστής μπορεί να φορτώσει 16 bytes αρχικά και να προσθέσει επιπλέον bytes στο buffer μετάδοσης, καθώς η αποστολή των δεδομένων δημιουργεί χώρο στον buffer. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 56


Παρομοίως,όταν τα πακέτα λήψης είναι μεγαλύτερα των 16 bytes, ο μικροεπεξεργαστής θα πρέπει να παραλάβει τα δεδομένα λήψης απο την FIFO κατά την διάρκεια της λήψης των πακέτων για να να αποφύγουμε την υπερχείλιση δεδομένων.

5.1.4 Αυτόματη Ακολουθία Ανταλλαγής Δεδομένων (ATS) To ολοκληρωμένο CYRF6936 παρέχει αυτόματη υποστήριξη για μετάδοση και λήψη των πακέτων επιβεβαίωσης δεδομένων. Όταν μεταδίδουμε σε ρύθμιση ανταλλαγής,η συσκευή αυτόματα: i) Ενεργοποιεί τον κρύσταλλο και τoν μίκτη ii) Ενεργοποιεί την λειτουργία μετάδοσης iii) Μεταφέρει το πακέτο στο buffer μετάδοσης iv) Μεταβαίνει σε λειτουργία λήψης και περιμένει για ενα πακέτο επιβεβαίωσης v) Μεταβαίνει σε τελική κατάσταση ανταλλαγής δεδομένων είτε όταν ένα πακέτο επιβεβαίωσης παραλαμβάνεται, ή όταν λήγει μια περίοδος αναμονής (timeout). Παρομοίως, όταν παραλαμβάνουμε σε μια ρύθμιση ανταλλαγής, η συσκευή αυτόματα: i) Περιμένει σε λειτουργία λήψης ώστε να παραλάβει ένα έγκυρο πακέτο. ii) Μεταβαίνει σε λειτουργία μετάδοσης,και μεταδίδει ένα πακέτο επιβεβαίωσης . iii) Μεταβαίνει σε μια τελική κατάσταση εναλλαγής ( λειτουργία λήψης για να περιμένει το νέο πακέτο κλπ) Τα περιεχόμενα των καταχωρητών των πακέτων δεν επηρεάζονται από τα πακέτα επιβεβαίωσης μετάδοσης ή λήψης. Σε κάθε περίπτωση , ολόκληρη η ανταλλαγή πακέτων, γίνεται χωρίς καμμία ανάγκη για λογισμική παρέμβαση του επεξεργαστή ( χρησιμοποιούνται πακέτα των 16 bytes ή μικρότερα). Για την μετάδοση των δεδομένων ο επεξεργαστής απλά χρειάζεται να φορτώσει το πακέτο δεδομένων για μετάδοση,να ορίσει το μήκος, καθώς και το bit TX GO. Παρομοίως, όταν τα πακέτα λήψης βρίσκονται σε λειτουργία ανταλλαγής, το λογισμικό χρειάζεται απλά να ανακτήσει το πλήρες πακέτο λήψης σε περίπτωση μίας διακοπής που σημαίνει την λήψη ενός πακέτου. 5.1.5 Αντίστροφη συμβατικότητα Το ολοκληρωμένο CYRF6936 είναι πλήρες συμβατό με τα χαρακτηριστικά των συσκευών πρώτης γενιάς. Η λειτουργία των 62.5Κbps υποστηρίζεται επιλέγοντας την ρύθμιση του 32-chip DDR. Παρομοίως,η λειτουργία των 15.675 Κbps υποστηρίζεται επιλέγοντας την ρύθμιση του 64-chip SDR. Με αυτόν τον τρόπο, ένα κατάλληλο ρυθμισμένο ολοκληρωμένο CYRF6936 θα μπορεί να μεταδώσει δεδομένα από ή πρός μία συσκευή πρώτης γενιάς. Χρειάζεται όμως η απενεργοποίηση των πεδίων SOP, μήκους και CRC16 για να έχουμε μια ανάστροφη συμβατότητα.



5.1.6 Ρυθμοί δεδομένων Συνδυάζοντας τα μήκη του κώδικα PN και τις ρυθμίσεις μετάδοσης δεδομένων που περιγράφηκαν παραπάνω, το ολοκληρωμένο CYRF6936 υποστηρίζει τους ακόλουθους ρυθμούς δεδομένων: i) 1000 Κbps(GFSK) ii) 250 Κbps(32-chip 8DR) iii) 125 Kbps(64-chip 8DR ) iv) 62.5Kbps(32-chip DDR) v) 31.25 kbps(64-chip DDR) vi) 15.625kbps(64-chip SDR) 5.2 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ O ασύρματος πομπολήπτης αποτελεί μια δυαδική μετατροπή χαμηλής IF αρχιτεκτονικής, βελτιστοποιημένης για ευστάθεια ισχύος και φάσματος. Το ολοκληρωμένο χρησιμοποιεί συγκεκριμένα φίλτρα για κάθε κανάλι ώστε να επιτύχει μέγιστη απόδοση σε περιβάλλον αυξημένου θορύβου. Ένας ολοκληρωμένος ενισχυτής ισχύος παρέχει έως και +4dBm μετάδιδόμενη ισχύς με ένα εύρος εξόδου μεταβλητής ισχύος των 34 dB σε 7 βήματα. Το ρεύμα τροφοδοσίας της συσκευής μειώνεται καθώς η έξοδος της ισχύος του RF σήματος μειώνεται. Πίνακας 5.2 Τιμές Ισχύος εξόδου σε σχέση με την ρύθμιση του PA Ρύθμιση PA Tυπική Ισχύς Εξόδου(dBm) 7 +4 6 0 5 -5 4 -13 3 -18 2 -24 1 -30 0 -35 Πίνακας 5.3 Εύρος λειτουργίας του ασύρματου ολοκληρωμένου Περιβάλλον Εύρος Λειτουργίας (μέτρα) Εξωτερικά 30 Γραφείο 20 Σπίτι 15 _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 58


5.2.1 Μίκτης Συχνότητας Πρίν αρχίσει η μετάδοση ή η λήψη,είναι αναγκαίο να εκκινηθεί ο μίκτης συχνότητας. Ο χρόνος εκκίνησης διαφέρει κάτι που εξαρτάται από το κανάλι.Παρέχονται 25 γρήγορα κανάλια με μέγιστο χρόνο εκκίνησης τα 100-μs. Tα «γρήγορα κανάλια» (χρόνος εκκίνησης <100 μs) είναι τα κάθε τρίτα κανάλια αρχίζοντας από το 0 έως το 72 (π.χ. 0,3,6,9........69 και 72). 5.2.2 Βaseband και Framer Οι βαθμίδες Baseband και Framer παρέχουν κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση DSSS, παραγωγή/λήψη έναρξης πακέτου (SOP) ,παραγωγής και ελέγχου κώδικα CRC16 , καθώς και ανίχνευση του ΕΟP και του μήκους του πεδίου. 5.2.2 Μνήμες(buffers) πακέτων και καταχωρητές ρύθμισης πομπού Μπορούμε να αποκτήσουμε πρόσβαση στα πακέτα δεδομένων και στους καταχωρητές ρύθμισης μέσω της διασύνδεσης SPI. Όλοι οι καταχωρητές ρύθμισης είναι προσβάσιμοι μέσω του πεδίου διεύθυνσης που βρίσκεται σε ένα πακέτο SPI. Οι καταχωρητές ρύθμισης παρέχονται ώστε να επιτρέπεται η ρύθμιση των κωδικών DSSS PN, του ρυθμού δεδομένων, της συνολικής λειτουργίας,για τις μάσκες διακοπών, την κατάσταση των διακοπών κ.α. 5.2.3 Διασύνδεση SPI Το ολοκληρωμένο CYRF6936 έχει διασύνδεση πρωτοκόλλου SPI που υποστηρίζει επικοινωνίες μεταξύ ενός μικροελεγκτή και μίας ή περισσότερων συσκευών slave (περιλαμβανομένου του CYRF6936). H διασύνδεση SPI υποστηρίζει σειριακές μεταφορές των 1-byte ή πολλών byte χρησιμοποιώντας διασύνδεση των 4-pin ή των 3-pin. Το πρωτόκολλο επικοινωνιών SPI περιλαμβάνει τους ακροδέκτες Slave Select (SS),Serial Clock(SCK) , τον Μaster In-Slave out (ΜISO) και τον Master Out-Slave In(MOSI). Στο υποκεφάλαιο 5.3 γινεται μια αναλυτική θεωρητική περιγραφή του πρωτοκόλλου σειριακής σύγχρονης επικοινωνίας SPI. Εδώ περιοριζόμαστε στην περιγραφή του SPI για το ολοκληρωμένο CYRF6936. Στο CYRF6936 ένα πακέτο SPI περιλαμβάνει 16 bit . To 1o bit ονομάζεται bit εντολής κατεύθυνσης. Όταν είναι 1 επιτρέπει ανταλλαγές δεδομένων προς εγγραφή, ενώ όταν τίθεται 0 επιτρέπει ανταλλαγές δεδομένων προς ανάγνωση. Το 2ο bit ονομάζεται bit εντολής αύξησης. Όταν τίθεται 0 επιτρέπει την αυτόματη αύξηση των διευθύνσεων SPI,διαφορετικά χρησιμοποιείται η ίδια διεύθυνση. Τα υπόλοιπα 6 bit του 1ου byte αποτελούν την διεύθυνση στην οποία θέλουμε να αποκτήσουμε πρόσβαση,ενώ το 2ο byte αποτελεί τα ωφέλιμα δεδομένα. Η συσκευή λαμβάνει το σήμα ρολογιού SCK από έναν μικροεπεξεργαστή στον ακροδέκτη SCK. Τα δεδομένα του μικροεπεξεργαστή μεταφέρονται στον ακροδέκτη MOSI. Τα δεδομένα που κατευθύνονται απο το CYRF6936 στον μικροεπεξεργαστή μεταφέρονται στον ακροδέκτη MISO. Ο ακροδέκτης επιλογής Slave (SS) πρέπει να είναι ενεργοποιημένος ώστε να αρχίσει μια μεταφορά SPI. Ο μικροεπεξεργαστής μπορεί να αρχίσει μεταφορά δεδομενων SPI μέσω μιας ανταλλαγής πολλαπλών byte. Το πρώτο byte είναι το byte εντολής/διευθύνσεων, και τα ακόλουθα byte είναι τα bytes δεδομένων όπως φαίνεται στο Σχήμα 5-2. Το πρωτόκολλο επικοινωνιών SPI έχει έναν μηχανισμό, όπου το πρώτο byte μπορεί να ακολουθείται από τόσο πολλά bytes δεδομένων όσα είναι αναγκαία. Μια ανταλλαγή δεδομένων ολοκληρώνεται τίθοντας τον ακροδέκτη SLAVE (SS = 1). _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 59

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ Οι ακολουθίες της επικοινωνίας SPI απλής ανάγνωσης και πολλαπλής ανάγνωσης παρουσιάζεται στο σχήμα 5-2. Οι ακολουθίες της επικοινωνίας SPI απλής εγγραφής και πολλαπλής εγγραφής παρουσιάζεται στο σχήμα 5-2. Αυτή η διασύνδεση μπορεί εναλλακτικά να λειτουργεί με ρύθμιση των 3 ακροδεκτών όπου οι λειτουργίες ΜΙSO και MOSI συνδυάζονται σε έναν απλό ακροδέκτη δεδομένων διπλής κατεύθυνσης (SDAT). Όταν χρησιμοποιούμε την ρύθμιση των 3 ακροδέκτων, το λογισμικό του χρήστη θα πρέπει να διασφαλίσει ότι ο ακροδέκτης MOSI του μικροεπεξεργαστή θα είναι σε κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης εκτός της περίπτωσης όπου ο MOSI μεταδίδει δεδομένα. Οι καταχωρητές της συσκευής θα μπορούν να εγγραφούν ή να αναγνωστούν με 1 byte κάθε φορά, ή εναλλακτικά μια σειρά καταχωρητών θα μπορούν να γράφονται ή να διαβάζονται σε μια απλή εναλλαγή SPI χρησιμοποιώντας την αυτοματη αυξηση διευθύνσεων. Μαζί με τους καταχωρητές ρύθμισης του ενός byte,η συσκευή διαθέτει και αρχεία καταχωρητών.Τα αρχεία καταχωρητών είναι λογικής FIFO που γράφονται και διαβάζονται με 1 byte την φορά , ή εναλλακτικά όπως προαναφέραμε θα μπορούν να γράφονται/διαβάζονται σε μια απλή εναλλαγή SPI , μερικές διαδοχικές θέσεις καταχωρητών . Η λειτουργία του ακροδέκτη ΙRQ μπορεί προαιρετικά να πολυπλέκεται με τον ακροδέκτη MOSI. Όταν αυτή η επιλογή είναι ενεργοποιημένη η λειτουργία IRQ δεν είναι διαθέσιμη ενώ ο ακροδέκτης SS είναι σε λογικό χαμηλό. Όταν χρησιμοποιούμε αυτήν την ρύθμιση, το λογισμικό του χρήστη θα πρέπει να διασφαλίσει ότι ο ακροδέκτης MOSI του μικροεπεξεργαστή θα είναι σε κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης οποτεδήποτε ο ακροδέκτης SS είναι σε λογικό υψηλό. Η διασύνδεση SPI δεν εξαρτάται απο το εσωτερικό ρολόι των 12 ΜΗz, και οι καταχωρητές μπορούν με αυτόν τον τρόπο να διαβάζονται ή να εγγράφονται ενώ η συσκευή είναι σε κατάσταση αναμονής απενεργοποίησης και ο ταλαντωτής των 12-ΜΗz είναι απενεργοποιημένος. Η διασύνδεση SPI , το ΙRQ και οι ακροδέκτες RST έχουν έναν ξεχωριστό ακροδέκτη τάσης αναφοράς (Vio), που επιτρέπει την συσκευή να διασυνδέεται απευθείας με τον επεξεργαστή λειτουργώντας σε τάσεις κάτω απο την τάση τροφοδοσίας του ολοκληρωμένου CYRF6936. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 60

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ Σχήμα 5-3 Ακολουθίες ανάγνωσης/εγγραφής του SPI στο ολοκληρωμένο CYRF6936


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ 5.2.4 Διακοπές (Ιnterrupts) Η συσκευή παρέχει μια έξοδο διακοπής (ΙRQ), η οποία είναι ρυθμίσιμη και καταδεικνύει την εμφάνιση μερικών γεγονότων. Ο ακροδέκτης IRQ μπορεί να προγραμματιστεί ώστε να είναι είτε ενεργά υψηλός είτε ενεργά χαμηλός. Το ολοκληρωμένο CYRF6936 υποστηρίζει τρία σύνολα διακοπών : διακοπές μετάδοσης, λήψης και συστήματος. Αυτές οι διακοπές χρησιμοποιούν όλες ένα απλό pin(IRQ), αλλά μπορούν να είναι ανεξάρτητα ενεργοποιημένες/απενεργοποιημένες. Τα δεδομένα των καταχωρητών διατηρούνται όταν μεταβαίνουμε μεταξύ των καταστάσεων μετάδοσης ή λήψης. Όταν παραπάνω απο μια διακοπή είναι ενεργοποιημένη, είναι αναγκαίο να διαβάσουμε τον καταχωρητή κατάστασης για να εξακριβώσουμε ποιό γεγονός προκάλεσε τον ακροδέκτη ΙRQ να ενεργοποιηθεί. Ακόμα και εάν μια διακοπή είναι απενεργοποιημένη, η κατάσταση της συνθήκης που θα προκαλούσε μια διακοπή μπορεί να εξακριβωθεί με την ανάγνωση του κατάλληλου καταχωρητή κατάστασης. Γι αυτόν τον λόγο είναι πιθανόν να χρησιμοποιήσουμε συσκευές χωρίς να κάνουμε την χρήση του ακροδέκτη ΙRQ, ελέγχοντας περιοδικά τους καταχωρητές κατάστασης μέχρι να διαπιστώσουμε ένα γεγονός, αντί της χρησιμοποίησης του ακροδέκτη ΙRQ.

5.2.5 Μονάδα Διαχείριση Ισχύος (Power Management Unit) Η τάση λειτουργίας της συσκευής είναι μεταξύ των 1.8V έως 3.6 V DC, η οποία και εφαρμόζεται στον ακροδέκτη Vbat. H συσκευή μπορεί να μεταβεί σε κατάσταση αναμονής εγγράφοντας FRC END=1 και ΕNDSTATE =000 bits στον καταχωρητή XACT__CFG της διασύνδεσης SPI.Η συσκευή θα μπει στην κατάσταση αναμονής μέσα σε 35-μs μετά την τελευταίά θετική εναλλαγή του σήματος SCK στο τέλος της ανταλλαγής SPI. Παρομοίως, η συσκευή μπορεί να ρυθμιστεί ώστε αυτόματα να εισέρχεται στην κατάσταση αναμονής μετά την ολοκλήρωση της μετάδοσης ή της λήψης των πακέτων. Όταν βρίσκεται στην κατάσταση αναμονής ,ο ταλαντωτής on-chip σταματάει, αλλά η διασύνδεση SPI συνεχίζει να λειτουργεί. Η συσκευή θα ενεργοποιηθεί απο την κατάσταση αναμονής αυτόματα όταν ζητηθεί απο την συσκευή να εισέλθει στην κατάσταση μετάδοσης ή λήψης. Όταν ανακτηθεί απο την απο την κατάσταση αναμονής ,υπάρχει μια μικρή καθυστέρηση καθώς εκκινείται ο ταλαντωτής. Η συσκευή μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να ενεργοποιηθεί ο ακροδέκτης ΙRQ όταν ο ταλαντωτής σταθεροποιηθεί. Η τάση εξόδου (Vreg) της Μονάδας Διαχείρισης Ισχύος είναι ρυθμίσιμη για μερικές ελάχιστες τιμές μεταξύ των 2.4 και 2.7 Volt. To Vreg θα μπορεί να χρησιμοποιείται ώστε να παρέχει έως και 15 mA (κατά μέσο όρο φορτίο) για εξωτερικές συσκευές. Είναι πιθανόν να απενεργοποιήσουμε την PMU, και να παρέχουμε μια εξωτερική DC τάση τροφοδοσίας στην κύρια τροφοδοσία της συσκευής στην περιοχή των 2.4V εως 3.6Volt. To PMU μπορεί επίσης να παρέχει τροφοδοσία τών 1.8 Volt. Η PMU επίσης παρέχει λειτουργία ανίχνευσης χαμηλής μπαταρίας ή οποία μπορεί να αναγνωστεί μέσω της διασύνδεσης SPI. Μπορούν να επιλέγουν ένα απο τα 7 κατώφλια μεταξύ 1.8Volt και των 2.7 Volt. Ο ακροδέκτης διακοπής IRQ μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να ενεργοποιηθεί όταν η τάση στον ακροδέκτη Vbat πέφτει κάτω απο το ρυθμιζόμενο κατώφλι. Ο έλεγχος της μπαταρίας είναι απενεργοποιημένος όταν η συσκευή βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 62

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ 5.2.6 Ενισχυτής Χαμηλού Θορύβου(LNA) και Ενδειξή Λήψης Ισχυρού Σήματος (RSSI) Το κέρδος του παραλήπτη μπορεί να ελεγχθεί απευθείας τίθοντας χαμηλό το ΑGC EN bit και εγγράφοντας στο bit του ενισχυτή χαμηλού θορύβου του καταχωρητή RX_CFG_ADR. Όταν το LNA bit είναι λογικά χαμηλό, το κέρδος του παραλήπτη μειώνεται κατά περίπου 20 dB, επιτρέποντας την λήψη πολύ ισχυρών σημάτων (για παράδειγμα όταν λειτουργεί ένας παραλήπτης πολύ κοντά στον μεταδότη). Περίπου 30 dB της εξασθένησης του παραλήπτη θα μπορούν να προσθεθούν θέτοντας το bit Εξασθένηση(ΑΤΤ). Αυτό επιτρέπει την λήψη των δεδομένων να περιορίζεται σε συσκευές με πολύ μικρό εύρος. H απενεργοποίηση του AGC και η ενεργοποίηση του LNA είναι προτεινόμενη επιλογή εκτός αν λαμβάνουμε απο μια συσκευή χρησιμοποιώντας εξωτερικό PA. Όταν η συσκευή είναι σε κατάσταση λήψης ο καταχωρητής RSSI_ADR επιστρέφει την δύναμη του σήματος ισχύος του καναλιού. Κατά την λήψη, η συσκευή θα μετρήσει και θα αποθηκεύσει αυτόματα την δύναμη του σήματος που παραλαμβάνεται σε μεταβλητή των 5-bit. Μια ανάγνωση του RSSI γίνεται αυτόματα όταν ανιχνεύεται το SOP. Μια επιλέον ανάγνωση του RSSI γίνεται κάθε φορά που η προηγούμενη ανάγνωση διαβάζεται από τον καταχωρητή RSSI_ADR, επιτρέποντας το ενεργειακό επίπεδο RF σε κάθε δεδομένο κανάλι να είναι εύκολα μετρήσιμο όταν το RSSI διαβάζεται και όταν δεν παραλαμβάνεται κανένα σήμα.Μια νέα ανάγνωση θα εμφανίζεται κάθε 12 μs.



5.3 ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΣΕΙΡΙΑΚΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ (SPΙ) Σε αυτό το κεφάλαιο, θα αναλύσουμε την επικοινωνία SPI, και πως αυτή χρησιμοποιείται , ώστε να στείλει και να παραλάβει δεδομένα απο έναν μικροελεγκτή. Αυτή η θεωρητική προσέγγιση μπορεί να αποτελέσει έναν πρακτικό οδηγό, για την χρησιμοποίηση της επικοινωνίας SPI, σε κάθε άλλη συσκευή ή τσιπ που υποστηρίζει SPI επικοινωνία. Η σύγχρονη σειριακή επικοινωνία SPI, χρησιμοποιείται όταν διαθέτουμε λίγους ακροδέκτες Ι/Ο (εισόδου-εξόδου), αλλά είναι αναγκαίο παράλληλα, η επικοινωνία μεταξύ 2 συσκευών, να είναι αρκετά γρήγορη και εύκολα υλοποιήσιμη. Θα παρουσιάσουμε λοιπόν τα εξής:

• Επισκόπηση της επικοινωνίας SPI . Εισαγωγή και βασικές αρχές της SPI. • Εφαρμογή της επικοινωνίας σε μικροελεγκτές που υποστηρίζουν SPI. • Mερικά παραδείγματα αλγορίθμων και κώδικα, για SPI Master και SPISlave.

Ο όρος SPI αναλύεται ως Serial Peripheral Interface (Σειριακή Σύγχρονη Επικοινωνία). Είναι ένα πρωτόκολλο σύγχρονης επικοινωνίας που επιτρέπει την επικοινωνία απο μια συσκευή Master σε μια Slave. H SPI επικοινωνία υλοποιείται σε όλες τις συσκεύες με ένα υποστοιχείο υλικού που ονομάζεται SSP (Synchronous Serial Port) ή Σύγχρονη Σειριακή Θύρα. Συνήθως είναι ενσωματωμένη σε πολλά τσιπ. Επιτρέπει την σειριακή επικοινωνία δύο ή παραπάνω συσκευών με μεγάλη ταχύτητα και αποτελεί μια εύκολη λύση για υλοποίηση. Όπως αναφέραμε το SPI είναι ένα σύγχρονο πρωτόκολλο. Η μετάδοση των δεδομένων γίνεται με το σήμα ρολογίου (SCK), ώστε να πετύχουμε συγχρονισμό των συσκευών .To σήμα αυτό ελέγχει το πότε αλλάζουν τα δεδομένα και πότε θα πρέπει αυτά να αναγνωστούν. Καθώς το SPI είναι σύγχρονο, ο ρυθμός ρολογιού μπορεί να ρυθμιστεί ή και να αλλάξει χωρίς να επηρεάσει την ροή των δεδομένων. Απλά ο ρυθμός των δεδομένων θα αλλάξει μαζί με τις αλλαγές στον χρονισμό. Αντίθετα στις επικοινωνίες RS-232 ο ρυθμός δεδομένων και το σήμα ρολογιού πρέπει να είναι ακριβής. Αυτό το γεγονός καθιστά την χρήση του SPI ιδανική για περιπτώσεις που το ρολόι δεν είναι ακριβές, όπως η περίπτωση του κυκλώματος RC. To SPI είναι ένα πρωτόκολλο Master – Slave. Μόνο η Master συσκευή μπορεί να ελέγξει το σήμα του ρολογιού. Δεν μεταφέρονται δεδομένα αν δεν ενεργοποιηθεί το ρολόι. Όλες οι συσκευές Slave ελέγχονται από το ρολόι το οποίο χειρίζεται η Master συσκευή. Οι συσκευές Slave δεν μπορούν να χειριστούν το ρολόι. Οι καταχωρητές ρυθμίσεων του SSP καθορίζουν πως μια συσκευή θα αντιδράσει στην είσοδο του ρολογιού. Το SPI είναι ενα πρωτόκολλο ανταλλαγής δεδομένων. Με κάθε αλλαγή του ρολογιού εισάγονται νέα δεδομένα, ενώ παράλληλα εξάγονται νέα δεδομένα. Όταν μεταδίδουμε δεδομένα, τα εισερχόμενα δεδομένα πρέπει να διαβαστούν, πριν επιχειρήσουμε νέα αποστολή δεδομένων. Εάν δεν διαβάσουμε τα εισερχόμενα δεδομένα, αυτά θα χαθούν, και εντέλει να μην χρησιμοποιείται το στοιχείο SPI. Ακόμα και εάν τα δεδομένα δεν παίζουν κανένα ρόλο στην εφαρμογή, θα πρέπει να διαβαστούν σε κάθε ανταλλαγή. Τα δεδομένα πάντα ανταλάσσονται μεταξύ των συσκευών. Καμμία συσκευή στο SPI δεν αποτελεί μόνο μεταδότη ή μόνο παραλήπτη. Κάθε συσκευή όμως έχει 2 γραμμές δεδομένων, μία για είσοδο και μια για έξοδο. Αυτές οι ανταλλαγές ελέγχονται από το ρολόι SCK, που ελέγχεται απο την συσκευή Master. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 64

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ Συνήθως η πρόσβαση σε μια συσκευή ελέγχεται από ένα σήμα SS (Slave Select). Δείχνει στην συσκευή Slave ότι η Master επιθυμεί να εκκινήσει μια ανταλλαγή δεδομένων, μεταξύ της ίδιας και της Slave. To σήμα είναι συνήθως ενεργοποιημένο με χαμηλή τάση, που σημαίνει ότι μια μηδενική τάση ενεργοποιεί το SPI. Αντίθετα το θετικό απενεργοποιεί το SPI. Χρησιμοποιείται για την αποφυγή ηλεκτρονικού θορύβου στο σύστημα. Η λειτουργία του είναι να επανεκιννεί το SPISlave , έτσι ώστε να είναι έτοιμο να παραλάβει το επόμενο byte. Στο SPI, τα δεδομένα τυπικά αλλάζουν κατά την διάρκεια της ανύψωσης ή της πτώσης του ρολογιού. Με αυτόν τον τρόπο τα δεδομένα συγχρονίζονται με το σήμα του ρολογιού. Απο πλευράς δυαδικής λογικής,το σημείο που τα δεδομένα διαβάζονται είναι αντίθετο σε σχέση με το σημείο που αλλάζουν. Τα δεδομένα είναι έγκυρα στο σημείο όπου διαβάζονται.

Σχημα 5-5 Παράδειγμα SPI επικοινωνίας mode (1,1) Το παραπάνω σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα SPI επικοινωνίας. Τα βέλη δείχνουν αν το σήμα υφίσταται ανύψωση ή πτώση την κάθε στιγμή. Το SDI δείχνει πότε δειγματοληπτούνται τα δεδομένα. Όπως φαίνεται καθαρά, η δειγματοληψία γίνεται στην αντίθετη πολικότητα των αλλαγών των δεδομένων. Ο όρος mode 1,1 αναφέρεται στις διαφορετικές ρυθμίσεις που δέχεται το SPI,και θα αναλυθεί αργότερα. Το στοιχείο SSP(ή MSSP) βρίσκεται ενσωματωμένο στις περισσότερες συσκευές ή τσιπ, και επιτρέπει υλοποίηση επικοινωνίας SPI ή I2C. Για να χρησιμοποιηθεί αυτό το στοιχείο πρέπει να είμαστε σίγουροι (διαβάζοντας το manual) ότι ο μικροελεγκτής ή γεινκά το τσιπ εμπεριέχει αυτό το τσιπ. Το SPI είναι μια σειριακή διασύνδεση και χρησιμοποιεί τα εξής σήματα για την επικοινωνία με άλλη συσκευή:

• nSS .Tο σήμα είναι γνωστό ως Slave Select.Όταν είναι χαμηλό,η συσκευή Slave θα διαβάσει το σήμα ρολογιού και τα σήματα δεδομένων.

• SCK .Αυτό είναι το σήμα του ρολογιού. Παράγεται από την συσκευή Master και ελέγχει την αποστολή και λήψη δεδομένων.

• SDO(Serial Data Output). Αυτό το σήμα μεταφέρει τα δεδομένα έξω από την Master συσκευή. Αποτελεί δηλαδή έξοδο για το Master ή το Slave

• SDI (Serial Data Input). Αυτό το σήμα μεταφέρει τα δεδομένα πρός την Master συσκευή. Αποτελεί δηλαδή είσοδο για το Master ή το Slave.



Σχήμα 5-6 Λογικό διάγραμμα SPI επικοινωνίας μεταξύ master και slave συσκευής Το SPI δημιουργεί έναν βρόχο δεδομένων μεταξύ 2 συσκευών. Τα δεδομένα που εγκαταλείπουν το Master πηγαίνουν στην γραμμή SDO. Tα δεδομένα που εισέρχονται στο Master πηγαίνουν στην γραμμή SDI. Το σήμα ρολογιού SCK, παράγεται από την συσκευή Master. Ελέγχει το πότε και πόσο γρήγορα ανταλλάσσονται δεδομένα μεταξύ των συσκευών. Το SS, επιτρέπει σε μια συσκευή master να ελέγξει την επιλογή μιας συσκευή slave. Αυτό μας δίνει την δυνατότητα να έχουμε περισσότερες απο μια συσκευές slave και απλοποιεί τις επικοινωνίες. Όταν το σήμα SS μεταβαίνει σε λογικά χαμηλό σε μια συσκευή slave,μόνο αυτή η συσκευή επιλέγεται απο το SPI. Ο SSPSR είναι ο καταχωρητής ολίσθησης του στοιχείου SSP. Μετακινεί τα δεδομένα πρός και απο την συσκευή. Τα δεδομένα μετακινούνται με βρόχο στον επόμενο καταχωρητή ολίσθησης. Τα δεδομένα βγαίνουν απο τον ακροδέκτη SDO της μιας συσκευής και εισέρχονται στον ακροδέκτη SDI της άλλης Όταν ένα byte δεδομένων έχει ήδη μετακινηθεί,αυτό αντιγράφεται στον καταχωρητή SSPBUF. Ο SSPBUF έπειτα διαβάζεται από το λογισμικό του χρήστη. Εάν πρέπει να ανταλλαχθούν νέα δεδομένα, αυτός ο καταχωρητής γεμίζει από το πρόγραμμα. Το γράψιμο του καταχωρητή SSPBUF θα μεταφέρει δεδομένα του SSPBUF στον SSPSR. Εάν είναι .Master συσκευή, αυτό θα εκκινήσει την μεταφορά δεδομένων. Εάν είναι συσκευή slave, θα περιμένει μια μετάβαση ρολογιού απο το master. Το block ελέγχου καθορίζει πότε μπορεί να γίνει μια μεταφορά SPI. Όταν αναφερόμαστε στην συσκευή αυτό το block μεταδίδει το σήμα ρολογιού και το σήμα slave select. Η συσκευή slave περιμένει τα σήματα και τα χρησιμοποιεί όταν επεξεργάζεται τα δεδομένα SPI. Στην συσκευή master, το σήμα slave select πρέπει να ελεγχθεί από τον κώδικα. Είναι μια τυποποιημένη γραμμή δεδομένων, που παραμένει σε λογικά χαμηλό, όταν επιθυμούμε να εκκινήσουμε μια μεταφορά SPI. Όταν τελειώνει η μεταφορά, επιστρέφουμε την γραμμή σε υψηλή κατάσταση. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 66


Όταν χρησιμοποιούμε το SPI σε έναν μικροελεγκτή, μερικοί καταχωρητές πρέπει να ρυθμιστούν σωστά. Δυο καταχωρητές περνούν μέρος στην λειτουργία του SPI. Υπάρχουν διαφορετικές ρυθμίσεις SPI για κάθε μικροελεγκτή. Γιαυτό οι τιμές με τις οποίες ρυθμίζονται κάθε φορά οι καταχωρητές διαφέρουν από τσιπ σε τσιπ. Θα πρέπει να μελετηθεί σωστά το κάθε datasheet ώστε να ρυθμιστούν οι καταχωρητές κατάλληλα. Ο καταχωρητής SSPCON , είναι ο άλλος ένας καταχωρητής που ελέγχει το στοιχείο SSP. Μερικά bits του καταχωρητή ελέγχουν τις μεταφορές SPI και είναι τα ακόλουθα:

• SSPOV - “Synchronous Serial Port OVerflow” δείχνει την υπερχείλιση του SSP. • SSPEN - “Synchronous Serial Port Enable” ενεργοποιεί το SSP • CKP - “ClocK Polarity” ελέγχει την πολικότητα του ρολογιού • Και τέλος τα SSPM bits 3 εώς 0. Τα SSPM bits ελέγχουν αν το στοιχείο SSP

βρίσκεται σε ρύθμιση SPI και εάν είναι σε ρύθμιση Master, βοηθούν επίσης την ρύθμιση του ρυθμού του ρολογιού.

Ένας ακόμη καταχωρητής που ελέγχει το SPI είναι ο SSPSTAT. Το SSPSTAT (“Synchronous Serial Port STATus”) παρέχει μερικά bits για τον έλεγχο της επικοινωνίας SPΙ. Τρία είναι τα κύρια bits ελέγχου. Ονομάζονται “SMP”, “CKE” και “BF.”

• SMP – ελέγχει τον χρόνο δειγματοληψίας των δεδομένων ( data sample timing) • CKE – ελέγχει το πότε μεταδίδονται τα δεδομένα σε σχέση με το ρολόι. (clock

edge select) • Και το BF το οποίο αποτελεί ένδειξη ότι ο καταχωρητής είναι γεμάτος (buffer

full). 5.3.1 Παράδειγμα Υλοποίησης Αλγορίθμου σε κώδικα. Σε αυτό το σημείο, θα δείξουμε ένα απλοποιημένο παράδειγμα κώδικα, για την επίδειξη λειτουργίας του στοιχείου SSP μιας συσκευής. Στο συγκεκριμένο πείραμα λοιπόν χρησιμοποιούμε δυο μικροελεγκτές,που διαθέτουν ενσωματωμένο στοιχείο SSP. O πρώτος ορίζεται ως Master και ο δεύτερος σαν Slave. O Master έχει έναν μετρητή για να μας παρέχει δεδομένα-δείγματα, τα οποία και στέλνουμε στην σύνδεση SPI. Aυτά τα δεδομένα στέλνονται απο το SPI, και ο Slave τα εμφανίζει. Όπως έχουμε ήδη αναφέρει ο Slave θα στείλει επίσης δεδομένα στον master, αλλά σε αυτήν την περίπτωση δεν θα χρησιμοποιηθούν, οπότε και το Master θα τα πετάξει. Όταν ο slave λάβει τα δεδομένα SPI θα τα εμφανίσει σε μια σειρά από LEDs. Ακολουθεί ένα απλοποιημένο σχηματικό διάγραμμα , για την κατανόηση αυτού του πειράματος. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 68


Σχήμα 5-7 Επικοινωνία μεταξύ 2 συσκευών με SPI και απεικόνιση των δεδομένων σε LEDs. Σε αυτό λοιπόν το πείραμα τα δεδομένα που λαμβάνονται απο τον Slave μικροελεγκτή, απεικονίζονται στην θύρα B του μικροελεγκτή, η οποία είναι και συνδεδεμένη σε 8 LEDs, ώστε να απεικονισθεί το byte που μεταφέρθηκε. Απο την πλευρά του Master, η συσκευή παράγει έναν αύξοντα μετρητή, τον οποίο και στέλνει μέσω SPI. Επίσης παραλαμβάνει δεδομένα από τον Slave τα οποία και δεν χρησιμοποιεί. Το λογικό διάγραμμα του κώδικα που θα εκτελείται στον Master είναι το εξής: _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 69


Σχήμα 5-8 Λογικό διάγραμμα αλγορίθμου που εκτελείται στον Master Στην αρχή λοιπόν ρυθμίζουμε τις μεταβλητές και θύρες του Master. Έπειτα καθορίζουμε τις ρυθμίσεις του SPI.Ελέγχουμε μετά αν η πρηγούμενη μεταφορά SPI έχει τελειώσει.Όταν τελειώσει η προηγούμενη μεταφορά, διαβάζουμε τα δεδομένα απο τον SSPBUF, αυξάνουμε την τιμή του μετρητή, και φορτώνουμε τον SSPBUF με νέα δεδομένα. Ο κώδικας σε γλώσσα Assembly γι αυτήν την υλοποίηση ( χρησιμοποιώντας τον μικροελεγκτή PIC16f877A) είναι ως εξής: _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 70




Update_Test_Counterincf Ctr0,F ; Increment counter variable

Delay movlw 0x01 ; Simple Delay loopmovwf Dly1 ; movlw 0x0F ; movwf Dly0 ;

DlyLoop decfsz Dly0,F ;goto DlyLoop ; decfsz Dly1,F ; goto DlyLoop ; ; Done Delay ;

DoAgain goto Send_DT ; Done, Send Next Byte.

End

Απο την μεριά της συσκευής Slave, αυτή θα παραλάβει τα δεδομένα τα οποία και θα εμφανίσει στα 8 Leds, ώστε να φαίνονται τα δεδομένα που στέλνονται. Η συσκευή Slave θα στείλει επίσης δεδομένα λόγω του πρωτοκόλλου SPI, αλλά θα χαθούν επειδη δεν χρησιμοποιούνται σε αυτό το παράδειγμα από τον Master. Το λογικό διάγραμμα του προγράμματος στην συσκευή Slave θα είναι το εξής:

Αν και φαίνεται ίδιο με το λογικό διάγραμμα του Master, έχει κάποιες μικρές διαφορές. Βάσει λοιπόν αυτού του διαγράμματος προγραμματίζουμε την συσκευή Slave. Στο στάδιο της φόρτωσης δεδομένων στον SSPBUF, δεν φορτώνονται δεδομένα. Σε άλλες υλοποιήσεις όμως θα μπορούσαν να φορτωθούν δεδομένα. Επίσης τα δεδομένα που λαμβάνονται εμφανίζονται σε αντίθεση με τον Master που απλά τα αγνοεί. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 72

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ Ακολουθεί ο κώδικας σε γλώσσα Assembly που υλοποιείται στον μικροελεγκτή Slave.



RX_Data BANKSEL SSPBUF ; BANK 0movf SSPBUF,W ; put in SSPBUF into W

BANKSEL PORTB ; BANK 0movwf PORTB ; Show the results on PORTB

DoAgaingoto Chk4Dat ; Receive Next Byteend

Για περισσότερες λεπτομέρειες γύρω απο την επικοινωνία SPI μπορεί κανείς να αναφερθεί στο datasheet των μικροελεγκτών,όπου γίνεται εξειδικευμένη περιγραφή του πρωτοκόλλου SPI, καθώς και σε διάφορα τεχνικά άρθρα εταιριών παραγωγής μικροελεγκτών,οπου αναλύεται διεξοδικά το πρωτόκολλο επικοινωνίας. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 74

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ________________________________________________________________________ Αναφορές [1] datasheet CYWUSB6936,Cypress Semiconductor. [2] Technical Document SPI,Microchip. [3] datasheet PIC16F877A,Microchip. [4] Tηλεπικοινωνίες και δίκτυα υπολογιστών.Αρης Αλεξόπουλος,Γιώργος Λαγογιάννης,6η έκδοση, Αθήνα 2001 _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 75

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Η ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Η αρχική ιδέα για την υλοποίηση του συστήματος προέκυψε όπως προναναφέραμε στο κεφάλαιο 1 από την ανάγκη ασύρματης επέκτασης ενός συστήματος TCP-IP τεχνολογίας Powerline Network γραμμών μεταφοράς χαμηλής τάσης. Για τον σκοπό αυτό αναπτύχθηκαν 2 πλακέτες χρησιμοποιώντας τον εξοπλισμό του εργαστηρίου Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων του ΔΠΘ. Η κατασκευή των πλακετών έγινε με το μηχάνημα Protomat CK40 της εταιρίας LKPF, το οποίο δίνει την δυνατότητα χάραξης πλακετών μέσω ρομποτικών μηχανισμών. Η μιά από τις δύο πλακέτες διαθέτει διασύνδεση Ethernet με το module X-Port (για την σύνδεση με το PLC δίκτυο), τον μικροεπεξεργαστή PIC16F877A και την ασύρματη βαθμίδα CYRF6936 της Cypress. H δεύτερη πλακέτα υποστηρίζει επικοινωνία μέσω USB μέσω της βαθμίδας UM232R, ενώ διαθέτει επίσης τον μικροεπεξεργαστή PIC16F877A και την ασύρματη βαθμίδα CYRF6936. Στην συνέχεια του κεφαλαίου παρουσιάζονται τα αντίστοιχα σχηματικά διαγράμματα των συνδέσεων της κάθε πλακέτας. Για την υλοποίηση του δικτύου δεδομένων PLC μέσω των οικιακών δικτύων χαμηλής ισχύος, χρησιμοποιήθηκαν 2 modem PLC της εταιρίας Netgear. To μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε είναι το XE102. Για την παροχή συνεχούς τροφοδοσίας στις πλακέτες, υλοποιήθηκαν δυο κυκλώματα βασισμένα στον ρυθμιστή τάσης LM317, ώστε να παρέχεται ταυτόχρονα αλλά και σταθεροποιημένα τροφοδοσία των 3 και 4 Volt στα διάφορα στοιχεία των πλακετών. Για τις ανάγκες της υλοποίησης αναπτύχθηκε το απαραίτητο λογισμικό σε γλώσσα Assembly,για να διεκπαιρεώσει την επικοινωνία μεταξύ των βαθμίδων. Στην συνέχεια του κεφαλαίου παρουσιάζεται το λογικό διάγραμμα και ο κώδικας που εκτελείται στο μικροεπεξεργαστή PIC16F877A. 6.1 Το modem PLC XE102 της Νetgear To modem PLC XE102 δίνει την δυνατότητα ανάπτυξης δικτύου υπολογιστών μέσω των γραμμών χαμηλής ισχύος. Η εγκατάσταση του είναι του τύπου plug-and-play, δεν απαιτεί δηλαδή ιδιαίτερες ρυθμίσεις για την λειτουργία του. Στο παρακάτω σχήμα δίνεται μια φωτογραφική άποψη του modem. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 76

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Σχήμα 6.1 Φωτογραφική άποψη του PLC modem της Netgear XE102

Για την λειτουργία του αρκεί η απλή σύνδεση του σε μια ηλεκτρική πρίζα ώστε να επεκταθεί το εγκατεστημένο δίκτυο της οικίας. Λειτουργεί στην ζώνη συχνοτήτων 4.3 MHz έως 20.9 MHz. Yλοποιεί την τεχνική διαμόρφωσης OFDM. Τέλος η ταχύτητα δεδομένων που υποστηρίζει είναι της τάξης των 14 Mbps. 6.2 Η πλακέτα διασύνδεσης USB. Όπως προαναφέρθηκε,η πλακέτα αυτή διαθέτει έναν 8-bit μικροεπεξεργαστή της Microchip, την ασύρματη βαθμίδα CYRF6936 της Cypress καθώς και την βαθμίδα μετατροπής USART σε πρωτόκολλο USB, το UM232R της εταιρίας Lantronix. Το λογικό διάγραμμα της πλακέτας παρουσιάζεται στο σχήμα 6.1. Παρακάτω δίνεται επίσης μια φωτογραφική κάτοψη και πρόσοψη της συγκεκριμένης πλακέτας. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 77

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Σχημα 6.1 Λογικό διάγραμμα της πλακέτας

Σχήμα 6.2 Φωτογραφική πλάγια όψη της πλακέτας με διασύνδεση USB


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Σχήμα 6.3 Φωτογραφική κάτοψη της πλακέτας με διασύνδεση USB

Στην επόμενη σελίδα,στο σχήμα 6.4 δίνεται το σχηματικό διάγραμμα με όλες τις απαραίτητες συνδέσεις που έγιναν αλλά και τα εξωτερικά στοιχεία που προστέθηκαν για την ολοκλήρωση της πλακέτας. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 79

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Σχήμα 6.4 Σχηματικό διάγραμμα της πλακέτας με διασύνδεση USB.


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ 6.3 Η πλακέτα διασύνδεσης Εthernet H πλακέτα αυτή διαθέτει έναν 8-bit μικροεπεξεργαστή της Microchip,την ασύρματη βαθμίδα CYRF6936 της Cypress καθώς και την βαθμίδα μετατροπής USART σε Εthernet , το Χ-Port της εταιρίας Lantronix. Oι συνδέσεις που έγιναν για την υλοποίηση της πλακέτας παρουσιάζονται στο παρακάτω λογικό διάγραμμα. Παρακάτω δίνεται επίσης μια φωτογραφική κάτοψη και πρόσοψη της συγκεκριμένης πλακέτας. Σχήμα 6.4 Λογικό διάγραμμα της πλακέτας με διασύνδεση Εthernet

Σχήμα 6.5 Φωτογραφική κάτοψη της πλακέτας με διασύνδεση Ethernet


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Σχήμα 6.6 Φωτογραφική πρόσοψη της πλακέτας με διασύνδεση Ethernet

Στην επόμενη σελίδα,στο σχήμα 6.7 δίνεται το σχηματικό διάγραμμα με όλες τις απαραίτητες συνδέσεις που έγιναν αλλά και τα εξωτερικά στοιχεία που προστέθηκαν για την ολοκλήρωση της πλακέτας. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 82

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων _____________________________________________________________________ Σχήμα 6.7 Σχηματικό διάγραμμα της πλακέτας με διασύνδεση USB.

nMC

LRR

A1R

A2R

A5/nS

S

PIC

16F877A

RE

1V

DD

OS

C1

RC

2R

D0

RD

2R

C4/S

DI

RC

1O

SC

2V

SSR

E2R

E0R

A4R

A2R

A0

RD

1R

D3

RC

3/SC

K

RC

6/TXR

D4

RD

6VS

S

RB6

RB4

RB2

RB0

RD

5R

C7/R

XR

C5/S

DO

RB5

RB3

RB1

VDD

RD

7

RB

7/PG

D

RC

0

GN

D

SCK

CN

T2

CN

T1IR

QN

C nRE

SETnS

SM

OSI

MISO

nPD

GN

D

NCVC

C

CY

RF6936

LM317123

140 Ohm196 Ohm

3 Volt

LM317123

140 Ohm308 Ohm

9 Volt

GN

D

Απο τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος

Κρύσταλλος

4ΜΗ

z

GN

D

VCC

RX TX nR

ESET

X-Port

4 Volt



______________________________

.4 Το λογισμικό της εφαρμογής

Σε αυτό το σημείο θα γίνει περιγραφή του αλγορίθμου καθώς και του κώδικα σε

ιθμος περιλαμβάνει την δήλωση σταθερών, τον ορισμό διάφορων bit, την

συνάρτηση ελέγχει περιοδικά για λήψη νέων δεδομένων από την

αι οι εξής:

etupSerial: ενεργοποιεί την συσκευή USART του μικροεπεξεργαστή. Θέτει τους

etupSpimicro: ενεργοποιεί και αρχικοποιεί την συσκευή SSMP του ή ί

λ

____________________________________________________________________

_______________________________________ 6 γλώσσα Αssembly που υλοποιήθηκε με το εργαλείο ανάπτυξης MPLAB της Μicrochip. To δεκαεξαδικό αρχείο που εξήχθη απο το λογισμικό MPLAB, φορτώθηκε στον 8-bit μικροεπεξεργαστή PIC16F877A, χρησιμοποιώντας το εργαλείο PICkit 2. Ο αλγόρδήλωση μεταβλητών, μακροεντολών (για την επιλογή των banks δεδομένων). Έπειτα αρχικοποιούνται οι διάφορες συσκευές του μικροεπεξεργαστή PIC16F877A καθώς και η περιφερειακή μονάδα CYRF6936. Αφού τελειώσει η αρχικοποίηση και δηλωθούν επίσης και οι επιπλέον συναρτήσεις του κώδικα, εκετελείται η κύρια συνάρτηση. Η κύρια ασύγχρονη διασύνδεση USART. Τα δεδομένα αυτά τα προωθεί στην σύγχρονη διασύνδεση SPI. Παραλαμβάνει επίσης τα δεδομάνα από το SPI τα οποία τέλος τα προωθεί στο USART, και εκτελείται απο την αρχή η κύρια συνάρτηση. Οι συναρτήσεις που χρησιμοποιούνται καθώς και η λειτουργία τους είν Sακροδέκτες 6 και 7 της θύρας C, ως ακροδέκτης εξόδου δεδομένων (Τx) και ακροδέκτης εισόδου δεδομένων (Rx). H συνάρτηση επίσης ρυθμίζει το USART ώστε να δουλεύει σε υψηλό ρυθμό δεδομένων (baud rate). Sμικροεπεξεργαστ . Αυτή η συσκευή υλοποιε την επικοινωνία SPI του μικροεπεξεργαστή. Στην συνάρτηση εκτελείται η κατά ληλη ρύθμιση ώστε να _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 84


______________________________

πενεργοποιηθεί η λειτουργία της θύρας Α ως A/D μετατροπέας και να μπορεί να το

etupSPIcypress: η συνάρτηση αυτή αρχικοποιεί την εξωτερική συσκευή CYRF6934.

endData: η συνάρτηση αυτή αποστέλλει το byte της μεταβλητής Tempw στο

ς ν

eceiveData: η συνάρτηση αυτή λαμβάνει ένα byte δεδομένων απο την εξωτερική

piWrite: η συνάρτηση στέλνει ένα byte δεδομένων απο τον καταχωρητή

ρ σ

piRead: η συνάρτηση λαμβάνει ένα byte δεδομένων από το CYWUSB6934 και το

ι

eceiveSerial: η συνάρτηση ελέγχει για λήψη νέων δεδομένων από το USART, και

____________________________________________________________________

_______________________________________ αχρησιμοποιηθεί ως θύρα ψηφιακών εισόδων εξόδων. Ρυθμίζεται επίσης ώστε SSMP να λειτουργεί ως master συσκευή (και έπειτα το CYRF6936 θα λειτουργεί ως slave). SΣτην αρχή ρυθμίζει την θύρα Α ώστε να δέχεται μόνο ψηφιακά σήματα. Έπειτα θέτει το nReset και nPD σε λογικό χαμηλό ώστε να γίνει επανεκκίνηση της συσκευής. Καλείται επίσης η συνάρτηση delay ώστε να περάσει ο απαραίτητος χρόνος για την επανεκκίνηση της συσκευής. Έπειτα τίθεται σε λογικά υψηλό το nPD ώστε να μην βρίσκεται η συσκευή σε κατάσταση αναμονής. Ομοίως τίθεται το nReset σε λογικά υψηλό για να μην γίνεται επανεκκίνηση της συσκευής, καθώς και το nSS ώστε να γίνεται η επιλογή της συσκευής από το master SSMP του μικροεπεξεργαστή. SCYWUSB6934. Στην αρχή στέλνει σαν διεύθυνση το byte 0x03 και σαν byte δεδομένων το 0x40. Aυτό γίνεται έτσι ώστε το bit 6 του καταχωρητή REG_CONTROL της περιφερειακής συσκευή να γί ει 1, οπότε και η συσκευή να τεθεί σε κατάσταση αποστολής. Καλείται η συνάρτηση Spiwrite για να υλοποιήσει την αποστολή δεδομένων. Έπειτα η συνάρτηση στέλνει πρώτα την διεύθυνση 0x03 ώστε η συσκευή CYWUSB6934 να αποθηκεύσει τα δεδομένα στον καταχωρητή Transmit Serdes Data της εξωτερικής συσκευής, και μετά τα ωφέλιμα δεδομένα. Έπειτα καλεί την συνάρτηση SpiWrite. Rσυσκευή CYWUSB6934, το οποίο και αποθηκεύει στον καταχωρητή εργασίας w. Στην αρχή στέλνει σαν διεύθυνση το byte 0x03 και σαν byte δεδομένων το 0x80. Aυτό γίνεται έτσι ώστε το bit 7 του καταχωρητή REG_CONTROL της περιφερειακής συσκευής να γίνει 1, οπότε και η συσκευή να τεθεί σε κατάσταση λήψης. Καλείται η συνάρτηση SpiRead για να υλοποιήσει την λήψη δεδομένων. Έπειτα η συνάρτηση στέλνει πρώτα την διεύθυνση 0x09 ώστε η συσκευή CYWUSB6934 να αποστείλλει τα δεδομένα του καταχωρητή Receive Serdes Data της εξωτερικής συσκευής. Έπειτα καλεί την συνάρτηση SpiRead και παραλαμβάνει τα δεδομένα. STEMPT_SPIdata στο CYWUSB6934. Στην αρχή θέτει χαμηλό τον ακροδέκτη nSS ώστε να γίνει η επιλογή της slave συσκευής.Μεταφέρει τα δεδομένα απο τους καταχωρητές TEMPT_SPIaddress και TEMPT_SPIdata στον καταχωρητή SSPBUF, ώστε να γίνει η αποστολή δεδομένων από την συσκευή SSPBUF του μικροεπεξε γαστή. Έπειτα θέτει ε λογικά υψηλό το nSS ώστε να μην γίνει καμμιά μη προβλεπόμενη ενέργεια. Sαποθηκεύει στον καταχωρητή TEMPT_SPIdata. Στην αρχή αποστέλλει την διεύθυνση που βρίσκεται στον καταχωρητή ΤEMPΤ_SPIaddress, κα έπειτα λαμβάνει το byte ωφέλιμων δεδομένων, το οποίο αποθηκεύει στον καταχωρητή TEMPT_SPIdata. Rαν υπάρχουν τα επιστρέφει στον καταχωρητή εργασίας w.H συνάρτηση ελέγχει πρώτα αν έχει γίνει σφάλμα υπερχείλισης δεδομένων,το οποίο χειρίζεται έπειτα με την συνάρτηση ΕrrSerialOverr. Έπειτα ελέγχει για ύπαρξη εσφαλμένου σειριακού _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 85


______________________________

ακέτου, το οποίο χειρίζεται με την συνάρτηση ErrSerialFrame. H συνάρτηση στην ς

ransmitSerial: η συνάρτηση ελέγχει αν η συσκευή USART του μικροεπεξεργαστή

rrSerialOverr: η συνάρτηση αυτή εκτελείται μόνο όταν υπάρξει σφάλμα ητή

rrSerialFrame: η συνάρτηση αυτή εκτελείται μόνο όταν υπάρξει ένα λανθασμένο

elay: η συνάρτηση αυτή καθυστερεί κατά ένα μικρό χρονικό διάστημα την ροή του

α

Στην συνέχεια δίνεται το λογικό διάγραμμα της κύριας συνάρτησης, η οποία

____________________________________________________________________

_______________________________________ πσυνέχεια μεταφέρει το byte απο τον καταχωρητή RCREG,στον καταχωρητή εργασίαw. Tείναι απασχολημένη. Μόλις η συσκευή τελειώσει την εργασία της, η συνάρτηση μεταφέρει τα δεδομένα του καταχωρητή εργασίας w στον καταχωρητή TXREG, οπότε και γίνεται η αποστολή δεδομένων απο την συσκευή USART. Eυπερχείλισης. Στην περίπτωση αυτή επανεκιννεί το bit CREN του καταχωρRCSTA, επανεκκινείται δηλαδή η λειτουργία συνεχούς λήψης. Eπακέτο δεδομένων. Στην περίπτωση αυτή η εξαίρεση απορρίπτει τα ληφθέντα δεδομένα του καταχωρητή RCREG,και τα στέλνει στον καταχωρητή εργασίας wόπου στην συνέχεια χάνονται. dπρογράμματος ώστε να γίνει εφικτή η επανεκκίνηση κάποιων συσκευών, ή να τερματιστούν κάποιες λειτουργίες που απαιτούν χρόνο. H συνάρτηση αφαιρεί μιαμονάδα απο την μεταβλητή count2, και κάθε εντολή απαιτεί 2 κύκλους μηχανής, άρθα περάσει χρόνος ίσος με 510 κύκλους μηχανής. λαμβάνει τα δεδομένα από το USART, τα αποστέλλει στο SPI καθώς και την αντίστροφη λειτουργία (από το SPI στο USART). _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 86


______________________________

Σχήμα 6.7 Το λογικό διάγραμμα της κύριας συνάρτησης main

_______________________________________

___________________________________________________________________

_Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 87


______________________________

Σε αυτό το σημείο παρατίθεται ο κώδικας Assembly, που εκτελείται στον 8-bit

ο

;============================================================

etas kai

SPI

;============================================================

================================

cations Laboratory of Duth

===========================

========================

st p=16f877A ;list directive to define processor 77A.i c>

_CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _BODEN_OFF & _PWRTE_ON &

------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

PBRG_VAL EQU .25 ;set baud rate 9600 for 4Mhz clock

____________________________________________________________________

_______________________________________ μικροεπεξεργαστή PIC16F877A. Το αρχείο αυτό καλείται main.asm. Συμπεριλαμβάνει και το αρχείο p16f877.inc, το ποίο περιέχει κώδικα για την λειτουργία του μικροεπεξεργαστή. Αξίζει να αναφερθεί οτι επιλέχθηκε για εξωτερικό ρολόι του μικροεπεξεργαστή, ένας κρύσταλλος των 4 MHz.

;============================================================ ; To paron arxeio apotelei ton kodika pou ekteleitai ston mikroepeksergasti ; PIC16F877A.Perilambanei thn arxikopoisi ton diaforon bathmidon tis plak; ton protokollon USART kai SPI.To programma elegxei gia lipsi neon dedomenon ; apo to USART.Opote lifthoun nea dedomena ,ayta fortonontai ston kataxoriti ; ergasias w.Epeita kaleitai i routina SendData pou apostellei to lifthen byte meso ; sto CYRF6936.Stin sinexeia kaleitai i routina ReceiveData i opoia lambanei to byte ; apo to CYRF6936 kai to apothikeuei ston kataxoriti ergasias w.I routina Send Serial ; meta,to apostellei sto USART.

;============================================================ ; Filename: main.asm ;============================;============================================================ ; Author: Zois Dennis ; Company: Telecommuni; Date: 15 May, 2008 ; Assembled using MPASMWIN V3.20 ;=================================;============================================================ ; Include Files: p16f877.inc V1.12 ;====================================;============================================================ li#include <p16f8 n ;processor specific definitions errorlevel -302 ;suppress "not in bank 0" message __XT_OSC & _LVP_OFF & _DEBUG_OFF & _CPD_OFF ;-;Constants ;------------- S _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 88


______________________________

------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------

SS EQU 5 ;

0 ;bit indicates new data received

------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

BLOCK 0x020 to store indicator flags

r SPI

------------------------------------------------------------------------------------------------------

ed when only one STATUS bit changes -----------

ank0 MACRO ;macro to select data RAM bank 0 ATU ,RP0




____________________________________________________________________

_______________________________________ ;-;Bit Definitions ;------------------- nMOSI EQU 5 ; MISO EQU 4 ; SCK EQU 3 ; nPD EQU 2 ; nReset EQU 1 ; GotNewData EQU ;-;Variables ;------------- CFlags ;byte COUNT1 ;byte for counter1 for delay COUNT2 ;byte for counter2 for delay TEMPT_SPIdata ;storage for data to be sent fo TEMPT_SPIaddress ; TEMPR_SPIdata ; TempW ; ENDC ;-;Macros to select the register bank ;Many bank changes can be optimiz;-------------------------------------------------------------------------------------------- B bcf ST S bcf STATUS,RP1 ENDM B bsf ST S bcf STATUS,RP1 ENDM B bcf ST S bsf STATUS,RP1 ENDM B bsf ST S bsf STATUS,RP1 ENDM _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 89


______________________________

---------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------

ORG 0x0000 ;place code at reset vector

esetCode: clrf PCLATH ;select program memory page 0

------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------

ORG 0x0005 ;place code at interrupt vector

terruptCode: ;do interrupts here

retfie ;return from interrupt

------------------------------------------------------------------------------------------------------

ei ta

-------------------------------------------

ain: ll tupSerial ;set up serial port and buffers

ation here

ainLoop: call ReceiveSerial ;go get received data if available

NewData ;check if data received

a; ;

NewData ;check if data received e data

;do other stuff here

goto MainLoop ;go do main loop again

____________________________________________________________________

_______________________________________ ;-;This code executes when a reset occurs. ;------------------------------------------------- R goto Main ;go to beginning of program ;-;This code executes when an interrupt occurs. ;-------------------------------------------------------- In ;-; O kodikas tis main arxikopoiei to USART kai SPI tou mikroepeksergasti, ; tin bathmida CYRF6936,kanei elegxo gia lipsi neon dedomenon apo to ; USART,kalei tin sinartisi SendData,epeita tin ReceiveData kai telos steln; dedomena poy parelabe apo to SPI sto USART. ;------------------------------------------------------------ M ca Se call SetupSPIcypress; call SetupSpimicro ; ;do other initializ M movwf TempW; btfsc Flags,Got call SendData; call ReceiveDat call TransmitSerial movfw TempW; btfsc Flags,Got call TransmitSerial ;if so then go transmit th bcf Flags,GotNewData ;indicate no data received _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 90


______________________________

------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------

eceiveSerial: Bank0 ;select bank 0

btfsc RCSTA,OERR ;if overrun error occurred

ed or

movf RCREG,W ;get received data d

n

rror because OERR overrun error bit is set simply clears and continues

rrSerialOverr: bcf RCSTA,CREN ;reset the receiver logic

rror because FERR framing error bit is set simply clears and continues

rrSerialFrame: movf RCREG,W ;discard received data that has

return

------------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------

ransmitSerial: ank0 ;select bank 0

itter busy

------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------

etupSerial: k1 ;select bank 1

xc0 TX and RX

t baud rate

enable transmission and high baud rate _____ _____ _ _____ ______

_______________________________________ ;-;Check if data received and if so, return it in the working register. ;-------------------------------------------------------------------------------- R btfss PIR1,RCIF ;check if data return ;return if no data goto ErrSerialOverr ; then go handle error btfsc RCSTA,FERR ;if framing error occurr goto ErrSerialFrame ; then go handle err bsf Flags,GotNewData ;indicate new data receive retur ;e;can do special error handling here - this code E bsf RCSTA,CREN ;enable reception again return ;e;can do special error handling here - this code Eerror ;-;Transmit data in WREG when the transmit register is empty. ;--------------------------------------------------------------------------- T B btfss PIR1,TXIF ;check if transm goto $-1 ;wait until transmitter is not busy movwf TXREG ;and transmit the data return ;-;Set up serial port. ;----------------------- S Ban movlw 0 ;set tris bits for iorwf TRISC,F movlw SPBRG_VAL ;se movwf SPBRG movlw 0x24 ;_ _ ___________ _ _________________________________Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 91


______________________________

movwf TXSTA ; elect bank 0

reception

lear all flags

---------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------

etupSpimicro:

ANKSEL TRISA ; BANK 1 A as

be used

ovlw 0x40 ; Mode 1,1 SPI, middle of output

SPI Master Mode, 1/16 Tosc bit

eturn;

------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------

etupSPIcypress:

Bank1 ;select Bank1

binary 0000 0110 is code to

t SDI input,SDO output

_____________________________________________

_______________________________________ Bank0 ;s movlw 0x90 ;enable serial port and movwf RCSTA clrf Flags ;c return ;----------------------------------;set up SSMP of PIC16f877a ;---------------------------------------------------- S B movlw 0x00 ; Set PORT movwf TRISA ; all Outputs movlw 0x06 ; Turn off A/D movwf ADCON1 ; so PORTA can; Set up the SPI Port m movwf SSPSTAT ; time sampling BANKSEL SSPCON ; BANK 0 movlw 0x31 ; Mode 1,1 movwf SSPCON ; SSP is on r ;-;Set up CYWUSB6934 ;----------------------------- S movlw 0x00 ; iorwf TRISB,F ; movlw 0x06 ; ; make all Port-A lines digital banksel ADCON1 ; movwf ADCON1 ; Bank1 ; movlw 0x00 ; movwf TRISA ; Bank1 ; movlw 0x00 ; movwf TRISA ; Bank1 ; movlw 0xD0 ;se iorwf TRISC,F ; bcf PORTB,nPD ; bcf PORTB,nReset ; bsf PORTA,nSS ; ________________________Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 92


______________________________

bcf PORTC,SCK ;

urn;

------------------------------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------

endData: bit- IC in transmit mode

T_SPIdata;

PIaddress;

r REG_TX_DATA

PIdata;

PIaddress;

eturn

------------------------------------------------------------------------------------------------------

-------------------------------------

eceiveData: t- IC in receive mode

_DATA_A

rf TEMPR_SPIdata ;

eturn

____________________________________________________________________

_______________________________________ call delay ; bsf PORTA,nPD ; call delay ; bsf PORTB,nReset; call delay ; bsf PORTA,nPD ; call delay ; ret ;-;send data from Tempw to CYWUSB6934 ;---------------------------------------------------- S ;enable TX movlw 0x40; movwf TEMP movlw 0x03; movwf TEMPT_S call SpiWrite; ;send byte to registe movfw TempW; movwf TEMPT_S movlw 0x0F; movwf TEMPT_S call SpiWrite; r ;-;receive data from CYWUSB6934 to working register ;------------------------------------------------------------------ R ;enable RX bi movlw 0x80 ; movwf TEMPT_SPIdata ; movlw 0x03 ; movwf TEMPT_SPIaddress; call SpiWrite ; ;receive byte from register REG_RX cl movlw 0x09 ; movwf TEMPT_SPIaddress ; call SpiRead ; movf TEMPR_SPIdata,W ; r _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 93


______________________________

----------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------

piWrite:

cf PORTA,nSS ; Enable Chip Select Output (low)

ovf TEMPT_SPIaddress,W ; Get TEMPT_SPIaddress in W

fer complete? (Buffer Full?)

from SSPBUF

ovf TEMPT_SPIdata,W ; Get TEMPT_SPIdata in W


from SSPBUF

sf PORTA,nSS ; Disable Chip Select Output (high)

eturn;

------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------

piRead:

cf PORTA,nSS ; Enable Chip Select Output (low)

ovf TEMPT_SPIaddress,W ; Get TEMPR_SPIaddress in W


ata from SSPBUF

ovlw 0x00 ; Get TEMPT_SPIdata in W

er complete? (Buffer Full?)

from SSPBUF

______________________________________________________

_______________________________________ ;---;send a byte from working register to CYWUSB6934 ;----------------------------------------------------------------- S b m movwf SSPBUF ; put in SSPBUF BANKSEL SSPSTAT ; BANK 1 Char1 btfss SSPSTAT,BF ; Data trans goto Char1 ; if not, check again BANKSEL SSPBUF ; BANK0 movf SSPBUF,W ; Get Data m movwf SSPBUF ; put in SSPBUF BANKSEL SSPSTAT ; BANK 1 Char2 btfss SSPSTAT,BF ; Data trans goto Char2 ; if not, check again BANKSEL SSPBUF ; BANK0 movf SSPBUF,W ; Get Data ; ; Throw it away b r ;-;we receive a byte from CYWUSB6932 ;------------------------------------------------- S b mmovwf SSPBUF ; put in SSPBUF BANKSEL SSPSTAT ; BANK 1 Char3 btfss SSPSTAT,BF ; Data trans goto Char3 ; if not, check again BANKSEL SSPBUF ; BANK0 movf SSPBUF,W ; Throw D m movwf SSPBUF ; put in SSPBUF BANKSEL SSPSTAT ; BANK 1 Char4 btfss SSPSTAT,BF ; Data transf goto Char4 ; if not, check again BANKSEL SSPBUF ; BANK0 movfw SSPBUF ; Get Data movwf TEMPT_SPIdata ; ; ; Throw it away _______________Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 94


______________________________

sf PORTA,nSS ; Disable Chip Select Output (high)

eturn;

------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------

elay: 0x0f ;

op1 z COUNT2,1 ;Subtract 1 from 255

f our loop.

------------------------------------------------------------------------------------------------------

ND ;

.5 To λογισμικό ελέγχου και η επίδειξη του συστήματος.

Για να γίνει εφικτή η αποστολή και λήψη δεδομένων στο υλοποιημένο σύστημα,

ήστη πολλές επιλογές.Στο σχήμα 6.8 βλέπουμε το

που θα αποστέλλει θα έχουν

__________________________________________________________________

_______________________________________ b r ;-;delay function ;------------------- d movlw movwf COUNT1 ; movlw 0xff ; movwf COUNT2 ; Lo decfs goto Loop1 ;Go back to the start o ;This delay counts down from ;255 to zero return ;- E 6 έγινε χρήση του λογισμικού ASM (Advanced Serial Monitor).To πρόγραμμα αυτό επιτρέπει τον έλεγχο των θυρών επικοινωνίας του υπολογιστή αλλά επίσης και των εικονικών θυρών επικοινωνίας. Το πρόγραμμα δίνει στον χρκεντρικό παράθυρο της εφαρμογής.Όπως παρατηρεί κανείς,το πρόγραμμα επιτρέπει την επιλογή της σειριακής θύρας με την οποία θα μπορεί να επικοινωνεί ο χρήστης.Πριν γίνει το άνοιγμα της θύρας,ο χρήστης πρέπει να καθορίσει τον ρυθμό δεδομένων στον οποίο θα λειτουργεί η σειριακή θύρα,τον αριθμό bits που θα στέλνει σε κάθε πακέτο (8 ή 9 bits όταν έχουμε και bit ισοτιμίας).Ο χρήστης ορίζει επίσης αν θα γίνεται έλεγχος ισοτιμίας,τον αριθμό των bits ισοτιμίας,τον χρόνο επιτρεπτής καθυστέρησης/απόκλισης απο τον ρυθμό δεδομένων. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει αν οι χαρακτήρεςδεκαεξαδικό τύπο,τύπο ΑSCII η αλφαριθμητικό.Μπορεί να επιλέξει επίσης αν θα χρησιμοποιεί αρχεία για τα δεδομένα αποστολής και λήψης.Μέσα από το κουτί που του παρέχει η εφαρμογή ο χρήστης εισάγει χαρακτήρες που στην συνέχεια στέλνει στην θύρα. ___Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 95


______________________________

Μια άλλη δυνατότητα που δίνεται είναι η χρήση του ελέγχου ροής δεδομένων με

ς

χήμα 6.8 Παράθυρο του λογισμικού Advanced Serial Monitor.

_______________________________________ ξεχωριστούς ακροδέκτες και σήματα.Επίσης ο χρήστης μπορεί να ορίσει συγκεκριμένους χαρακτήρε που θα σηματοδοτούν το τέλος ενός πακέτου,είτε για την αποστολή είτε για την λήψη δεδομένων. Σ

ια τις ανάγκες της επίδειξης του συστήματος,χρησιμοποιήσαμε έναν

γ ,τ δ ο

σημειωθεί ότι για να γίνει εφικτή η επικοινωνία εγκαστάθηκε μια

____________________________________________________________________

Γυπολο ιστή ην θύρα ικτύ υ που διαθέτει και την θύρα USB.H θύρα δικτύου( ή αλλιώς θύρα Ethernet) συνδέθηκε με το modem PLC,το οποίο στην συνέχεια συνδέθηκε σε μια ηλεκτρική πρίζα.Το άλλο modem PLC συνδέθηκε σε μια άλλη ηλεκτρική πρίζα.Έπειτα συνδέθηκε το δεύτερο modem στην πλακέτα διασύνδεσης Ethernet που κατασκευάστηκε,χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο Ethernet.H πλακέτα με διασύνδεση USB συνδέθηκε στην θύρα USB του ίδιου του υπολογιστή.Η επίδειξη περιλαμβάνει την αποστολή δεδομένων είτε από την θύρα δικτύου είτε από την θύρα USB μέσω του λογισμικού ASM , η ασύρματη αποστολή των δεδομένων μέσα από το σύστημα που υλοποιήθηκε και στην συνέχεια η λήψη των δεδομένων από τον υπολογιστή. Αξίζει να εικονική θύρα στον υπολογιστή μέσω κάποιων drivers που παρέχει η FTDI,ώστε να μπορεί ο υπολογιστής να επικοινωνεί με την βαθμίδα UM232R.Το λογισμικό ASM επικοινωνεί με αυτήν την εικονική θύρα σε ρυθμό δεδομένων 9600,για να μπορεί να συγχρνιστεί με το UM232R και τον μικροεπεξεργαστή που έχουν ρυθμιστεί στο ίδιο ακριβώς baudrate. _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 96


______________________________

Για να επικοινωνήσει το λογισμικό ASM με την βαθμίδα X-Port,κρίθηκε αναγκαία η

.6 Συμπεράσματα-Mελλοντικές προτάσεις

Η παρούσα διπλωματική εργασία έδωσε ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη ασύρματων

της διπλωματικής εργασίας εγινε δυνατη η εξοικειωση με το λογισμικο

ο

ς εργασίας , ήταν η παροχή ίντερνετ σε

αι η τ

της βαθμίδας

ο

εί,

____________________________________________________________________

_______________________________________ εγκατάσταση λογισμικού που θα ανακατευθύνει τα σειριακά πακέτα στην θύρα δικτύου μετατρέποντας τα πρώτα ,σε πακέτα TCP-IP.Εφόσον εγκατασταθεί αυτό το λογισμικό,γίνεται εφικτή η αποστολή σειριακών δεδομένων στην βαθμίδα X-Port. 6 modem με διασύνδεση Ethernet ή USB,ώστε να γίνει εφικτή η ασύρματη μετάδοση δεδομένων από ένα PowerLine δίκτυο σε έναν τερματικό υπολογιστή.Έχουν επίσης δοθεί όλες οι σχεδιαστικές και κατασκευαστικές λεπτομέρειες για την ανάπτυξη του συστήματος. Στα πλαίσια σχεδιασης πλακετων Protel καθως και η χρηση του ρομποτικου μηχανηματος σχεδιασης πλακετων Protomat που διαθετει το εργαστηριο Τηλεπικοινωνιακων Συστηματων.Παραλληλα ο συγγραφεας ασχοληθηκε με την γλωσσα προγραμματισμου Αssembly , τ ν προγραμματισμο των μικροελεγκτων PIC16F877A της Μicrochip αλλα και με τις περιφερειακες επικοινωνιες SPI και USART.Eγινε επισης μια ενδελεχης αναλυση και μελετη της πρωτοποριακης τεχνολογιας επικοινωνιων Powerline Networks καθως και του καινοτομου ασυρματου πρωτοκολλου επικοινωνιων Wireless USB. Ένας απο τους στόχους της διπλωματικήέναν τερματικό υπολογιστή, χρησιμοποιώντας το υλοποιημένο σύστημα. Αυτός ο στόχος επετεύχθει εν μέρει, και αυτό γιατι δίνεται η δυνατότητα αποστολής δεδομένων μέσω του διαδικτύου, τα οποία παραλαμβάνει μέσω του δικτύου PLC ασύρματα ο υπολογιστής. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατό απο οποιοδήποτε άλλον υπολογιστή που βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο, ή και ακόμα γενικότερα απο το ίντερνετ να αποσταλλούν σειριακά δεδομένα σε έναν τερματικό υπολογιστή, με χρήση του παρόντος συστήματος.Συμπεραίνουμε λοιπόν, οτι μπορεί να γίνει χρήση του συστήματος για τον απομακρυσμένο έλεγχο ή την επιτήρηση ασύρματα σειριακών συσκευών , όπως όργανα μέτρησης και άλλες συσκευές σειριακής διασύνδεσης. Αυτό που ωστόσο δεν επετεύχθει στο πλαίσιο της διπλωματικής, είνδυνατοτητα ου τερματικού χρήστη για άμεση πρόσβαση στο διαδίκτυο, υπό την έννοια της προσπέλασης ιστοσελίδων. Αυτό δεν ήταν δυνατό γιατί για τις ανάγκες της υλοποίησης τα TCP-IP πακέτα που παραλαμβάνει η βαθμίδα X-Port μετατρέπονται σε σειριακά πακέτα ώστε να αποσταλλούν ασύρματα και παραλαμβάνονται απο τον τερματικό υπολογιστή. Η βαθμίδα X-Port έχει την δυνατότητα να αποθηκεύει ιστοσελίδες ώστε να είναι προσπελάσιμες απο το ιντερνετ. Μια μελλοντικη υλοποίηση θα μπορούσε να αφορά την υλοποίηση λογισμικού το οποίο θα επικοινωνούσε με το X-Port για να γίνει προσπέλαση των ιστοσελίδων. Μια εναλλακτική επίσης πρόταση θα ήταν η χρήση στο σύστημα ENC28J60, η οποία επίσης παρέχει την λειτουργία μετατροπής σειριακής επικοινωνίας σε TCP-IP επικοινωνία. Με τον κατάλληλ προγραμματισμό της βαθμίδας αλλα και την όποια προσαρμογή του υλοποιημένου συστήματος, θα μπορούσε ο τελικός χρήστης να αποκτήσει δυνατότητα πρόσβασης στο διαδίκτυο. Μια βελτίωση της πρότασης που παρουσιάζεται,θα ήταν η ενσωμάτωση του modem PLC στην πλακέτα που κατασκευάστηκε. Στο σχήμα 6.10 που ακολουθπαρουσιάζεται ένας εναλλακτικός τρόπος υλοποίησης ενός δικτύου υπολογιστών,που βασίζεται στην κάρτα δικτύου που υλοποιήθηκε. _Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 97


______________________________

Σχημα 6.9.Η βαθμίδα ENC28J60

Η υλοποίηση του δικτύου υπολογιστών του σχήματος, θα μπορουσε να αφορά τόσο

θα

_______________________________________ οικιακά δίκτυα υπολογιστών,όσο και δίκτυα υπολογιστών για χρήση σε γραφεία ή υπηρεσίες. Ένας πιθανός χρήστης διαδικτύου, τοποθετεί το modem σε μια πρίζα τοίχου ενός δωματίου,και με αυτόν τον τρόπο παρέχει ασύρματο ίντερνετ σε έναν χώρο δωματίου.Έπειτα κάθε υπολογιστής που υποστηρίζει την WUSB τεχνολογία μπορεί να συνδέεται ασύρματα με το διαδίκτυο και μάλιστα με 5 πλάσια ταχύτητα απο αυτήν που προσφέρει η διαδεδομένη ασύρματη τεχνολογία Wi-Fi.

δίκτυο

Σχήμα 6.10 Μια πιθανή υλοποίηση του συστήματος

αποτιμήσουμε

πομπής

_________________________________________________________

Τέλος στα θετικά της χρήσης της τεχνολογίας WUSB, μπορούμε νατην γρήγορη ταχύτητα δεδομένων,την εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ισχύος (κάτι που αποδεικνύεται ιδιαιτερα χρήσιμο για χρήση σε κινητές συσκευές) , καθώς και τηνμειωμένη πιθανότητα ξένης εισβολής στο δίκτυο υπολογιστών, λόγω της κρυπτογράφησης που παρέχει η τεχνολογία αλλά και του μικρού εύρους εκτου σήματος. ____________Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 98

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: Ο ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ PIC16F877A Α.1 Χαρακτηριστικά του μικροεπεξεργαστή Σε αυτό το κεφάλαιο θα επεκταθούμε στην περιγραφή του μικροεπεξεργαστή PIC16F877A της εταιρίας Microchip. O μικροεπεξεργαστής διαθέτει έναν επεξεργαστή υψηλής απόδοσης αρχιτεκτονικής RISC.Απαιτεί την γνώση μόνο 35 εντολών ώστε να προγραμματιστεί,και κάθε εντολή απαιτεί έναν κύκλο μηχανής για να εκτελεστεί.Η συχνότητα λειτουργίας του είναι τα 20 MHz,ενώ κάθε κύκλος μηχανής έχει χρονική διάρκεια μόλις 200 ns.O PIC16F877A διαθέτει επίσης μνήμη FLASH των 8Κ x 14 λέξεων,μνήμη δεδομένων μεγέθους 358 x 8 bytes και μνήμη ΕΕPROM των 256 x 8 bytes.Επιτρέπει επίσης την χρήση διακοπών. Διαθέτει ένα ευρύ φάσμα τάσης λειτουργίας απο 2 έως 5.5 Volt,ενώ η θερμοκρασιακή ανοχή της συσκευής είναι τέτοια που του επιτρέπει την λειτουργία ακόμη και σε περιβάλλον δυσμενών συνθηκών.Επίσης η κατανάλωση ισχύος είναι ιδιαίτερα χαμηλή.Ενδεικτικά,για λειτουργία σε συχνότητα 4ΜΗz και 3V καταναλώνει ρεύμα μεγέθους 0.6 mA. Όσον αφορά τις περιφεριακές συσκευές του τσιπ,ο μικροεπεξεργαστής διαθέτει χρονιστές των 8 και 16 bit,έναν πολυκαναλικό μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακού των 10 bit.Eπίσης είναι εφοδιασμένο με την μικροσυσκευή SSP(Synchronous Serial Port) για την υλοποίηση επικοινωνίας SPI και 2I C ,καθώς και την συσκευή USART για την ασύγχρονη/σύγχρονη σειριακή επικοινωνία. Στο σημείο αυτό παρουσιάζουμε μια απεικόνιση του PIC16F877A με τους ακροδέκτες εισόδου/εξόδου του καθώς και ένα λογικό διάγραμμα του ίδιου του μικροεπεξεργαστή. Σχήμα Α.1 Ο μικροεπεξεργαστής PIC16F877A _____________________________________________________________________


Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Σχήμα Α.2 Το λογικό διάγραμμα του PIC16F877A

Στον παρακάτω πίνακα γίνεται η περιγραφή της λειτουργίας των ακροδεκτών του μικροεπεξεργαστή. Πίνακας Α.1 Λειτουργίες των ακροδεκτών του μικροεπεξεργαστή Όνομα ακροδέκτη Αριθμός Περιγραφή λειτουργίας ΟSC1/CLKIN 13 Είσοδος ρολογιού OSC2/CLKOUT 14 Έξοδος ρολογιού nMCLR/Vpp 1 Reset / τάση εισόδου για

προγραμματισμό _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 100

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ RA0-5 2,3,4,5,6,7 Η Θύρα Α είναι διπλής

κατεύθυνσης.Ο κάθε ακροδέκτης της θύρας μπορεί να λειτουργεί και ως αναλογική είσοδος.

RB0-7 33,34,35,36, 37,38,39,40

Η Θύρα Β είναι διπλής κατεύθυνσης. Το RB0 μπορεί να λειτουργήσει και ως ακροδέκτης εξωτερικής διακοπής

RC0-7 15,16,17,18, 23,24,25,26

Η Θύρα C είναι θύρα διπλής κατεύθυνσης.Το RC3 μπορεί να είναι είσοδος/έξοδος σειριακού σύγχρονου ρολογιού για επικοινωνίες SPI και I2C..To RC4 μπορεί να λειτουργήσει επίσης ως είσοδος δεδομένων SPI,ενώ το RC5 ως έξοδος δεδομένων SPI.To RC6 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως έξοδος USART δεδομένων,ενώ το RC7 ως είσοδος USART δεδομένων.

RD0-7 19,20,21,22 27,28,29,30

Η Θύρα D είναι διπλής κατεύθυνσης αλλά μπορεί να λειτουργήσει και ως θύρα παράλληλων δεδομένων για να συνδεθεί σε bus δεδομένων.

RE0-2 8,9,10 Η Θύρα Ε ειναι διπλής κατεύθυνσης.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως είσοδος αναλογικών δεδομένων.

Vss 12,31 Γείωση Vdd 11,32 Τάση τροφοδοσίας του

μικροεπεξεργαστή Α.2 Οργάνωση μνήμης Στην σειρά μικροεπεξεργαστών PIC16F87x υπάρχουν 3 μπλόκ μνημών.Η μνήμη του προγράμματος και η μνήμη δεδομένων έχουν ξεχωριστές γραμμές δεδομένων(buses) ώστε να μπορεί να γίνει ταυτόχρονη προσπέλαση δεδομένων.Σε _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 101

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ αυτό το υποκεφάλαιο λοιπόν θα αναλύσουμε την διάρθρωση των μνημών στον μικροεπεξεργαστή. Οι συσκευές PIC16F87x έχουν ένα απαριθμητή προγράμματος των 13-bit ικανός για πρόσβαση σε μνήμη προγράμματος μεγέθους 8Κx14.Οι μικροεπεξεργαστές PIC16F877A διαθέτουν 8Κx14 λέξεις μνήμης προγράμματος τύπου FLASH.To διάνυσμα RESET είναι το 0000h και το διάνυσμα διακοπών είναι το 0004h. Η μνήμη δεδομένων διαχωρίζεται σε πολλαπλά banks δεδομένων που περιέχουν καταχωρητές γενικού σκοπού και καταχωρητές ειδικών λειτουργιών.Τα bits RP1 και RP0 είναι τα bits επιλογής bank. Πίνακας Α.2 Η μέθοδος επιλογής των Banks Κάθε bank έχει εύρος έως 7Fh(128 bytes).Oι χαμηλότερες θέσεις του κάθε bank δεσμεύονται για τους καταχωρητές ειδικής λειτουργίας.Πάνω απο τους καταχωρητές ειδικής λειτουργίας είναι οι καταχωρητές γενικού σκοπού,που υλοποιούνται ως στατική RAM.Όλες οι υλοποιημένες banks περιέχουν καταχωρητές ειδικής λειτουργίας.Οι πιο κοινοί καταχωρητές βρίσκονται σε όλα τα banks,για να αποκτήσουμε γρηγορότερη πρόσβαση και να έχουμε μείωση του απαραίτητου κώδικα. Σχήμα Α.3 Οργάνωση μνήμης _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 102

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Μπορούμε να αποκτήσουμε πρόσβαση στο αρχείο καταχωρητών,είτε άμεσα είτε έμμεσα μέσω του καταχωρητή επιλογής αρχείου (Fie Select Register-FSR) Σχήμα Α.4 Χαρτογράφηση διευθύνσεων των καταχωρητών

Οι καταχωρητές ειδικής λειτουργίας είναι καταχωρητές που χρησιμοποιούνται από τον επεξεργαστή και τα περιφερειακά στοιχεία για τον έλεγχο της επιθυμητής λειτουργίας από την συσκευή.Αυτοί οι καταχωρητές βρίσκονται στην στατική RAM. Οι περιφερειακοί καταχωρητές μπορούν να ταξινομηθούν σε δυο σύνολα:οι καταχωρητές του επεξεργαστή και οι καταχωρητές των περιφερειακών συσκευών. Καταχωρητής STATUS: ο καταχωρητής περιέχει την αριθμητική κατάσταση του ALU,την κατάσταση του RESET και τα bits επιλογής του bank για την μνήμη δεδομένων.Συστήνεται,να χρησιμοποιούνται οι εντολές BCF,BSF,SWAPF και MOVF για την αλλαγή του καταχωρητή STATUS,επειδή αυτές οι εντολές δεν επηρεάζουν τα bits Ζ,C η DC του καταχωρητή. Καταχωρητής OPTION_REG: ο καταχωρητής είναι αναγνώσιμος και εγγράψιμος,και περιέχει διάφορα bits ελέγχου για την ρύθμιση του TMR0 prescaler,του σήματος εξωτερικής διακοπής και για άλλα σήματα. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 103

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Kαταχωρητής INTCON: o καταχωρητής είναι αναγνώσιμος και εγγράψιμος.Περιέχει bits επίτρεψης και ένδειξης για την λειτουργία των διακοπών. Καταχωρητής PIE1,PIE2,PIR1,PIR2: οι καταχωρητές περιέχουν bits επίτρεψης για περιφερειακές διακοπές. Καταχωρητής PCON: ο καταχωρητής περιέχει bits ένδειξης για να επιτρέψει την διαφοροποίηση ,μεταξύ της επανεκκίνησης Power-on,Brown-out,Watchdog και εξωτερικού nMCLR. Α.3 Θύρες εισόδου/εξόδου Μερικοί ακροδέκτες των θυρών πολυπλέκονται ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για περιφερειακές λειτουργίες της συσκευής.Γενικότερα όταν ενεργοποιηθεί μια περιφερειακή λειτουργία,αυτοί οι ακροδέκτες δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν ακροδέκτες εισόδου/εξόδου γενικού σκοπού. Α.3.1 Θύρα Α και ο καταχωρητής TRISA H θύρα Α είναι μεγέθους 6-bit και είναι θύρα διπλής κατεύθυνσης.Ο καταχωρητής ρύθμισης της θύρας Α είναι ο TRISA.Εάν θέσουμε ένα bit του TRISA,αυτό σημαίνει ότι ο αντίστοιχος ακροδέκτης της θύρας Α θα λειτουργεί σαν bit εισόδου.Αντίστοιχα εάν θέσουμε ως 0 ένα bit του TRISA αυτό σημαίνει ότι ο αντίστοιχος ακροδέκτης της θύρας θα λειτουργεί σαν έξοδος. Η ανάγνωση του καταχωρητή PORTA διαβάζει την κατάσταση των ακροδεκτών,ενώ η εγγραφή του καταχωρητή θα εγγράψει τα bits στην μανδάλωση της θύρας. Μερικοί ακροδέκτες της θύρας Α πολυπλέκονται με αναλογικές εισόδους.Η λειτουργία των ακροδεκτών καθορίζεται από τα bits ελέγχου στον καταχωρητή ADCON1. O καταχωρητής TRISA ελέγχει την λειτουργία των ακροδεκτών RA,όταν αυτοί χρησιμοποιούνται σαν αναλογικές εισόδοι.Ο χρήστης πρέπει να διασφαλίσει ότι τα bits στον καταχωρητή TRISA θέτονται όταν τα χρησιμοποιούμε σαν αναλογικές εισόδους.

Σχήμα Α.5 Ένα παράδειγμα κώδικα για την αρχικοποίηση της θύρας Α _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 104

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Παρομοίως ρυθμίζονται και οι υπόλοιπες θύρες του μικροεπεξεργαστή PIC16F877A,που είναι οι θύρες Β,C,D και Ε.Για περισσότερες πληροφορίες για την ρύθμιση της κάθε θύρας ,θα πρέπει να συμβουλευτείτε το datasheet του μικροεπεξεργαστή. Α.4 Στοιχείο Master Σύγχρονης Σειριακής Θύρας (MSSP) Το στοιχείο Master σύγχρονης σειριακής θύρας είναι μια σειριακή διασύνδεση,χρήσιμη για επικοινωνία με άλλες περιφερειακές συσκευές ή άλλους μικροελεγκτές.Αυτές οι περιφερειακές συσκευές μπορούν να είναι σειριακές EEPROMs,καταχωρητές ολίσθησης,συσκευές απεικόνισης,μετατροπείς A/D κ.α.Το στοιχείο MSSP μπορεί να λειτουργήσει σε δυο ρυθμίσεις:

• Σειριακή Περιφερειακή Διασύνδεση (SPI) • 2I C

Eδώ θα παρουσιάσω μόνο την χρήση του SPI.Για πληροφορίες σχετικά με το πρωτόκολλο I2C,ανατρέξτε στο datasheet του επεξεργαστή. Η λειτουργία SPI επιτρέπει την σύγχρονη μετάδοση και λήψη 8 bits δεδομένων.Για να υλοποιηθεί η επικοινωνία SPI χρησιμοποιούνται 3 ακροδέκτες:

• Serial Data Out (SDO) • Serial Data In (SDI) • Serial Clock (SCK)

Eπιπρόσθετα,μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν τέταρτο ακροδέκτη για την επιλογή συσκευών slave.

• Slave Select (nSS) Όταν αρχικοποιούμε το SPI,μερικές επιλογές χρειάζονται να οριστούν.Αυτό επιτυγχάνεται με τον προγραμματισμό των κατάλληλων bits ελέγχου (SSPCON<5:0> και SSPSTAT <7:6>.Αυτά τα bits ελέγχου μας επιτρέπουν να ορίσουμε τα εξής: Λειτουργία master( το SCK είναι έξοδος),λειτουργία slave (το SCK είναι είσοδος),πολικότητα ρολογιού,σημείο δειγματοληψίας δεδομένων εισόδου,ρυθμός ρολογιού κ.α. Για να επιτρέψουμε την σειριακή θύρα,το bit επίτρεψης του MSSP , το SSPEN πρέπει να τεθεί.Για να ρυθμίσουμε ξανά την λειτουργία SPI,θέτουμε 0 το SSPEN,επαναρχικοποιούμε τον SSPCON και ξαναθέτουμε το SSPEN.Έτσι ρυθμίζουμε τους ακροδέκτες SDI,SDO,SCK και nSSS ως ακροδέκτες της σειριακής θύρας. Α.4.1 Λειτουργία master O master μπορεί να ξεκινήσει μεταφορά δεδομένων οπότε επιθυμεί καθώς ελέγχει το SCK.O master καθορίζει πότε ο slave μεταδίδει δεδομένα από το πρωτόκολλο του λογισμικού. Στην λειτουργία master, τα δεδομένα μεταδίδονται/λαμβάνονται τόσο συχνά όσο εγγράφονται δεδομένα στον SSPBUF.Εάν το στοιχείο SPI λειτουργεί μόνο για λήψη,η έξοδος SDO μπορεί να απενεργοποιηθεί(να οριστεί ως είσοδος).Ο καταχωρητής SSPSR θα συνεχίσει να ολισθαίνει δεδομένα στον ακροδέκτη SDI στον ορισμένο ρυθμό δεδομένων.Καθώς λαμβάνεται νέο byte,θα φορτώνεται στον καταχωρητή SSPBUF σαν ένα ληφθέν byte. Η πολικότητα του ρολογιού επιλέγεται προγραμματίζοντας κατάλληλα το bit CKP(SSPCON <4>).Mε αυτόν τον τρόπο,θα έχουμε κυματομορφές της επικοινωνίας SPI σαν αυτές του σχήματος 6.6. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 105

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Ο ρυθμός του ρολογιού στην λειτουργία master προγραμματίζεται απο τον χρήστη και μπορεί να είναι ένας απο τους εξής:

• Fosc/4 • Fosc/16 • Fosc/64

όπου Fosc είναι η συχνότητα του ρολογιού. Σχήμα Α.6 Χρονισμός του SPI στην master λειτουργία

Α.5 Στοιχείο ασύγχρονης/σύγχρονης σειριακής επικοινωνίας (USART) Το στοιχείο USART είναι μια απο τις δυο σειριακές συσκευές εισόδου/εξόδου(η άλλη είναι το MMSP που αναλύσαμε προηγουμένως).Το USART μπορεί να ρυθμιστεί για το USART ως σύστημα ασύγχρονης full-duplex επικοινωνίας,που μπορεί να επικοινωνήσει με περιφερειακές συσκευές όπως τερματικά CRT και υπολογιστές.Μπορεί εναλλακτικά να ρυθμιστεί ως σύστημα σύγχρονης half-duplex επικοινωνίας.για να επικοινωνήσει με περιφερειακές συσκευές όπως μετατροπείς A/D,σειριακές EEPROM κ.α. Έτσι λοιπόν το USART μπορεί να ρυθμιστεί σε λειτουργία ασύγχρονη,σύγχρονη-master και σύγχρονη slave.Tα bits SPEN (RCSTA<7>) και ΤRISC <7:6> πρέπει να τεθούν ώστε να ρυθμίσουμε τους ακροδέκτες RC6 και RC7 για το USART. Η γεννήτρια ρυθμού συμβόλων (Baud Rate Generator-BRG) καθορίζει τον ρυθμό συμβόλων που θα χρησιμοποιήσουμε στο USART.To bit BRGH(TXSTA<2>) καθορίζει ανάμεσα σε λειτουργία γρήγορης ή χαμηλής ταχύτητας.Προτιμάται να χρησιμοποιούμε την υψηλή ταχύτητα ακόμα και όταν επιθυμούμε χαμηλούς ρυθμούς συμβόλων και αυτό γιατί με αυτήν την επιλογή μπορούμε να μειώσουμε το σφάλμα στο ρυθμό συμβόλων. Με δεδομένο την επιθυμητή επιλογή ταχύτητας αλλά και την συχνότητα του ρολογιού μπορούμε να υπολογίσουμε τον ρυθμό συμβόλων από τις παρακάτω σχέσεις: _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 106

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Για BRGH=0 (χαμηλή ταχύτητα), Ασύγχρονο baud rate = Συχνότητα ρολογιού/(64(Χ+1) Για BRGH=1 (υψηλη ταχυτητα), Ασύγχρονο baud rate = Συχνότητα ρολογιού/(16(Χ+1) Στην ασύγχρονη λειτουργία το USART χρησιμοποιεί την κωδικοποίηση Νοn-Return-toZero (NRZ-ένα bit εκκίνησης,8 ή 9 bits δεδομένων και ένα bit τερματισμού).Η πιο κοινή μορφή δεδομένων είναι τα 8 bits.To USART μεταδίδει και λαμβάνει πρώτα το λιγότερο σημαντικό bit.Ο πομπός και ο δέκτης είναι λειτουργικά ανεξάρτητοι, χρησιμοποιούν ωστόσο ίδια κωδικοποίηση και ρυθμό δεδομένων.Ο έλεγχος ισοτιμίας δεν υποστηρίζεται απο πλευράς υλικού μπορεί να υλοποιηθεί όμως σε επίπεδο λογισμικού(χρησιμοποιώντας το 9ο bit) Το κύριο μέρος του πομπού του USART είναι ο καταχωρητής TSR.O καταχωρητής ολίσθησης λαμβάνει τα δεδομένα απο τον buffer μετάδοσης ΤΧREG.O καταχωρητής TXREG φορτώνεται με δεδομένα απο το λογισμικό.Ο καταχωρητής ΤSR δεν φορτώνεται μέχρις ότου μεταδοθεί το STOP bit της προηγούμενης μετάδοσης δεδομένων.Όταν μεταδοθεί το bit τερματισμού,ο TSR φορτώνεται με νέα δεδομένα από τον TXREG.Kαθώς ο ΤΧREG μεταφέρει δεδομένα στον TSR,o καταχωρητής TSR είναι άδειος και το bit ένδειξης ΤΧΙF(PIR1<4>) τίθεται. Το bit TXIF απεικονίζει την κατάσταση του TXREG ενώ το bit TRMT την κατάσταση του καταχωρητή TSR To bit κατάστασης ΤRMT είναι μόνο αναγνώσιμο,και είναι ενεργοποιημένο όταν ο καταχωρητής TSR είναι άδειος.Το πρόγραμμα πρέπει να ελέγχει αυτό το bit για να κατανοήσει αν ο καταχωρητής είναι άδειος. Η αποστολή δεδομένων είναι ενεργοποιημένη θέτοντας το bit επίτρεψης TXEN.H αποστολή δεν θα γίνει μέχρις ότου ο καταχωρητής ΤΧREG φορτωθεί με δεδομένα και ο ΒRG παράγει μια αλλαγή του ρολογιού.Η αποστολή μπορεί να αρχίσει φορτώνοντας τον καταχωρητή TXREG και θέτοντας το bit ΤΧΕΝ. Για την επιλογή αποστολής 9-bit,το ΤΧ9 πρέπει να τεθεί και το 9ο bit να εγγραφεί στο TX9D.Το 9ο bit πρέπει να εγγραφεί πρίν την εγγραφή των 8-bit στον καταχωρητή ΤXREG. Μια γενική μέθοδος για να ρυθμίσω μια αποστολή ασύγχρονων δεδομένων είναι: 1.Αρχικοποίηση του καταχωρητή SPBRG για τον κατάλληλο ρυθμό δεδομένων.Εάν επιθυμώ ρυθμό δεδομένων υψηλής ταχύτητας,θέτω το bit BRGH. 2. Eπίτρεψη της ασύγχρονης σειριακής θύρας θέτοντας 0 το bit SYNC και θέτοντας το bit SPEN. 3.Για χρήση διακοπών,τότε θέτω το bit επίτρεψης ΤΧΙΕ. 4. Εάν επιθυμώ αποστολή 9-bit,τότε θέτω το bit TX9. 5.Eπίτρεψη της αποστολής θέτοντας το bit ΤΧΕΝ,το οποίο θα θέσει επίσης και το bit TXIF. 6.Eάν έχουμε επιλέξει αποστολή 9-bit,to 9o bit θα φορτωθεί στον ΤΧ9D. 7.Φορτώνω δεδομένα στον καταχωρητή TXREG(αρχίζει η αποστολή) 8.Εάν χρησιμοποιώ διακοπές,πρέπει να διασφαλίσω ότι το GIE και το PEIE(τα bits 7 και 6) του καταχωρητή INTCON έχουν τεθεί. _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 107

Eργαστήριο Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων ______________________________________________________________________ Α.6 Διαστάσεις του μικροελεγκτή PIC16F877A O μικροελεγκτής που χρησιμοποιούμε είναι του τύπου PDIP και διαθέτει 40 ακροδέκτες.Οι διαστάσεις του μικροεπεξεργαστή φαίνονται στο παρακάτω σχήμα και πίνακα. Σχήμα Α.7 Διαστάσεις του μικροεπεξεργαστή

Πίνακας Α.3 Διαστάσεις του μικροεπεξεργαστή min(mm) nom(mm) max(mm) n 40 P 2.54 A 4.06 4.45 4.83 A2 3.54 3.81 4.06 A1 0.38 E 15.11 15.24 15.88 E1 13.46 13.84 14.22 D 51.94 52.26 52.45 L 3.05 3.3 3.43 c 0.2 0.29 0.38 B1 0.76 1.27 1.78 Β 0.36 0.46 0.56 eB 15.75 16.51 17.27 α 5 10 15 β 5 10 15 _____________________________________________________________________ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 108

Documents

ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ