Clase 10: RS232, RS485 y USB - Sistemas EmbebidosClase 10: RS232, RS485 y USB Sistemas Embebidos Prof: Lic. Jos e H. Moyano Departamento de Ciencias e Ingenier a de la Computaci on

Clase 10: RS232, RS485 y USBSistemas Embebidos

Prof: Lic. Jose H. Moyano

Departamento de Ciencias e Ingenierıa de la Computacion

2019

Prof: Lic. Jose H. Moyano (Departamento de Ciencias e Ingenierıa de la Computacion)Clase 10: RS232, RS485 y USB 2019 1 / 54

Estandar RS-232


Estandar RS-232

Estandar de la Electronic Industries Association (tambien conocido como EIA-232).

Define:I Caracterısticas de la senal electrica.I Caracterısticas de la interfaz mecanica (formato de los conectores y definicion de

pines).I Significado de las senales.

No define:I Bit rates, framing de datos, protocolo de comunicacion, encodings, compresion de

datos, y deteccion de errores.I Cada nodo debe adoptar los mismos valores y configuracion


Estandar RS-232


Estandar RS-232

Puede operar sincronica o asincronicamente.

Nodos:I DTE: Data Terminal Equipment (nodos iniciadores).I DCE: Data Communication Equipment (dispositivos pasivos).


Estandar RS-232La interfaz RS-232 debe mapear las senales al puerto serie a partir de una interfaz serie(por ejemplo vıa un UART).


Estandar RS-232


Estandar RS-232


Estandar RS-232


RS232

¿Que funcion cumplen Request to Send y Clear to Send?

¿Que funcion cumplen Transmit Data y Receive Data?

¿Que funcion cumple Signal Ground?

¿Que funcion cumple Data Terminal Ready?¿Que funcion cumple Data Carrier Detect?


Ejemplo Max232


Estandar RS-485


Estandar RS-485

Estandar de la Electronic Industries Association (tambien conocido comoANSI/TIA/EIA-485).

Utilizado para comunicaciones en serie asincronicas a distancias de 1200m o10Mbit/s en ambientes ruidosos en un par trenzado

I lınea balanceada (lıneas del mismo tipo con igual impedancia a lo largo, respecto detierra y de otros circuitos)

I senalizacion diferencial (senales simetricas y opuestas)

Base para otros protocolos (CAN bus, Modbus, Profibus, etc).


Estandar RS-485

Define:I Caracterısticas de la senal electrica (rangos de tension, carga, tension de circuitos

abiertos, etc).I Significado de las senales.

No define:I Valores de resistencias de terminacion, pull up y pull down (si se utilizan), ni

longitudes de los cables.I Caracterısticas de la interfaz mecanica (formato de los conectores y definicion de

pines).I bit rates, framing de datos, protocolo de comunicacion, encodings, compresion de

datos, y deteccion de errores.I Mecanismos de arbitraje de bus.


Estandar RS-485


Estandar RS-485


Estandar RS-485Resistencias: los valores dependen de la impedancia del cable ( 120 ohms):

Formato de trama:


Ejemplo sistema RS-485


Ejemplo transceiver RS-485: Max485


Estandar USB


Estandar USB

Universal Serial Bus (USB): especificacion para comunicar dispositivos con uncontrolador hos

Surgio para reemplazar puertos serie y paralelos.


Estandar USB

Topologıa en estrella escalonada.

Multiples hubs definen niveles (hasta5).

Cada host provee controladores de hosty c/u admite hasta 127 dispositivos.

Host oficia de master (controla lastransferencias).


Estandar USBUniversal Serial Bus (USB): topologıa y diferentes velocidades (USB 1.1, 2.0 y 3.0).


Estandar USBUSB: Los dispositivos se componen de subdispositivos logicos (uso de descriptores)

Implementan una o varias configuraciones

Implementan una o varias funciones (interfaz)

Direccion propia y comunicacion con endpoints vıa pipes.


Clases de dispositivosDiversas clases de dispositivos para identificar la funcionalidad y cargar el driveradecuado.


Endpoints

En los dispositivos (el host no posee)

Extremos de cada comunicacion

Buffer en el dispositivo que transmite o recibe datos

se definen con un numero (0-15) y un sentidoI IN endpoint: provee datos al hostI OUT endpoint: recibe datos provenientes del host

Cada dispositivo debe tener configurado su endpoint 0 para control (IN-OUT).

Limitaciones en cantidad de endpoints en funcion de tipo de dispositivo: Low, higho full speed.


Estandar USBFlujo de datos en el bus mediante transferencias, transacciones y paquetes:


Estandar USBTipos de transferencia:

I Isocronica (isochronous): garantiza tasa de transferencia a costa de perder datos(por ejemplo video en tiempo real)

I Usando interrupciones (interrupt): latencia de respuesta acotada (ejemplo mouse,teclado)

I Masivas (bulk): largas y esporadicas (consumen todo el ancho de banda disponible– por ejemplo Hard Drives)

I De control (control): para enviar comandos cortos

Pipes: establecidos por el host:I Stream pipes: unidireccional (isocronica, interrupciones o

masivas).I Message pipes: bidireccional (control).


Tipos de transferencias


Componentes de una transferencia


Estandar USB

Transacciones: Cada transaccion se inicia con un paquete queindica la direccion del dispositivo, el numero de endpoint y susentido:

Las transacciones de Setup son similares a las OUT pero no pueden ser rechazadas porel device. Inician una transferencia de control.


Paquetes USB


Estandar USB

El dispositivo debe respetar elprotocolo USB y sus restriccionestemporales,

I Responder a los paquetes del host(cada cierto tiempo).

I En caso contrario, el host puedesuponer una desconexion deldispositivo y la consecuente perdidade funcionalidad digital.

Ej: Invocacion a funcion USBTasks cada cierto tiempo (USB stack/API de Microchip).Prof: Lic. Jose H. Moyano (Departamento de Ciencias e Ingenierıa de la Computacion)Clase 10: RS232, RS485 y USB 2019 33 / 54

Estandar USB

Proceso de enumeracion de dispositivos: al conectar por primera vez un dispositivo,el host:

I Negocia tasa de transferencia,I Asigna direccion unica de 7 bits al dispositivo,I Lee descriptores del dispositivo,I Asigna y carga un driver para el dispositivo,I Selecciona una configuracion de dispositivo (requerimientos de alimentacion,

interfaces, etc.).

Descriptores: permiten al Host descubrir las caracterısticas del dispositivo que seconecta (mediante transferencias de control).


Descriptores

Todos los dispositivos USB deben responder a las solicitudes del host (descriptoresestandar USB).

Veremos descriptores para:I DeviceI ConfigurationI InterfaceI Endpoint

Existen descriptores adicionales (Interface Association, SuperSpeed endpoints,String, Binary Object Store, etc.), y tambien particulares para ciertas clases dedispositivos (por ej. HID).


Descriptores

Descriptor USB: Punteros a los descriptorese informacion del soporte USB.


Descriptores - Clases


Descriptores de configuracion


Descriptores de interfazNumero de endpoints para la interfaz y clase USB (p/disp. con clase definida por lainterfaz).


Descriptores de endpoint


Clases de dispositivosCDC: Communications Device Class

Para dispositivos de comunicaciones:telefonos, modems, terminales yadaptadores ISDN, dispositivos conpuertos COM virtuales (ej ArduinoUno). . .

Para dispositivos con funciones de red:ADSL modems, cablemo-dems,adaptadores y hubs ethernet. . .

Administrar dispositivos, llamadas,transmitir datos y notificaciones.


Clases de dispositivosDFU Class

Ejemplo ATmega16U2:

Permite colocar un dispositivo enmodo de actualizacion del firmware.

Solicitudes especıficas en el protocolo.


Clases de dispositivosHID (Human Interface Device) Class

Incluye mouses, teclados, joysticks, etc.

Los SOs en los hosts, suelen tener drivers para HIDs.

Limitados a transferencias control e interrupt.

Los datos HID viajan en reports (estructuras bien definidas).I Input item: lleva info hacia el host.I Output item: lleva info hacia el dispositivo.I Feature item: es bidireccional.

Solicitudes especıficas en el protocolo para obtener reports.


Clases de dispositivos

Mass Storage (MSC):I Para dispositivos de almacenamiento masivo.I Discos rıgidos, unidades de CD/DVD, camaras que presentan su contenido

mediante un sistema de archivos, etc.I Usan transferencias bulk para intercambiar datos.

Media Transfer Protocol (MTP)I Extension al Picture Transfer Protocol (PTP - USB Image Class) usado para

transferir imagenes (camaras digitales)I Para transferir archivos transaccionalmente sin requerir acceso exclusivo al medio

(ejemplo acceso a memoria externa en smartphones sin bloquear Apps).I Utilizan trasferencias de tipo bulk e interrupt.


Clases de dispositivos

Otras clases:I Audio (streaming de audio / MIDI)I IrDA Bridge: intercambio de datos por enlaces infrarrojos.I Personal Health CareI Printer: impresoras, CNCsI Smart CardsI Still Image Capture: camaras, scanners, PTP, MTP, etc.I VideoI Etc. . .

Dispositivos genericos (HID, CDC, MSC, etc)

Dispositivos Vendor-Specific (drivers especıficos).


Senales y conectores


Senales y conectores


Estandar USB

Tambien se definen consideraciones en cuanto a consumo y alimentacion de lospuertos y dispositivos.

I Devices bus-powered (5V, 3.3V).I Devices self-powered.

Numerosas variantes del estandar:I Distintas versiones: USB 1.0, 1.1, 2.0 y 3.0 (SuperSpeed)I Sleep & charge: Para carga con hosts suspendidos.I Powered USB: USB para alimentacion.I USB On the Go (OTG): Para conexion de 2 dispositivos sin hosts (par a par): Uso

de embedded hosts.I Wireless USB.


Estandar USB

Dada la complejidad del protocolo, se suelemanejar con dispositivos especıficos en losSoC y mediante librerıas que gestionan losdiversos niveles en el stack.Prof: Lic. Jose H. Moyano (Departamento de Ciencias e Ingenierıa de la Computacion)Clase 10: RS232, RS485 y USB 2019 49 / 54

USB DFU/CDC – Arduino UNO


Otros estandares de comunicacion serie


Otros estandares de comunicacion

Otros estandares de comunicacion serie adicionales a los vistos son:I EthernetI Point to Point Protocol (PPP)I Serial Line Internet Protocol (SLIP)I Wireless LAN

No los veremos en detalle.


Tarea opcional

Buscar para la clase del Viernes 27/9 que es el protocolo

1–Wire.


Referencias

Atmel AVR ATmega328P Datasheet.

Atmel AVR ATmega16U2 Datasheet.

Atmel USB DFU Bootloader Datasheet.

Axelson, J. USB Complete: The Developer’s Guide (4th Ed.). Lakeview Research.2009. ISBN: 978-1931448086. Capıtulos 1 a 7, 11 y 12.

Noergaard, T. Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide forEngineers and Programmers. Newnes. 2005. ISBN: 978–0750677929. Capıtulo 6.

PIC18F2455/2550/4455/4550 Data Sheet – Sec. 17 – USB

http://en.wikipedia.org


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