Interfejsy szeregowe

TEO – 2009/2010

Plan wykładów

Wykład 1:- Wstęp. Interfejsy szeregowe SCI, SPI

Wykład 2:- Interfejs I2C, OneWire, I2S, CAN

Wykład 3:- Interfejs USB

Wykład 4:- Interfejs FireWire, Ethernet 1/2

Wykład 5:- Interfejs Ethernet 2/2

Wykład 6:- Interfejsy bezprzewodowe ZigBee i Bluetooth

Wykład 7:- Zaliczenie

WprowadzenieInterfejsy szeregowe vs interfejsy równoległe

Interfejsy SCI,SPI

Wykład 1

Interfejsy – po co?

Interface: a. equipment or programs designed to

communicate information from one system of computing devices or programs to another.

b. any arrangement for such communication.

Interfejsy – po co?

Typy interfejsów: - Sprzętowe- Programowe

- Szeregowe- Równoległe:

- 4-bitowe- 8-bitowe- 16-bitowe- 32-bitowe- inne

Interfejsy szeregowe vs równoległe

Cechy interfejsów szeregowych:- prostota:

- od średniej (RS232C)- do bardzo dużej (OneWire)

- wydajność:- b. mała do małej (RS232, I2C)- średnia (ZigBee, SPI)- duża do b. dużej (USB, Ethernet)

- trudność implementacji:- mała (OneWire, SCI)- średnia (USB, Ethernet)- duża (Bluetooth)

Interfejsy szeregowe vs równoległe

Cechy interfejsów równoległych:- prostota:

- średnia- wydajność:

- duża (teoretycznie największa),- tym większa im szersza magistrala- limitowana przez błędy propagacji i przesłuchy

- trudność implementacji:- mała przy niskich prędkościach- średnia przy wysokich- trudności z uzyskaniem dużego zasięgu- problemy z odbiciami

Błędy propagacji

Czas propagacji sygnału na płytce PCB:

cStripline

ccMicrostrip

r

r

ε

ε

=

+=

2

1

Błędy propagacji

Przykład:Dla laminatu FR4 przenikalność względna εr=4 przy

technologii wykonania Microstrip (lub podobnej):

τp = 1.5/c = 5 ns/m = 0.5 ns/10 cm

Dla laminatu FR4 przenikalność względna εr=4 przy technologii wykonania Stripline (lub podobnej):

τp = 2/c = 6,7 ns/m = 0.67 ns/10 cm

Okres sygnału o częstotliwości 1 GHz to 1ns.

Interfejsy równoległe

Interfejsy równoległe

Zastosowanie:- szeroko wykorzystywane do wzajemnych połączeń na płytach PCB (krótki zasięg) procesorów, pamięci, wyświetlaczy,układów programowalnych itp., itd.- wykorzystywane do połączeń między układami mikroprocesorowymi (średni zasięg), np. Parallel ATA - bardzo rzadko wykorzystywane do połączeń między systemami mikroprocesorowymi (duży zasięg), np. LPT

Parallel ATA

Standard używany od prawie 20 lat do połączeń między płytami głównymi, a dyskami twardymi czy też napędami optycznymi.

Początkowo używano przewodu 40-pinowego, później 80-pinowego z dodatkowymi pinami masy (zmniejszenie przesłuchów).

Powstało wiele standardów (np. PCMCIA, S.M.A.R.T.)

Parallel ATA

Parallel ATA

Zalety PATA:- długi czas rozwoju – sprawdzona technologia

Wady PATA:- wydajność poniżej 100MBps- niewygodny kabel połączeniowy- problemy Master/Slave- wykorzystanie napięć 5V – obecnie zdecydowanie niepożądanych- CRC tylko danych, nie poleceń

Interfejs SCI

RS232C

Przez długi czas najpopularniejszy interfejs szeregowy używany w komunikacji zarówno między procesorowej, jak i między systemowej.

Opracowany w 1962 roku. Wersja RS-232C pozwala na osiągnięcie 20 kbit/s na długości 15m.

Wymaga wielu dodatkowych linii kontroli transmisji danych oraz ujemnych napięć.

Na krótszych dystansach można osiągać prędkości do kilkuset kb/s. Transmisja asynchroniczna – wymagane uzgodnienie prędkości transmisji.

RS232C

SCI – serial communication interface

Uproszczona wersja RS232C:– wystarczające są tylko dwa piny transmisji danych

RxD, TxD oraz masa GND- nie jest wymagana używanie ujemnych napięć- można użyć standardowych układów konwersji

poziomów do standardu RS232C (np. MAX232)- prędkości osiągalne – do kilku Mb/s (w ramach

jednej płyty PCB, w wykorzystaniem warstwy RS422/485)

MAX232

MAX232

• Układ bardzo popularny,• Układ wytwarzany przez wielu producentów,• Układ wytwarzany w bardzo wielu wersjach, np.:

– Dla napięć LVTTL33: MAX3232– Z zabezpieczeniem ESD: MAX3230E– Dla obsługi pełnego portu RS232C: MAX3237E– O dużej prędkości działania: MAX13235E

• Układ dostępny w wielu wersjach obudów od µMax i SOT-6 do PLCC44, czy DIP16

SCIUSART (ATMega)

SCI – ustawienia prędkości

SCI TMS320f2810 1/2

SCI TMS320f2810 2/2

Cechy:- prędkość programowalna na 64k poziomów- edytowalna długość słowa:

- od 1 do 8 bitów danych- parzystość, nieparzystość lub brak bitu- jeden lub dwa bity danych

- buforowanie nadawanie i odczyt- obsługa przez przerwania lub sprawdzanie bitu- 16-to poziomowe FIFO odczytu i nadawania- automatyczna detekcja prędkości transmisji- możliwość komunikacji międzyprocesorowej

SCI TMS320f2810

Cechy:- komunikacja międzyprocesorowa umożliwia efektywnąwymianę danych między procesorami podłączonymi do linii szeregowej,- możliwe do osiągnięcia prędkości sięgają kilkunastu Mb/s- pierwszy bajt jest adresem;- procesory o właściwym adresie odbierają następujące bajty danych- pozostałe procesory przechodzą w stan uśpienia/oczekiwania

SCI Multiprocessor Communication

SCI Multiprocessor Communication

Interfejs SPI

SPI – serial peripheral interface

Cechy:– wydajny interfejs szeregowy do połączeń z

układami peryferyjnymi,- architektura typu master-slave- połączenie z wykorzystaniem co najmniej czterech

linii (MISO, MOSI, SCK, GND)- zazwyczaj nie jest wymagana konwersja poziomów

sygnałów- transmisja synchroniczna względem linii zegara

SCK- prędkości osiągalne – do kilkudzisięciu Mb/s

SPI - podłączenie

• MISO – master input slave output• MOSI – master output slave input• SCLK – serial clock• SS – slave select

SPI – przebieg komunikacji

• Zarówno w obiekcie Master, jak i Slave występują rejestry przesuwne (zazwyczaj 8-bit) typu SIPO (serial-in, parallel-out) i PISO (parallel-in, serial-out)

• W takt zegara następuje wymiana danych• Po 8 (16) cyklach zegara wymiana danych jest

zakończona

SPI – konfiguracja

Konfiguracji wymaga:• Częstotliwość zegara (tylko master)• Polaryzacja zegara• Faza zegara

– CPOL=0 – wartością bazową zegara jest 0• CPHA=0 – dane czytane na narastającym zboczu

• CPHA=1 – dane czytane na opadającym zboczu

– CPOL=1 – wartością bazową zegara jest 1 • CPHA=0 – dane czytane na opadającym zboczu

• CPHA=1 – dane czytane na narastającym zboczu

SPI – konfiguracja

SPI – podłączenia wielu urządzeń

• Typowa magistrala

• Daisy chain(łańcuch)

SPI – AVR

SPI – DSP 1/2

SPI – DSP 2/2

SPI – Pamięć EEPROM M95256 1/2

SPI – Pamięć EEPROM M95256 2/2

SPI – ADC MAX1402 1/3

SPI – ADC MAX1402 2/3

SPI – ADC MAX1402 3/3

Dziękuję za uwagę