Інтерфейси автоматизованих систем управління (стр. 1 из 2)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Реферат на тему:
“ІНТЕРФЕЙСИ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ”
Львів – 2011
1. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Послідовна шина USB (UniversalSerialBus - універсальна послідовна шина) з'явилася по комп'ютерних мірках досить давно - версія першого затвердженого варіанту стандарту з'явилася 15 січня 1996 року. Розробка стандарту була ініційована вельми авторитетними фірмами - Intel, DEC, IBM, NEC, NorthenTelecom і Compaq.
Основна мета стандарту – створити можливість користувачам працювати в режимі Plug&Play з периферійними пристроями. Це передбачає автоматичне розпізнавання пристрою відразу ж після підключення і наступного встановлення відповідних драйверів. Окрім цього, бажане живлення малопотужних пристроїв подається з самої шини. Швидкість шини є достатньою для більшості периферійних пристроїв. Контролер USB займає тільки одне переривання незалежно від кількості підключених до шини пристроїв.
1.1 Технічні характеристики USB
· висока швидкість обміну (high-speedsignalingbitrate, стандарт USB 2.0) – 480 Мбіт/с;
· повна швидкість обміну (full-speedsignalingbitrate, стандарт USB 1.1) - 12 Мбіт/с;
· максимальна довжина кабелю (екранована вита пара) для високої та повної швидкості обміну - 5 м;
· низька швидкість обміну (low-speedsignalingbitrate, стандарт USB1.0) - 1.5 Мбіт/с;
· максимальна довжина кабелю (з’єднання за допомогою провідників) для низької швидкості обміну - 3 м;
· максимальна кількість підключених пристроїв або навантажувальна здатність порту “ведучого” комп’ютера (включаючи розмножувачі) – 127;
· можливе підключення пристроїв з різними швидкостями обміну;
· напруга живлення для периферійних пристроїв USB- 5 В;
· максимальний струм споживання на один периферійний пристрій - 500 мА.
Те, що довжини кабелів обмежені до 5-ти метрів для високих та повних швидкостей, і, до 3-х метрів для низької швидкості обумовлюється використанням кабелів стійких до електромагнітних завад (наводок) та звичайних кабелів, де з’єднання відбувається за допомогою провідників.
Особливо зручний цей інтерфейс для підключення пристроїв, які часто підключаються/відключаються, таких як цифрові фотокамери, флеш носії інформації і т.д. Конструкція роз'ємів для USB розрахована на багатократне приєднання/від’єднання.
Можливість використання тільки трьох швидкостей обміну даними обмежує вживаність шини, але істотно зменшує кількість ліній інтерфейсу і спрощує апаратну реалізацію.
Живлення безпосередньо від USB можливо тільки для пристроїв з малим споживанням струму до 500mA, таких як клавіатури, миші, джойстики і тому подібне.
1.2 Конструктивні особливості інтерфейсу USB
Для підключення периферійних пристроїв використовується 4-х жильний кабель. Кожен такий кабель має “A” роз'єм (Рис.1) на одній стороні і “B” на іншій (див. рис.2).
Рис. 1. Конструкція USB роз’єму - "А"
Роз'єм серії “A” призначений тільки для підключення до джерела, тобто до “ведучого” комп'ютера або до концентратора. Під “ведучим” комп’ютером тут і надалі розуміється комп’ютер, який містить кореневий концентратор.
Рис.2. Конструкція USB роз’єму "В"
Роз'єм серії “B” призначені тільки для підключення до периферійних пристроїв.
Призначення кожного контакту роз'ємів «А» та «В» наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Призначення контактів
| Номер контакту | Призначення | Колір дроту |
| 1 | V BUS | Червоний |
| 2 | D- | Білий |
| 3 | D+ | Зелений |
| 4 | GND | Чорний |
| Обплетення | екран | --- |
GND – корпус «земля»
VBus - +5 В
D+ - шина для передачі даних
D- - шина для прийому даних.
Кабель для підтримки повної швидкості шини (full-speed) виконується як кручена пара, захищається екраном і він може використовуватися для роботи в режимі мінімальної швидкості (low-speed). Кабель для роботи тільки на мінімальній швидкості (наприклад, для підключення миші) може бути неекранованим.
1.3 Передача даних
Інтерфейс USB сполучає між собою хост (host - головний управляючий пристрій, до якого під'єднуються однин або декілька USB-пристроїв) та безпосередньо самі пристрої. Хост знаходиться усередині персонального комп'ютера і управляє роботою всього інтерфейсу. Для того, щоб до одного порту USB можна було підключати більше ніж один пристрій, застосовуються USB хаб (usbhub - пристрій, що забезпечує підключення багатьох USB присторів до хоста комп'ютера). Кореневий хаб (roothub – хаб, який стоїть в ієрархії USB пристроїв найвище) знаходиться всередині комп'ютера і підключений безпосередньо до хосту комп'ютера. У інтерфейсі USB використовується спеціальний термін "функція" - це логічно завершений пристрій, який виконує яку-небудь специфічну процедуру. Топологія інтерфейсу USB є набором з 7 рівнів: на першому рівні знаходиться хост і кореневий хаб, а на останньому - тільки функції. Пристрій, до складу якого входить хаб і одна або декілька функцій, називається складеним.
Порт хаба або функції, що підключаються до хабу більш високого рівня, називається висхідним портом, а порт хаба, що підключається до хабу нижчого рівня або до функції називається низхідним портом.
Хост породжує всі передачі даних по інтерфейсу. Дані передаються у вигляді пакетів. У інтерфейсі USBвикористовується декілька пакетів:
· пакет-маркер (tokenpaсket) описує тип і напрям передачі даних, адресу пристрою і порядковий номер кінцевої точки (кінцевої точка - частина USB-пристрою, що адресується); пакети-маркери бувають декількох типів: IN, OUT, SOF, SETUP;
· пакет з даними (datapacket) містить дані, що передаються;
· пакет узгодження (handshakepacket) призначений для повідомлення про результати пересилки даних; пакети узгодження бувають декількох типів: ACK, NAK, STALL.
Таким чином кожна транзакція складається з трьох фаз: фаза передачі пакету-маркера, фаза передачі даних і фаза узгодження.
У інтерфейсі USB використовуються декілька типів пересилань інформації:
· управляюче пересилання (controltransfer) використовується для конфігурації пристрою, а також для інших специфічних для конкретного пристрою цілей;
· потокове пересилання (bulktransfer) використовується для передачі відносно великого об'єму інформації;
· пересилання з перериванням (iterrupttransfer) використовується для передачі відносно невеликого об'єму інформації, для якого важлива своєчасна його пересилка. Має обмежену тривалість і підвищений пріоритет щодо інших типів пересилання;
· ізохронне пересилання (isochronoustransfer) також називається потоковим пересилання реального часу. Інформація, що передається в такому пересиланні, вимагає реального масштабу часу при її створенні, пересиланні і прийомі.
Потокові пересилання характеризуються гарантованою безпомилковою передачею даних між хостом і функцією за допомогою виявлення помилок при передачі і повторного запиту інформації.
Коли хост стає готовим приймати дані від функції, він передає IN-пакет типу пакет-маркер до функції. У відповідь на це функція передає хосту пакет з даними або, якщо вона не може зробити цього, передає NAK- або STALL-пакет. NAK-пакет повідомляє про тимчасову неготовність функції передавати дані, а STALL-пакет повідомляє про необхідність втручання хоста. Якщо хост успішно отримав дані, то він у фазі узгодження посилає функції ACK-пакет. Інакше - транзакція завершується.
Коли хост стає готовим передавати дані, він посилає функції OUT-пакет, що супроводжується пакетом з даними. Якщо функція успішно отримала дані, вона посилає хосту ACK-пакет, інакше відсилається NAK- або STALL-пакет.
Управляючі пересилання містять не менше двох стадій: стадія налаштування і статусна стадія. Між ними може також розміщуватись стадія передачі даних. Стадія налаштування використовується для виконання SETUP-транзакції, в процесі якої пересилається інформація в кінцевій точці, якою управляють. SETUP-транзакція містить SETUP-пакет, пакет з даним і пакет узгодження. Якщо пакет з даними отриманий функцією успішно, то вона посилає хостуACK-пакет. Інакше транзакція завершується.
Всі транзакції у стадії передачі даних повинні проводитися в одному напрямі.
У статусній стадії проводиться остання транзакція, яка використовує ті ж принципи, що і в потокових пересиланнях. Напрям цієї транзакції протилежний тому, який використовувався у стадії передачі даних. Статусна стадія служить для повідомлення про результат виконання SETUP-стадії і стадії передачі даних. Статусна інформація завжди передається від функції до хоста. При управляючому записі (ControlWriteTransfer) статусна інформація передається у стані передачі даних статусної стадії транзакції. При управляючому читанні (ControlReadTransfer) статусна інформація повертається у фазі узгодження статусної стадії транзакції після того, як хост відправить пакет даних нульової довжини в попередній фазі передачі даних.
Пересилання з перериванням можуть містити IN- або OUT-пересилання. При отриманні IN-пакета функція може повернути пакет з даними, NAK-пакет або STALL-пакет. Якщо у функції немає інформації про переривання, то у фазі передачі даних функція повертає NAK-пакет. Якщо робота КТ з перериванням припинена, то функція повертає STALL-пакет. При необхідності переривання функція повертає необхідну інформацію у фазі передачі даних. Якщо хост успішно отримав дані, то він посилає ACK-пакет. В протилежному випадку хост не відправляє узгоджувальний пакет.
Ізохронні транзакції містять фазу передачі маркера і фазу передачі даних, але не мають фази узгодження. Хост посилає IN- або OUT-маркер, після чого у фазі передачі даних контрольна точка (для IN- маркера) або хост (для OUT- маркера) пересилає дані. Ізохронні транзакції не підтримують фазу узгодження і повторні пересилання даних у разі виникнення помилок.