Стандарты usb интерфейсов:

- USB 1.0 - скоростью передачи 1,5 Мбит/сек (187,5 КБ/сек)

- USB 1.1 - скоростью передачи 12 Мбит/сек (1,5 Мб/сек)

- USB 2.0 - c 3-мя версиями скоростей передачи: (High speed - 480 Мбит/сек (60Мб/сек), Full speed - 12 Мбит/сек, Low speed - 1,5 Мбит/сек)

Основные технические характеристики и преимущество интерфейса usb:

- Возможность "горячего" подключения - отключения от ПК периферийных устройств

- Функция автоопределения типа и модели подключаемого USB устройства (при наличии установленных драйверов)

- Возможность использования USB устройств, с разными скоростями обмена

- Высокая скорость обмена передачи данных до 480 Мбит/сек (60 Мб/сек)

- Максимальная длина кабеля - 5 метров

- Максимальное количество подключаемых устройств 127

- Наличие напряжения питания + 5 В, с током нагрузки не более 500 мА, для питания периферийных устройств

- Возможность использования HUB разветвителей, для увеличения количества гнёзд

USB обеспечивает одновременный обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Распределение пропускной способности шины между ПУ планируется хостом и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Устройства (Device) USB могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (Hub) обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Функции (Function) представляют собой устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (Host Controller).

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центром каждой звезды является хаб, каждый кабельный сегмент соединяет две точки - хаб с другим хабом или с функцией. В системе имеется один (и только один) хост-контроллер.

Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом - ей должна быть выделена полоса вканале и выбраны опции конфигурации.

У каждого хаба имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (Downstream Ports), предназначенными для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение устройств к портам или отключение от них и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных. Хабы могут управлять подачей питания на нисходящие порты; предусматривается установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом.

Система USB разделяется на три уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB содержит интерфейсную часть, часть устройства и функциональную часть. Хост тоже делится на три части - интерфейсную, системную и ПО устройства. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач, логическое и реальное взаимодействие между ними:

Стандарт USB определяет электрические и механические спецификации шины. Информационные сигналы и питающее напряжение 5 В передаются по четырехпроводному кабелю. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приемники выдерживают входное напряжение в пределах - 0,5...+3,8 В. Передатчики должны уметь переходить в высокоимпедансное состояние для двунаправленной полудуплексной передачи по одной паре проводов.

Передача по двум проводам в USB не ограничивается дифференциальными сигналами. Кроме дифференциального приемника каждое устройство имеет линейные приемники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса. Состояния Diff0 и Diff1 определяются по разности потенциалов на линиях D+ и D- более 200 мВ при условии, что на одной из них потенциал выше порога срабатывания VSE. Состояние, при котором на обоих входах D+ и D- присутствует низкий уровень, называется линейным нулем (SEO - Single-Ended Zero).

Для полной скорости используется экранированная витая пара с импедансом 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой - невитой неэкранированньгй кабель до 3 м. Одна и та же система может одновременно использовать оба режима; переключение для устройств осуществляется прозрачно.

Низкая скорость предназначена для работы с небольшим количеством ПУ, не требующих высокой скорости. Скорость, используемая устройством, подключенным к конкретному порту, определяется хабом по уровням сигналов на линиях D+ и D-, смещаемых нагрузочными резисторами R2 приемопередатчиков

Управление энергопотреблением является весьма развитой функцией USB. Для устройств, питающихся от шины, мощность ограничена. Любое устройство при подключении не должно потреблять от шины ток, превышающий 100 мА. Рабочий ток (не более 500 мА) заявляется в конфигурации, и если хаб не сможет обеспечить устройству заявленный ток, оно не конфигурируется и, следовательно, не может быть использовано. Устройство USB должно поддерживать приостановку (Suspended Mode), в котором его потребляемый ток не превышает 500 мкА. Устройство должно автоматически приостанавливаться при прекращении активности шины. Возможность удаленного пробуждения (Remote Wakeup) позволяет приостановленному устройству подать сигнал хосткомпьютеру, который тоже может находиться в приостановленном состоянии. Возможность удаленного пробуждения описывается в конфигурации устройства. При конфигурировании эта функция может быть запрещена.

32. Основные типы кабелей для передачи информации. Защитные свойства кабелей

- Коаксиальный

- Витая пара (UTP)

- Оптоволоконный.

Коаксиальный кабель в настоящее время используется довольно редко, в основном для подключения удаленных пользователей или для дешевых офисных сетей. Чаще всего встречается кабель RG58 (волновое сопротивление 50 Ом) диаметром 4 и 2 мм (подразумевается диаметр внутреннего диэлектрика). При оценке качества коаксиального кабеля следует обратить внимание на плотность оплетки (не менее 75%, лучше 100%). На кабеле хорошего качества оплетка полностью перекрывает следующий слой диэлектрика, витки плотно прилегают друг к другу. Плохая оплетка ухудшает характеристики кабеля, уменьшает максимально допустимую длину сегмента, снижает помехозащищенность сети.

Кабель витая пара (UTP) используется в настоящее время наиболее часто. Существует пять категорий кабеля UTP: cat 3, cat 4, cat 5 (cat 5е), cat 6, cat 7. Кабели первой и второй категорий используются для передачи речи и данных на низких скоростях. Стандарт ЕIА/ТIА-568 (США) определяет спецификации для третьей, четвертой и пятой категорий UTP. В этом документе нормируются следующие параметры: емкость, волновое сопротивление, коэффициент затухания, переходное затухание на ближнем конце. В ЛВС со скоростью передачи данных 100 Мбит/с применяется, как правило, волоконно-оптический кабель или UTP пятой категории

Наибольшее распространение получил кабель типа витая пара с четырьмя витыми парами под одной оболочкой. Также используются кабели с 25 и 50 парами. Основу этих кабелей составляют витые пары из одножильной медной проволоки с изоляцией из полипропилена или тефлона. Диаметр медной жилы составляет 0,51 мм. Шаг скрутки варьируется от 15 до 30 мм.

Существуют два основных типа витой пары:

- Неэкранированные (UTP)

- Экранированные (FTP, STP, SFTP)

Можно выделить три основных типа экранированного кабеля:

- кабель, экранированный фольгой

- кабель, экранированный фольгой и оплеткой

- кабель с индивидуальным экранированием пар (рис. ниже)

Оптоволоконный кабель, стал набирать популярность сравнительно недавно. Относительно высокая стоимость и трудность прокладки и терминации окупаются широким перечнем достоинств:¶• огромная пропускная способность¶• большие расстояния передачи данных ¶• полное отсутствие помех¶• безопасность передаваемых данных, недостижимая для других методов передачи данных.

Кроме деления на различные технологические исполнения кабеля (защитные оболочки, количество волокон и т.д.), оптоволоконный кабель подразделяется на две категории: многомодовый кабель (ЛВС, горизонтальная и магистральная проводка) и одномодовый кабель (как правило, магистральная проводка ЛВС и телекоммуникации).¶Оборудование для работы с многомодовым оптоволокном на порядок дешевле одномодового, но работает с таким кабелем, как правило, на расстоянии до двух километров. Проектирование сетей на одномодовом волокне оправдывается такими преимуществами, как работа без промежуточного оборудования на расстояния до 100 км и огромная полоса пропускания.¶

33. Беспроводные интерфейсы периферийных устройств. Технология UWB. Назначение и основные характеристики интерфейса Wireless USB. Топология Wireless USB. Назначение и основные характеристики интерфейса Bluetooth. Топология сетей Bluetooth 1.х и Bluetooth 2.0

На данный момент наиболее распространены два беспроводных стандартов:

- BlueTooth — в роли беспроводного интерфейса низкой пропускной способности для периферии и коммуникации между близко расположенными устройствами.

- 802.11a / 802.11b / 802.11g — стандартная Ethernet-сеть с общей средой для создания сетевой инфраструктуры общего назначения.

UWB - Ultra Wide Band (метод модуляции и передачи данных)

Традиционная модуляция:

Слева вид сигнала во времени, справа - его частотный. Справа мы видим спектральное распределение энергии обычного передатчика 802.11b. Ему отводится достаточно узкая (ширина одного канала 80 МГц) полоса спектра с опорной частотой 2.4 ГГц. В пределах этой небольшой полосы передатчик излучает существенный объем энергии, необходимой для последующего уверенного приема в пределах расчетного диапазона расстояний (для 802.11b — 100 метров). Данные кодируются и передаются путем частотной модуляции (управления отклонением от базовой частоты).

UWB:

Во временном пространстве передатчик излучает короткие импульсы специальной формы, подобранной так, чтобы равномерно размазать всю энергию импульса по заданному достаточно широкому участку спектра (приблизительно от 3 ГГц до 10 ГГц). Данные, в свою очередь, кодируются полярностью и взаимным расположением импульсов. В результате, обладая достаточно высокой суммарной передаваемой в эфир мощностью и, следовательно, значительным расстоянием уверенного приема, UWB сигнал в каждой конкретной точке спектра не превышает крайне низкого.

Основная доля энергии UWB-сигнала приходится на диапазон частот от 3.1 до 10.6 ГГц, причем, при этом спектральная плотность энергии не превышает определенного 15 частью правил FCC предела (-41dBm/MHz). В диапазоне частот ниже 3.1 ГГц сигнал практически сходит на нет, его уровень опускается ниже -60. Фактически, чем идеальнее форма формируемого передатчиком импульса, тем меньше энергии выйдет за пределы основного диапазона. Но, как бы там ни было, допустимое отклонение импульса от идеальной формы необходимо учесть и строго лимитировать — отсюда и возникает это второе значение. Участок спектра ниже 3.1 ГГц не используется, в первую очередь для того, чтобы не создавать помех GPS-системам.

Суммарная энергия передатчика, которую мы можем вложить в эту полосу спектра, определяется площадью спектральной характеристики. В случае UWB она существенно выше традиционных сигналов, таких как 802.11b или 802.11a. Соответственно, в случае UWB мы можем либо передавать данные на большее расстояние, либо передавать больше данных.

UWB решает вопрос «простоя» спектра. Отведенные различным службам полосы частот, как правило, остаются незанятыми — даже в очень плотной городской среде в каждый конкретный момент времени большая часть спектра пустует, а значит, радиоэфир используется нерационально.

Зависимость пропускной полосы передаваемых в UWB-модуляции данных от расстояния:

Bluetooth – входит в стандарт IEEE 802.15.1

Для радиообмена устройства Bluetooth используют диапазон частот 2400-2483,5 МГц. Емкость этой полосы частот – 79 подканалов с шириной полосы пропускания равной 1 МГц. Несущая частота подканалов F k = 2402 + k (МГц), где k = 0,...,78. Для уменьшения сложности приемопередатчиков используются радиоканалы с двоичной частотной модуляцией. Кодирование простое — логической единице соответству­ет положительная девиация частоты, нулю — отрицательная.

Скорость передачи в устройствах, поддерживающих базовые спецификации Bluetooth (1.1., 1.2. и 2.0.) составляет 1 мегабит в секунду (Мб/с). В устройствах, поддерживающих спецификацию Bluetooth 2.0. и расширение EDR, скорость передачи может составлять, в зависимости от используемого способа модуляции, 2 или 3 Мб/с. Соответственно, эти режимы определяются как режимы основной и расширенной скорости передачи данных.

Физическая среда радиообмена между устройствами Bluetooth, входящими в пикосеть. В основе физического канала Bluetooth лежат, принцип быстрого скачкообразного изменения частоты (Fast Frequency Hopping) и пакетный способ передачи информации. Последовательность изменения частот может быть адаптирована таким образом, чтобы исключить какую-то часть частотного диапазона Bluetooth. Это может оказаться необходимым, если эта часть диапазона используется другими устройствами или, в ряде стран (Франция, Испания, Япония) используются не все 79 подканалов, а только 22 из них.

В зависимости от мощности передатчика устройства Bluetooth делятся на три класса. Устройства класса 1 имеют максимальную выходную мощность 100 мВт (20 dBm) и обеспечивают дальность связи до 100 метров. Устройства класса 2 имеют мощность до 2,5 мВт (4 dBm) и обеспечивают дальность связи до 10 метров. Устройства класса 3 имеют мощность до 1 мВт (0 dBm) и дальность связи до 1 метра.

Архитектура сетей Bluetooth может быть как "точка-точка", так и "точка-многоточка". Каждому изделию с Bluetooth при изготовлениии присваивается уникальный 48-разрядный адрес. Базовая единица системы Bluetooth - пикосеть. В каждую пикосеть входит одно устройство-контроллер пикосети и до 255 оконечных устройств. Одновременно могут быть активны только контроллер и 7 оконечных устройств. Остальные находятся в состоянии парковки до команды активизации от контроллера. Пикосети могут взаимодействовать между собой, так как контроллер одной из них может являться одновременно оконечным устройством другой. В процессе работы физический радиоканал совместно используется (в режиме временного разделения) группой устройств, которые синхронизированы на общие часы и общую последовательность смены частот. Одно из них, выполняющее функции ведущего устройства, формирует сигналы синхронизации. Все другие устройства являются ведомыми.

34. Прямой доступ к памяти. Устройство, программирование и работа контроллера прямого доступа к памяти на примере БИС КР580ВТ57.

КПДП позволяет существенно улучшить характеристики МПС при интенсивном обмене данными между периферийными устройствами и ЗУ МПС.

Изучаемый в данной работе КПДП представляет собой четырех разрядное устройство управления, позволяющее без участия процессора управлять непосредственной передачей данных между ЗУ МПС и 4 периферийными устройствами. Инициализация КПДП осуществляется путем записи управляющей в восьми разрядный регистр режима контролера (РРК) и в элементы управления его активных каналов.

Каждый канал КПДП содержит два управляющих элемента – 16-разрядный регистр адреса (РА) и 16-разрядный регистр управления (РУ) состоящий из четырнадцати разрядного счетчика (СЧ) и двух разрядного регистра режима (РР) в них перед началом работы записывается соответственно начальный адрес блока данных в ЗУ, уменьшенное на 1 количество слов передаваемых между ЗУ и периферийным устройством. а также код режима канала.

После каждой передачи данных в цикле ПДП содержимое РА увеличивается на 1. При обнулении СЧ контролер формирует сигнал конец счета свидетельствующий об окончании передачи заданного блока данных.

ПРОГРАМИРОВАНИЕ КПДП

Доступ к внутренним регистрам КПДП возможен при CS =0 и нулевом значении сигнала подтверждения захвата на входе контролера. 1 сигнал INT выдается процессором при разрешении режима ПДП.

Адреса между внутренними регистрами КПДП распределены следующим образом:

A3 A2 A1 A2

0 0 0 0 PA0

0 0 0 1 РУ0

0 0 1 0 РА1

0 0 1 1 РУ1

0 1 0 0 РА2

0 1 0 1 РУ2

0 1 1 0 РА3

0 1 1 1 РУ3

1 0 0 0 РРК (при записи, РС - при чтении )

Для адресации внутренних регистров используется команда OUT X1X2 ( где Х1 = 0010, аХ2 = А3А2А1А0 ).

Программирование одного канала сводится к записи 16- разрядного начального адреса обмена в РА (2 цикла записи), информации в РУ (требуется также 2 цикла записи, в первом записываются восемь младших разрядов в СЧ, а во втором два разряда в РР и шесть старших разрядов в СЧ ) после чего должно быть записано управляющее слово в РРК.

Лабораторная работа: Исследование БИС контроллера прямого доступа к памяти КР580ВТ57

1.Запрограммировать канал 0 КПДП в режим записи и произвести запись в ОЗУ кода подгруппы с нулевого по пятый адрес в режиме ПДП.

2.В режиме ПДП произвести запись инверсии кода подгруппы с шестого по десятый адрес в ОЗУ.

3.Вывести на ШД слово состояния (СС) КПДП и убедиться, что в нулевом разряде СС контроллер установил «1».

4.Запрограммировать канал 1 контроллера в режим записи и выполнить запись в ОЗУ по пунктам 1 и 2 в поцикловом режиме.

ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ

mvi a,8f

out 28 ;запись в регистр состояния

;пдп

;0

mvi a,00

out 20 ;запись младшего бита в РА0

mvi a,00

out 20 ;запись старшего бита в РА0

mvi a,04

out 21 ;запись младшего бита в РУ1

mvi a,40

out 21 ;запись младшего бита в РУ1

;---------------------------------

;пдп

;1

mvi a,00

out 22

mvi a,00

out 22

mvi a,04

out 23

mvi a,80

out 23

;---------------------------------

;пдп

;2

mvi a,00

out 24

mvi a,00

out 24

mvi a,04

out 25

mvi a,80

out 25

;---------------------------------

;пдп

;3

mvi a,00

out 26

mvi a,00

out 26

mvi a,08

out 27

mvi a,80

out 27

35. Аппаратные прерывания. Устройство, программирование и работа контроллера прерываний на примере БИС КР580ВН59. Каскадное соединение контроллеров.

Программно-управляемая передача данных с прерыванием программ используется в МПС для обмена информацией с медленнодействующими ПУ. Для организации высокоэффективных систем прерывания в состав МПК входят специальные БИС контроллеров прерываний которые реализуют алгоритмы обработки запросов ПУ на обслуживание в соответствии с их приоритетами и функции по установке и оперативному изменению приоритетов.

КПР К580ВН59 может обслуживать до 8 запросов прерывания, а при каскадном соединении до 64.Инициализация КПР осуществляется программно, путем записи управляющих слов в УС КПР. Таким образом он может быть настроен на работу в следующих двух режимах:

- обслуживание по запросам;

-обслуживание по результатам опроса.

В первом случае КПР - активное устройство, при наличии запросов он выдает соответствующий сигнал процессору, а после получения подтверждения обеспечивает переход к подпрограмме обслуживания прерываний с наивысшим приоритетом. Во втором случае КПР - пассивное устройство, факт поступления запроса устанавливается программно, путем опроса регистра запросов.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ КОНТРОЛЛЕРА

Режим программирования КПР реализуется при CS=0.При CS=1 БИС переходит в один из режимов обслуживания, в соответствии с состоянием управляющих регистров. Для обращения к контроллерам прерывания(в данной программе их три (ведущий - D1 и два ведомых D2,D3)) необходимо выполнить команду OUT X1X2, где Х1=0100 для D1, 0101 для D2, 0011 для D3 a Х2=хххА0 (где х принимает любые значения [0,1]). Команды делятся на две группы. Первую составляют команды инициализации, а вторую команды операций.

Группа КИ служит для настройки контроллера перед началом работы.КИ1 и КИ2 записываются в РКИ в любом случае, а если в системе более одного КПР, то записывается и КИ3.КИ3 для ведомого и ведущего контроллера имеют различный формат. В первом случае команда определяет двоичный код номера входа к которому подключен ведомый КПР, а во втором номера входов к которым подключены ведомые КПР. Запись КИ3 происходит при А0=1. После записи КИ3 контроллер готов к работе.

КПР принимает запросы по 8 линиям, запоминает их в регистре запросов, определяет запрос с наивысшим приоритетом и формирует сигнал прерывания для МП. После получения сигнала подтверждения контроллер выдает на шину данных код команды CALL:11001101 который записывается в регистр микрокоманд МП. После этого МП дважды выдает сигнал подтверждения. По первому КПР выдает младший, а по второму старший байты начального адреса ПОП. Старший байт-это КИ2,а младший формируется из разрядов А5-А7 КИ1 и из двоичного кода номера запроса.

Исходное распределение уровней приоритета между входами устанавливается после приема КИ1.Высший приоритет присваивается входу IR0,а низший IR7.Статус уровней приоритета может быть изменен командами КО. При помощи КО1 и КО3 можно замаскировать ряд запросов, а командами КО2 присвоить одному из входов низший приоритет. В последнем случае цепочка приоритетов циклически сдвигается.

Для маскирования разрядов используется КО1, которая загружается в регистр маски при А0=1,и представляет собой код маски. После загрузки КО1 не воспринимаются запросы соответствующие разрядам кода маски имеющих 1 значение.

Загрузку КО2 нельзя производить сразу после записи КИ1.В этом случае она воспримется как КИ2.

Команды КО3 позволяют разблокировать действие обслуживаемого запроса, на запросы с более низким приоритетом не сбрасывая этот регистр.

Команды КО2 также используются для организации завершения прерывания после его обработки. Код такой КО2(Х0100ХХХ).

Лабораторная работа: Исследование БИС программируемого контроллера прерываний КР580ВН59