GRUPO SEMILLERO DE BIONANOELECTRÓNICA ING. LEWIN LÓPEZ JULIO 2009

Transcripción

1 GRUPO SEMILLERO DE BIONANOELECTRÓNICA ING. LEWIN LÓPEZ JULIO 2009

2 Problema: falta de flexibilidad en la reconfiguración de todo computador MS-DOS Windows 95 facilidad PCI ISA PCMCIA facilidad? 1

3 USB - Universal Serial Bus: Dispositivo que permite conectar amplia variedad de periféricos fácilmente a computadores, sin reiniciar ni volver a configurar. Los dispositivos con USB se configuran automáticamente tan pronto como se han conectado. Se pueden unir dispositivos en una cadena para conectar más dispositivos. 2

4 Sistema de comunicación entre dispositivos que sólo transmite una unidad de información a la vez. Puede trabajar en dos modos (Especificación 1.1): - 1,5 Mbps (teclados, ratones ) - 12 Mbps (CDROM, altavoces ) Compacto: cable de 4 hilos, 2 para datos y 2 para alimentación Organiza el bus en estructura de árbol 3

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6 Todos los dispositivos tienen un sistema de configuración idéntico, incluso un mismo driver sirve para varios dispositivos diferentes. Plug n Play (conectar y listo): No tenemos que tocar nada en el hardware y todo es configurable por software. 5

7 - Apuntan hacia la vista del usuario: Plug n Play Hot pluggin No tiene que preocuparse por conflictos IRQ o insertar tarjetas Conectar hasta 127 dispositivos 6

8 SCSI : velocidad, capacidad de transferencia, 7 dispositivos Ultra Wide SCSI-2 : 15 dispositivos en cadena, alto costo Serie: 112,5 KB/s Paralelo: entre 600 KB/s y 15 MB/s No son Plug n Play Límite de expansibilidad: normalmente 4 ranuras PCI, 4 ISA, 1 AGP, 2 puertos serie y 1 paralelo 7

9 USB versión 1.0 y 1.1 : conectar periféricos que no requieran grandes rangos de transmisión ancho de banda (<12 Mbps, tambien con la opción de transmisiones a 1.5 Mbps) - ratones, teclados, lectores de CD de baja velocidad (x4, x6), unidades de disquete - tarjetas de video, tarjetas de red a 100 Mbps, discos duros USB 2.0 : 30 o 40 veces más rápido (360 a 480 Mbps) - conexiones a internet de banda ancha, escáneres... USB 3.0 : Qué tiene de nuevo??? 8

10 Fácil expansión de periféricos en el PC Bajo coste para aplicaciones que demanda más de 12 Mbps Soporte completo para transmisión en tiempo real Flexibilidad de protocolos Cómoda integración de dispositivos de tecnología y fabricantes diferentes Posibilitar la producción de nuevos dispositivos capaces de aprovechar sus ventajas 9

11 HOST USB: - Es el computador mismo, concretamente una parte del mismo denominado Controlador USB del Host - Tiene la misión de hacer de interfaz entre el computador y los diferentes dispositivos - Su implementación es una combinación software y hardware todo en uno, es decir Firmware. - Es responsable a nivel hardware dentro del sistema USB de detectar y configurar nuevos dispositivos - Administra y controla el flujo de datos y de control entre el host y los dispositivos USB. 10

12 HOST USB: A nivel de software se encarga de: Enumeración y configuración de los dispositivos del sistema. Administración de control de transferencias de información. Administración avanzada de suministro eléctrico a los dispositivos (hasta 500 ma). Administración de la información del bus y los dispositivos USB. 11

13 FUNCIONES USB: Son todos los dispositivos que pueden conectarse al bus USB, a excepción de los hubs (ratón, monitor, módem ) Son capaces de recibir y transmitir información, ya sea del usuario o de control Comparten cable y conectores comunes Pueden ser a la vez nuevos hubs 12

14 Todo dispositivo USB tiene mismo cable y conector. Detalles consumo y administración eléctrica transparentes (no necesitan cable extra de alimentación). Plug & Play, Hot plugging y Hot unplugging. Mismo bus para dispositivos lentos y rápidos. Pc identifica y configura dispositivo mientras opera. Bajo coste. Topologia en estrella estratificada piramidalmente. 10 veces más rápido que los puertos serie tradicionales. 13

15 Hasta 127 dispositivos en cadena mediante HUBs USB. Cada dispositivo hasta 5m de cable vs. 1m puerto serie. Cada dispositivo puede actuar como HUB USB. Actualmente, los dispositivos del mercado no aprovechan la capacidad de hacer de HUB. 14

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17 Conexión punto a punto. Distancia máxima entre USB s: 5 metros. Las comunicaciones son inicializadas por el root hub La señalización es half-duplex No manda el clock, transmisión asíncrona, (se manda en la trama) Transmisión empaquetada. Transmisión a 12 MHz, pero muestreo de las señales a 48 MHz (mejora de la calidad). 16

18 Información Bus inactivo D+ Vel. Alta (12Mbps) D- Vel. Lenta (1,5 Mbps) 17

19 Sync: sequencia , para sincronizar el reloj. El primer byte contiene el Packet Identifier. Diferentes tipos de paquetes. El tamaño de la información varia de 1 a 1025 bytes. El final de paquete son dos bits a 00 Protocolo orientado a bit bit stuffing. Codificación NRZI. 18

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21 Obedece a la especificación USB V2.0 Soporta comunicación Low Speed (1.5 Mb/s) y Full Speed (12 Mb/s) compatible con la Maquina de Interfaz Serial (SIE) que permite la comunicación rápida entre algun Host USB y el PIC. Soporta transferencias de Control, Interrupción, Isócronas y Masivas Soporta hasta 32 endpoints (16 bidireccional) Acceso dual de 1-Kbyte RAM para USB Incorpora su propio transceiver USB on-chip y un regulador de 3.3V Soporta el uso de transceivers externos y reguladores de voltaje. 20

22 FSEN: Full Speed UPUEN: Res. Pull-up UTRDIS: Des.Transceiver VM: Entrada D- VP: Entrada D+ RCV: Entrada SIE VMO: Salida SIE VPO: Sallida SIE 21

23 La operación del modulo USB esta configurado y manejado por 3 registros de control. Asimismo, un total de 19 registros son utilizados para el manejo de las transacciones USB, entre ellos están: Registro de Control USB (UCON) Registro de Configuración USB (UCFG) Registro de Estado de transferencia USB (USTAT) Registro de Dirección del dispositivo USB (UADDR) Registros de Números de Trama (UFRMH:UFRML) Registros de Habilitación de puntos terminales del 0 al 15 (UEPn) El manejo de estos registros es transparente en lenguaje C. 22

24 Este tipo de aplicación que se muestra a continuación consta de tres partes: Programación de la aplicación para el PIC Programación de la aplicación para PC Generación del Driver suministrado por Microchip En el ejemplo de aplicación se observa que es posible determinar en todo momento el estado de la conexión USB que permite realizar o no la manipulación y sensado de las variables mostradas (LEDS, DIPSWITCH, CONVERSOR AD). El control de los LEDs se realiza por medio de botones y el estado de las variables análogas y dipswitch se actualiza de acuerdo al estado de la conexión y al valor del circuito hardware. 23

25 PicUSB.h: Este archivo contiene la configuración del dispositivo USB y los descriptores de: Configuración Interfaz Punto Terminal Cadena Dispositivo pic18_usb.h: Driver del Pic USB del CCS que lo provee Microchip para la serie PIC18Fxx5x usb_init() - Inicializa la pila USB y los perifericos. Habilita las interrupciones. Prototipo: usb_init(); usb_init_cs() - Es mas pequeño que usb_init() y no engancha las unidades al bus USB, ni habilita las interrupciones. Prototipo: usb_init_cs(); usb_put_packet() - Envía un paquete a el Host. Prototipo: usb_put_packet(endpoint,*ptr,len,toggle); 24

26 usb_kbhit() - Retorna TRUE si el punto terminal de salida contiene un dato de el Host. Prototipo: usb_kbhit(endpoint); usb_get_packet() Obtiene un paquete de el Host. Prototipo: usb_get_packet(endpoint,*ptr,max); usb_detach() Desengancha USB del sistema. Prototipo: usb_dettach(); usb_attach() Engancha USB a el sistema Prototipo: usb_attach(); usb_attached() - Retorna TRUE si el dispositivo esta enganchado a el cable USB Prototipo: usb_attached(); usb_task() Habilita los periféricos y luego habilita las interrupciones Prototipo: usb_task(); 25

27 USB.c: handles usb setup tokens and get descriptor reports. usb_enumerated() Retorna TRUE si el dispositivo ha sido enumerado por el Host, FALSE si no lo ha sido. Prototipo: usb_enumerated() ; usb_wait_for_enumeration() Se mantiene en una lazo infinito hasta que el dispositivo sea enumerado. Prototipo: usb_wait_for_enumeration(); usb_puts() Envia múltiples paquetes mensaje a el Host. Prototipo: usb_puts(endpoint, *ptr, len, timeout); usb_gets() Recibe múltiples paquetes de el Host. Prototipo: usb_gets(endpoint, ptr, max, timeout); 26

28 USB.h: Se encuentran los prototipos y las definiciones usados por el driver del compilador CCS. USB_MAX_EP0_PACKET_LENGTH (num) Tamaño máximo del paquete para el Endpoint 0. USB_EPx_RX_ENABLE (Tipo de transferencia) RX (PC a el dispositivo) Tipos de transferencias: USB_ENABLE_CONTROL USB_ENABLE_ISOCHRONOUS USB_ENABLE_BULK USB_ENABLE_INTERRUPT USB_ENABLE_DISABLED USB_EPx_RX_SIZE (non 0) Espacio de memoria reservado para la recepción de paquetes. USB_EPx_TX_ENABLE (Tipo de transferencia) TX (dispositivo a el PC). USB_EPx_TX_SIZE (non 0) Espacio de memoria reservado para la transmisión de paquetes. 27

29 La API del host se entrega en forma de librerías de enlace dinámico para Windows (DLL). La interfaz DLL del host se comunica con el dispositivo a través del driver instalado y de la pila USB del sistema. o o MPUSBGetDLLVersion: Obtiene el nivel de revisión de la mpusbapi.dll DWORD_MPUSBGetDLLVersion(); MPUSBGetDeviceCount: Retorna el num. de dispositivos conectados (VID & PID). VID = 0x04d8 (Microchip) MPUSBGetDeviceCount(string pvid_pid); 28

30 o o MPUSBOpen: Retorna el handle del endpoint que coincida con VID & PID Instance (Input) pvid_pid (Input) pep (Input) dwdir (Input) void*_mpusbopen(dword instance, string pvid_pid, string pep, DWORD dwdir, DWORD dwreserved); MPUSBRead: Recibe en un buffer los datos leídos y el tamaño desde buffer Handle (Input) pdata (Output) dwlen (Input) plength (Output) dwmilliseconds (Input) DWORD_MPUSBRead(void*handle, void*pdata, DWORD dwlen, DWORD*pLength, DWORD dwmilliseconds); 29

31 o o MPUSBWrite: Envía los datos y el tamaño hacia el buffer Handle (Input) pdata (Input) dwlen (Input) plength (Output) dwmilliseconds (Input) DWORD_MPUSBWrite(void*handle, void*pdata, DWORD dwlen, DWORD*pLength, DWORD dwmilliseconds); MPUSBClose: Cierra el handle correspondiente. bool_mpusbclose(void*handle); 30

32 El USB permitirá reducir costes de los periféricos ya que no requiere tarjetas adicionales ni transformadores de energía Sigue una especificación orientada a la comodidad de los usuarios y a la facilidad del manejo por personas sin formación técnica Con la introducción del USB se consigue que las computadores tengan acceso a la instalación de periféricos de forma segura y rápida 31

33 Internet Libros USB Complete (Second edition) Jan Axelson Ed.Lakeview Research USB design by example a practical guide to building I/O devices John Hyde USB is a nutshell. 32