8.5  Zber nameraných údajov

Filozofia softwarových balíkov:

- v grafickom prostredí sa navrhuje graf signálu, popisujúci tok dát (priebeh): funkčné bloky na jednom grafe signálu sa umiestnia podľa požiadaviek    

  úlohy a vzájomne sa prepoja linkami

- zber dát umožňuje: - analýzu

                                - riadenie behu programu

                                - spracovanie obrazu

                                - vizualizáciu

                                - výmenu dát s inými programami

Rozhranie USB

- USB = Universal serial bus (sériový zbernicový port)

- rýchlosť:  zariadenia s nízkou prenosovou rýchlosťou (lowspeed) – 1,5 Mbps

                  zariadenia s plnou prenosovou rýchlosťou (fullspeed) – 12 Mbps

- všetky zariadenia USB sú „ plug – and – play ” (automaticky sa inicializuje).

- typy konektorov:

- dutinkové konektory pre montáž na dosky (napájanie +5V....do 100mA)

- napájanie zariadení pripojených na USB:

                                   - self – powered (vlastný napájací zdroj má pripojené zariadenie)

                                   - bus – powered (pripojené zariadenie je napájané z USB)

USB je zbernica hviezdicového typu s jedným zariadením typu MASTER. K pripojeniu prídavných zariadení k portu treba HUB (= rozdeľovač zbernice). Samotný PC obsahuje koreňový hub (= root – hub; je umiestnený na základnej doske PC) pre realizáciu dvoch prípojov USB.

Zvyčajne býva externý hub s jedným portom (= upstream port) pre pripojenie k nadriadenému zariadeniu a štyrmi portami (= downstream port) pre pripojenie prídavných zariadení.

Na downstream port možno pripojiť ďalší hub. Celkom možno zapojiť až 7 hub za sebou → max 127 zariadení (teoreticky).

Prenos sa uskutočňuje tak, že PC si vyžiada údaje zo zariadenia. Údaje sa vysielajú a prijímajú v malých paketoch (po 8B alebo 256B) v čase 1ms. V rámci tejto 1ms možno spracovať dátové pakety pre niekoľko zariadení.

- pre lowspeed zariadenie trvá 1 bit 666,7 ns

- pre fullspeed zariadenie trvá 1 bit 83,3 ns

Prenosovú rýchlosť určuje master. Neprenáša sa žiadny samostatný hodinový signál. Používa sa na synchronizáciu metóda NRZ (= Non – return – to – zero).

(Nuly v dátach vyvolávajú zmenu úrovne, jednotky ponechávajú úroveň bez zmeny.)

Zariadenie USB má zvyčajne niekoľko pamätí typu FIFO, do ktorých možno prenášať dáta. K adrese zariadenia sa pridáva ešte tzv. adresa koncového bodu (= endpoint address), ktorá udáva, kam sa dáta majú umiestniť alebo odkiaľ sa majú odobrať.

Rozpoznávanie pripojeného zariadenia na USB:

1.) fullspeed zariadenie:

2.) lowspeed zariadenie:

Hub má dva vnútorné odpory 15kΩ a v nepoužitom prípoji je neaktívny, t.j. obe signálové linky (D+, D-) sú na úrovni LOW.

Dátové signály (D+, D-) sú diferenčné signály s úrovňami napätí 0V/3,3V. Odpor 1,5kΩ na strane pripojeného zariadenia je zapojený na D+ alebo D-, a tým sa určuje rýchlosť prenosu. Pri identifikácii zariadenia sa automaticky zavedie vhodný ovládač. Operačný systém rozpozná, či je zariadenie odpojené, vtedy odstráni ovládač z pamäte. Pripojenie zariadenia rozpozná hub tak, že jedna z liniek (D+, D-) sa cez odpor 1,5kΩ pripojí na 3,3V. Po pripojení nového zariadenia na zbernicu sa vykoná:

1.) hub informuje hostiteľa (= host) o tom, že bolo pripojené nové zariadenie.

2.) host pošle dotaz na hub, na ktorom porte je zariadenie pripojené.

3.) host (už vie, na ktorom porte), vydá príkaz na zapnutie portu a vynulovanie zbernice (reset)

4.) hub vytvorí nulovací (reset) signál dĺžky 10ms tak, že D+ a D- stiahne na LOW.

5.) kým zariadenie dostane svoju USB adresu, možno sa naň obracať prostredníctvom východiskovej adresy. Host prečíta prvé byty deskriptora

     zariadenia

6.) host priradí zariadeniu vlastnú zbernicovú adresu

7.) host pod novou zbernicovou adresou prečíta všetky konfiguračné informácie zo zaradenia

8.) host priradí zariadeniu jednu z možných konfigurácií. Zariadenie je pripravené

Spôsoby prenosu údajov cez USB:

1.) riadiaci prenos ( Control – Transfer): na riadenie sa používajú riadiace dotazy s vysokou prioritou a s automatickým strážením chýb. Jedným dotazom sa môže preniesť až 64B → používa sa pre riadenie, meranie, reguláciu (= bezpečnosť dát a vysoká rýchlosť)

2.) prenos pri prerušení (= Interrupt – Transfer): nevyvoláva sa prerušenie, ale sa systém periodicky dotazuje na nové dáta (prenos 8 byt)

→ používa sa pre zariadenia, ktoré periodicky vysielajú malé množstvo dát (myš, klávesnica)

3.) hromadný prenos ( Bulk – Transfer): prenos veľkého množstva dát so strážením chyby, ale nevyžadujú presný čas → tlačiareň, skener (majú nízku prioritu a rýchlosť závisí od vyťaženia zbernice)

4.) izochrónny prenos (Isochronous – Transfer): prenos veľkých objemov dát s definovanou prenosovou rýchlosťou (→ zvuková karta), kde sa nevykonáva korekcia chýb, lebo jednotlivé chyby v prenose sú menej zlé ako medzery v prenose.

Pripojenie zariadení na USB:

Napr. sa realizujú cez kontrolér portov (musí mať identifikátor dodávateľa = vendor – ID a identifikátor zariadenia = device – ID ). Zariadenie je ovládané výhradne cez ovládač, priame hardvérové prístupy cez adresy portov (ako pri DOS) nie je možné. S ovládačmi sa principiálne pracuje ako so súbormi, celé programovanie sa podobá prístupom k súborom alebo prístupom na RS232.

- príklad zapojenia: kontrolér CY7C63001A (na porty P1, P0 sú už potom pripojené

  zariadenia, napr. analógové vstupy)