Použití USB v zařízeních – výrobky společnosti FTDI v nabídce TME
Použití USB v zařízeních – výrobky společnosti FTDI v nabídce TME |
|
| Středa, 30. listopad 2011 |
|
Dlouhou dobu velká část zařízení, která využívají sériový přenos dat, používala rozhraní RS232C, ačkoliv pro objektivitu je nutno dodat, že to nebylo řešení jediné a mělo své konkurenty. Navzdory rostoucím požadavkům uživatelů se zdálo, že jeho význam zůstane ještě po nějakou dobu neohrožen. Objevil se však revoluční protokol sériového rozhraní USB (Universal Serial Bus). Nový protokol umožnil dosáhnout takové funkčnosti zařízení, která by při dalším používání starého RS232 nebyla možná. Umožňoval snadno nahradit několik dříve používaných rozhraní jediným, navíc rychlejším, než byli jeho předchůdci. Nemožnost zadávat v protokolu RS232 adresu zařízení byla jednou z příčin, která ztěžovala obsluhu mnoha zařízení. Nadšení konstruktérů však současně provázely nejasnosti, jak nový protokol používat. Důkladné seznámení se s novým protokolem představovalo velmi těžkou, téměř nezdolatelnou překážku. Toho si rychle všimla britská společnost FTDI (Future Technology Devices International Limited), která jako jedna z prvních na světě přišla s nabídkou, která se „nedala odmítnout". Řešení, která navrhovala, byla ideální pro přechod z protokolu RS232 na USB. Díky obvodům, které nabídla spolčenost FTDI, může konstruktér i bez nejmenší znalosti protokolu USB obsluhovat zařízení, která využívají toto rozhraní. Plní totiž roli můstku mezi porty obou protokolů. V jednom z pracovních režimů je port USB, z hlediska konstruktéra, obsluhován tak, jako dobře známý RS232. Obvody společnosti FTDI realizují všechny operace, nezbytné k řádné práci rozhraní USB. Tedy enumeraci zařízení (včetně rozpoznání jejich třídy, adresování, instalaci ovládače), vyrovnávání a kódování dat, obsluhu několika komunikačních protokolů a také příslušné utváření elektrických signálů, ale bez překladu úrovní. Nabídka FTDINabídka společnosti FTDI zahrnuje tři druhy výrobků. Jedná se o integrované obvody, kabely a komunikační modely. Integrované obvody jsou určeny k pohodlné implementaci USB rozhraní do uživatelských aplikací. Mezi nimi se rozlišuje rodina FT, která se skládá s převodníků USB Slave, a také ovládače USB Host/Slave (rodina Vinculum). Obvody FT mohou pracovat jako převodníky USB ↔ UART (FT232B, FT232R) nebo USB ↔ FIFO (FT245B, FT245B). Obsluhují protokol USB 2.0 Full Speed (12 Mb/s). Existují také obvody, které pracují jako převodníky USB ↔ UART/FIFO (FT2232D, FT4232H i FT2232H). Dva poslední obsluhují protokol Hi-speed USB 2.0 (480 Mb/s). Převodníky jsou vybaveny vnitřní vyrovnávací pamětí s kapacitou od 128 bajtů do 4 kB (podle typu obvodu) současně pro vysílač i přijímač, pro každý dostupný kanál. Počet kanálů je roven od 1 do 4 podle typu obvodu. Rychlost přenosu na straně UART-u je nastavena v rozsahu od 300 b/s do 1 Mb/s (nebo standardně pro systém Windows 921,6 kb/s). Obvody FT232R a FT245R mají vnitřní konfigurační paměť EEPROM, ostatní vyžadují používání externí paměti. Většina obvodů z rodiny FT může pracovat v rozsahu teplot od-40 do +85°C. Jsou dostupné v krabičkách LQFP, SSOP a QFN s počtem vývodů podle typu (od 32 do 64). Je potřeba také uvést, že obvody FT2232D, FT4232H a FT2232H mohou být konfigurovány pro práci se synchronními protokoly SPI, I2C a JTAG.
Rodina Vinculum se skládá z obvodů VNC1L a VNC2 (Vinculum II). Oba obvody disponují dvěma porty USB a jedním portem UART. Obvod VNC1L je rozšířeným ovládačem hostu USB, VNC2 je naopak kompletní host USB 2.0. Je do něj implementován vnitřní procesor se 16 bitovým jádrem, který může provádět aplikace uživatele. K tomu účelu slouží část paměti Flash a RAM. Výrobce zajišťuje odpovídající podporu ze strany softwarového prostředí. Pomocí obvodů Vinculum lze relativně jednoduše obsluhovat USB zařízení typu Mass Storage, a tedy paměti Flash typ pen drive, USB disky a další. Komunikace mezi obvody Vinculum a externím mikrokontrolérem probíhá přes port SPI nebo UART. Obvod druhé generace VNC2 je zpětně kompatibilní se svým předchůdcem VNC1L. Přenosové kabely – jedná se o výrobky společnosti FTDI, které využívají mimo jiné výše uvedené vlastní integrované obvody. Představují dokonalé řešení všude tam, kde dochází k nutnosti přenášet data prostřednictvím USB mezi zařízeními, která jsou vybavena různými sériovými rozhraními. Jejich největší předností je snadné používání, protože není nutné je přizpůsobovat danému zařízení. Příslušný převod formátů (USB na RS232, RS422, RS485, signály TTL) se provádí pomocí vestavěné elektroniky. Podle potřeb lze vybrat kabely s různými druhy zakončení, od obecně používaných konektorů pro zapojení USB a až po různé spojky nebo dokonce „holé" kabely. Rozhraní, obsažená v kabelech pracují v napěťových standardech 3,3 V a 5 V. Ze strany UART-u jsou obsluhovány linky Tx, Rx, RTS a CTS. V kabelu se nacházejí také napájecí vodiče VCC a GND. Jako příklad je na obr. 1 představeno schéma převodníku, použitého v kabelu USB RS232, na obr. 2 pak jeho praktická realizace.
USB moduly jsou poslední skupinou výrobků společnosti FTDI, které mají podobné určení jako výše uvedené výrobky. V tomto případě se však jedná o hotové polotovary, které mohou používat konstruktéři ve vlastních aplikacích v rozsahu obsluhy rozhraní USB. Jejich použitím lze zkrátit a zjednodušit fázi projektování a stavění prototypu elektronických zařízení s rozhraním USB. Malé rozměry dokonce umožňují jejich umístění v koncových zařízeních. USB moduly dědí většinu funkčních vlastností obvodů FTDI, na jejichž základě jsou postaveny. To, co je odlišuje od ostatních výrobků této společnosti, je určení a způsob využití. Na obr. 3 je představen modul USB serial UART. Jedná se o jednu z jednodušších verzí této skupiny výrobků, v nabídce lze nalézt také vícekanálová řešení, například USB-COM422-PLUS-4 – čtyřkanálový převodník RS422 ↔ USB (obr. 4).
OvládačePřevodníky USB společnosti FTDI mohou pracovat se dvěma druhy ovládačů. Prvním z nich, uživatelsky nejpřístupnější, je VCP, neboli Virtual COM Port. Po jeho instalaci se v operačním systému počítače vytvoří virtuální sériový port, který je obsluhován vestavěnými mechanismy a systémovými funkcemi. Ve výsledku uživatel píše aplikaci přesně stejným způsobem jako pro typický sériový port (COM). Druhým typem ovládače je D2XX. V tomto případě je obsluha rozhraní USB prováděna funkcemi dostupnými v DLL knihovnách. Vzhledem k jejich počtu je úkol konstruktéra mnohem obtížnější než při používání VCP, ale také poskytuje více možností. Každý z uvedených typů ovládačů je zpřístupněn výrobcem bezplatně a bez licencí, dokonce i pro komerční využití. Existují verze pro všechny aktuálně používané 32bitové a 64bitové operační systémy (Windows, Linux, Mac OS X, a také Windows CE). FTDI však již nepodporuje verze pro Windows 98/ME, Mac OS 8 a 9. Společnost FTDI není jedinou, která vyrábí obvody určené pro obsluhu USB rozhraní, její pozice lídra na polském trhu je však nezpochybnitelná. Za svůj úspěch vděčí vysoké rychlosti, s níž její nabídka reaguje na aktuální požadavky zákazníků, a také široké paletě výrobků. Možnost nákupu prostřednictvím internetového obchodu TME nepochybně přispěje k dalšímu rozšíření obliby obvodů FTDI.
TME Czech Republic s.r.o. |
Uživatelé elektronického vybavení se v současnosti setkávají s několika protokoly pro datové přenosy. Často souvisejí s určitou skupinou zařízení. Určitou výjimku tvoří rozhraní USB, které se dobře osvědčuje v mnoha různých aplikacích. Protokol, který se v něm používá, však není jednoduché zvládnout, proto se velmi rychle po stanovení specifikace USB objevily specializované systémy, které velmi usnadňují život konstruktérům.
