Systemy wbudowane - wykład 7

Transkrypt

1 Systemy wbudowane - wykład 7 Przemek Błaśkiewicz 11 kwietnia / 76

2 I 2 C aka IIC aka TWI Inter-Integrated Circuit 2 / 76

3 I 2 C aka IIC aka TWI Inter-Integrated Circuit używa dwóch linii przesyłowych i wykorzystuje architekturę master/slave 3 / 76

4 I 2 C aka IIC aka TWI Inter-Integrated Circuit używa dwóch linii przesyłowych i wykorzystuje architekturę master/slave jednostki mają adres (7 lub 10 bitów) 4 / 76

5 I 2 C aka IIC aka TWI Inter-Integrated Circuit używa dwóch linii przesyłowych i wykorzystuje architekturę master/slave jednostki mają adres (7 lub 10 bitów) typowe transfery 100 kbit/s (standard), 10 kbit/s (low speed), ale można używać dowolnych częstotliwości (do 3.4Mbps w ostatniej specyfikacji) 5 / 76

6 I 2 C aka IIC aka TWI Inter-Integrated Circuit używa dwóch linii przesyłowych i wykorzystuje architekturę master/slave jednostki mają adres (7 lub 10 bitów) typowe transfery 100 kbit/s (standard), 10 kbit/s (low speed), ale można używać dowolnych częstotliwości (do 3.4Mbps w ostatniej specyfikacji) liczba urządzeń na magistrali ograniczona adresacją i pojemnością (elektryczną) linii 6 / 76

7 I 2 C aka IIC aka TWI Inter-Integrated Circuit używa dwóch linii przesyłowych i wykorzystuje architekturę master/slave jednostki mają adres (7 lub 10 bitów) typowe transfery 100 kbit/s (standard), 10 kbit/s (low speed), ale można używać dowolnych częstotliwości (do 3.4Mbps w ostatniej specyfikacji) liczba urządzeń na magistrali ograniczona adresacją i pojemnością (elektryczną) linii 7 / 76

8 I2C - schemat komunikacji 1 Master wysyła bit START oraz 7 bitów adresu slave 8 / 76

9 I2C - schemat komunikacji 1 Master wysyła bit START oraz 7 bitów adresu slave 2 Master wysyła bit 0 lub 1 (chęć pisania lub czytania slave) 9 / 76

10 I2C - schemat komunikacji 1 Master wysyła bit START oraz 7 bitów adresu slave 2 Master wysyła bit 0 lub 1 (chęć pisania lub czytania slave) 3 Slave odpowiada (jeśli jest) bitem ACK 10 / 76

11 I2C - schemat komunikacji 1 Master wysyła bit START oraz 7 bitów adresu slave 2 Master wysyła bit 0 lub 1 (chęć pisania lub czytania slave) 3 Slave odpowiada (jeśli jest) bitem ACK 4 Dane są przesyłane (MSB najpierw) 11 / 76

12 I2C timing 12 / 76

13 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; 13 / 76

14 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; bit STOP : SCL Hi oraz SDA / 76

15 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; bit STOP : SCL Hi oraz SDA 0 1 (przy transmisji danych) SDA jest ustalone przy SCL Hi 15 / 76

16 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; bit STOP : SCL Hi oraz SDA 0 1 (przy transmisji danych) SDA jest ustalone przy SCL Hi powtórny START: bit START powtórzony po danych, bez STOP 16 / 76

17 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; bit STOP : SCL Hi oraz SDA 0 1 (przy transmisji danych) SDA jest ustalone przy SCL Hi powtórny START: bit START powtórzony po danych, bez STOP bit ACK : odbiorca wysyła bit 0 17 / 76

18 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; bit STOP : SCL Hi oraz SDA 0 1 (przy transmisji danych) SDA jest ustalone przy SCL Hi powtórny START: bit START powtórzony po danych, bez STOP bit ACK : odbiorca wysyła bit 0 bit NACK : odbiorca wysyła bit 1 (normalny stan na linii!) 18 / 76

19 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; bit STOP : SCL Hi oraz SDA 0 1 (przy transmisji danych) SDA jest ustalone przy SCL Hi powtórny START: bit START powtórzony po danych, bez STOP bit ACK : odbiorca wysyła bit 0 bit NACK : odbiorca wysyła bit 1 (normalny stan na linii!) gdy odbiorcą jest master: już nie chcę więcej czytać od slave 19 / 76

20 I2C timing bit START : SCL Hi oraz SDA 1 0; bit STOP : SCL Hi oraz SDA 0 1 (przy transmisji danych) SDA jest ustalone przy SCL Hi powtórny START: bit START powtórzony po danych, bez STOP bit ACK : odbiorca wysyła bit 0 bit NACK : odbiorca wysyła bit 1 (normalny stan na linii!) gdy odbiorcą jest master: już nie chcę więcej czytać od slave gdy odbiorcą jest slave: nie mogę czytać, nie ma mnie, nie rozumiem; 20 / 76

21 I2C - fizyczność na liniach SCL i SDA zastosowano rezystory pull-up 21 / 76

22 I2C - fizyczność na liniach SCL i SDA zastosowano rezystory pull-up V dd to typowo 3.3 lub 5V 22 / 76

23 I2C - fizyczność na liniach SCL i SDA zastosowano rezystory pull-up V dd to typowo 3.3 lub 5V linia, na której nikt nie nadaje (pływająca) ma V dd 23 / 76

24 I2C - fizyczność na liniach SCL i SDA zastosowano rezystory pull-up V dd to typowo 3.3 lub 5V linia, na której nikt nie nadaje (pływająca) ma V dd dla SCL - clock stretching, dla SDA - arbitraż 24 / 76

25 I2C - fizyczność na liniach SCL i SDA zastosowano rezystory pull-up V dd to typowo 3.3 lub 5V linia, na której nikt nie nadaje (pływająca) ma V dd dla SCL - clock stretching, dla SDA - arbitraż slave może przedłużyć SCL na Lo 25 / 76

26 I2C - fizyczność na liniach SCL i SDA zastosowano rezystory pull-up V dd to typowo 3.3 lub 5V linia, na której nikt nie nadaje (pływająca) ma V dd dla SCL - clock stretching, dla SDA - arbitraż slave może przedłużyć SCL na Lo nadające urządzenia monitorują czy SDA jest takie, jak się spodziewają 26 / 76

27 PROFIBUS protokół szeregoweg połączenia wielu urządzeń 27 / 76

28 PROFIBUS protokół szeregoweg połączenia wielu urządzeń przemysłowy standard ISO / 76

29 PROFIBUS protokół szeregoweg połączenia wielu urządzeń przemysłowy standard ISO 7498 określony dla warstw 1, 2 i 7 (PHY, MAC, APP) 29 / 76

30 PROFIBUS protokół szeregoweg połączenia wielu urządzeń przemysłowy standard ISO 7498 określony dla warstw 1, 2 i 7 (PHY, MAC, APP) usługi przetwarzania danych i kontrolowania urządzeń 30 / 76

31 Urządzenia PROFIBUS Master: 31 / 76

32 Urządzenia PROFIBUS Master: kontroluje ruch magistrali 32 / 76

33 Urządzenia PROFIBUS Master: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing 33 / 76

34 Urządzenia PROFIBUS Master: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 34 / 76

35 Urządzenia PROFIBUS Master: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 35 / 76

36 Urządzenia PROFIBUS Master: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 2 ukł. narzędziowe (wdrażanie, kontrola, utrzymanie sieci) 36 / 76

37 Urządzenia PROFIBUS Master: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 2 ukł. narzędziowe (wdrażanie, kontrola, utrzymanie sieci) 3 główny zegar, synchronizuje sieć 37 / 76

38 Urządzenia PROFIBUS Master: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 2 ukł. narzędziowe (wdrażanie, kontrola, utrzymanie sieci) 3 główny zegar, synchronizuje sieć 38 / 76

39 Urządzenia PROFIBUS Master: Slave: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 2 ukł. narzędziowe (wdrażanie, kontrola, utrzymanie sieci) 3 główny zegar, synchronizuje sieć 39 / 76

40 Urządzenia PROFIBUS Master: Slave: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 2 ukł. narzędziowe (wdrażanie, kontrola, utrzymanie sieci) 3 główny zegar, synchronizuje sieć urządzenia I/O, czujniki, aktywatory 40 / 76

41 Urządzenia PROFIBUS Master: Slave: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 2 ukł. narzędziowe (wdrażanie, kontrola, utrzymanie sieci) 3 główny zegar, synchronizuje sieć urządzenia I/O, czujniki, aktywatory odpowiadają tylko na żądanie mastera 41 / 76

42 Urządzenia PROFIBUS Master: Slave: kontroluje ruch magistrali może być kilka token passing trzy klasy: 1 kontrolery, sterowniki, PC-ty 2 ukł. narzędziowe (wdrażanie, kontrola, utrzymanie sieci) 3 główny zegar, synchronizuje sieć urządzenia I/O, czujniki, aktywatory odpowiadają tylko na żądanie mastera prostsze w implementacji 42 / 76

43 Adresacja Każde urządzenie na magistrali posiada adres 1-bajtową liczbę 43 / 76

44 Adresacja Każde urządzenie na magistrali posiada adres 1-bajtową liczbę Urządzenia master mają niskie adresy (1... n) 44 / 76

45 Adresacja Każde urządzenie na magistrali posiada adres 1-bajtową liczbę Urządzenia master mają niskie adresy (1... n) Urządzenia slave dysponują pozostałą pulą 45 / 76

46 Adresacja Każde urządzenie na magistrali posiada adres 1-bajtową liczbę Urządzenia master mają niskie adresy (1... n) Urządzenia slave dysponują pozostałą pulą Adres 126 (0x7E) adres dla urządzeń o zmiennym adresie 46 / 76

47 Adresacja Każde urządzenie na magistrali posiada adres 1-bajtową liczbę Urządzenia master mają niskie adresy (1... n) Urządzenia slave dysponują pozostałą pulą Adres 126 (0x7E) adres dla urządzeń o zmiennym adresie Adres 127 (0x7F) adres rozgłoszeniowy (broadcast) 47 / 76

48 Adresacja Każde urządzenie na magistrali posiada adres 1-bajtową liczbę Urządzenia master mają niskie adresy (1... n) Urządzenia slave dysponują pozostałą pulą Adres 126 (0x7E) adres dla urządzeń o zmiennym adresie Adres 127 (0x7F) adres rozgłoszeniowy (broadcast) Urządzenia typu repeater, interfejsy FO są przezroczyste 48 / 76

49 Medium transportowe RS-485 (dwużyłowe, kodowanie różnicowe, +1 +4V) 49 / 76

50 Medium transportowe RS-485 (dwużyłowe, kodowanie różnicowe, +1 +4V) światłowodowe (szklane, syntetyczne) 50 / 76

51 Medium transportowe RS-485 (dwużyłowe, kodowanie różnicowe, +1 +4V) światłowodowe (szklane, syntetyczne) MBP (Manchester Bus Powered) (31,25 kbps) / 76

52 Kodowanie, kodowanie / 76

53 Kodowanie, kodowanie... źródło: WikiMedia Kodowanie: przejście w połowie bitu 1 : 1 0, 0 : 0 1 (lub odwrotnie...) 53 / 76

54 Kodowanie, kodowanie... źródło: WikiMedia Kodowanie: zawsze zmiana w połowie bitu (opadające zbocze CLK), a na początku bitu zmiana 1 0 lub 0 1 koduje 1, a brak zmiany koduje 0 (lub odwrotnie...) 54 / 76

55 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: 55 / 76

56 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: Send Data, No ACK (zarządzanie) 56 / 76

57 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: Send Data, No ACK (zarządzanie) Send Data, ACK (między masterami) 57 / 76

58 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: Send Data, No ACK (zarządzanie) Send Data, ACK (między masterami) Send Data, Request Data (master slave) 58 / 76

59 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: Send Data, No ACK (zarządzanie) Send Data, ACK (między masterami) Send Data, Request Data (master slave) Cyclic Send Data, Request Data 59 / 76

60 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: Send Data, No ACK (zarządzanie) Send Data, ACK (między masterami) Send Data, Request Data (master slave) Cyclic Send Data, Request Data Send and Request Data, Broadcast Response 60 / 76

61 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: Send Data, No ACK (zarządzanie) Send Data, ACK (między masterami) Send Data, Request Data (master slave) Cyclic Send Data, Request Data Send and Request Data, Broadcast Response paradygmat publish-subscribe 61 / 76

62 FDL warstwa danych Dostępne są następujące schematy przesyłania danych: Send Data, No ACK (zarządzanie) Send Data, ACK (między masterami) Send Data, Request Data (master slave) Cyclic Send Data, Request Data Send and Request Data, Broadcast Response paradygmat publish-subscribe Clock Sync 62 / 76

63 Synchronizacja zegara 63 / 76

64 Synchronizacja zegara 64 / 76

65 MAC warstwa dostępowa Tylko master posiadający żeton (token) inicjuje komunikację 65 / 76

66 MAC warstwa dostępowa Tylko master posiadający żeton (token) inicjuje komunikację Żeton jest przekazywany w kierunku wyższych adresów po określonym czasie 66 / 76

67 MAC warstwa dostępowa Tylko master posiadający żeton (token) inicjuje komunikację Żeton jest przekazywany w kierunku wyższych adresów po określonym czasie Każdy master cyklicznie odpytuje urządzenia do następnego mastera 67 / 76

68 MAC warstwa dostępowa Tylko master posiadający żeton (token) inicjuje komunikację Żeton jest przekazywany w kierunku wyższych adresów po określonym czasie Każdy master cyklicznie odpytuje urządzenia do następnego mastera Nowy master może wtedy się zgłosić, stary potwierdza swój status online 68 / 76

69 MAC warstwa dostępowa Tylko master posiadający żeton (token) inicjuje komunikację Żeton jest przekazywany w kierunku wyższych adresów po określonym czasie Każdy master cyklicznie odpytuje urządzenia do następnego mastera Nowy master może wtedy się zgłosić, stary potwierdza swój status online Jeśli minie ustalony czas i żeton się nie pojawi w sieci, każdy master ustawia timer: 6 T sl + 2n T sl i pierwszy, który odpali rozpoczyna proces od nowa programatory mają adres n = 0 69 / 76

70 MAC warstwa dostępowa Tylko master posiadający żeton (token) inicjuje komunikację Żeton jest przekazywany w kierunku wyższych adresów po określonym czasie Każdy master cyklicznie odpytuje urządzenia do następnego mastera Nowy master może wtedy się zgłosić, stary potwierdza swój status online Jeśli minie ustalony czas i żeton się nie pojawi w sieci, każdy master ustawia timer: 6 T sl + 2n T sl i pierwszy, który odpali rozpoczyna proces od nowa programatory mają adres n = 0 Każda stacja liczy czas do powrotu żetonu (jeśli jest mniejszy, niż ustalony próg - może nadawać) 70 / 76

71 Ramki danych no data SD1 dst src FC crc ED data1 SD2 len len SD2 dst src FC data crc ED data2 SD3 dst src FC data crc ED żeton SD4 dst src ACK SC SDx (start delim), SC (short conf.), ED (end delim) odległość Hamminga = 4 FC - function code 71 / 76

72 Ramki danych no data SD1 dst src FC crc ED data1 SD2 len len SD2 dst src FC data crc ED data2 SD3 dst src FC data crc ED żeton SD4 dst src ACK SC SDx (start delim), SC (short conf.), ED (end delim) odległość Hamminga = 4 FC - function code zawiera opis schematu przesyłania danych lub (zwrotnie) kod błędu; 72 / 76

73 Ramki danych no data SD1 dst src FC crc ED data1 SD2 len len SD2 dst src FC data crc ED data2 SD3 dst src FC data crc ED żeton SD4 dst src ACK SC SDx (start delim), SC (short conf.), ED (end delim) odległość Hamminga = 4 FC - function code zawiera opis schematu przesyłania danych lub (zwrotnie) kod błędu; zawiera bity FCV i FCB (frame count bit) odwracany po każdej udanej transmisji) 73 / 76

74 Do zapamiętania I2C: linie, sygnały, arbitraż, clock-stretching 74 / 76

75 Do zapamiętania I2C: linie, sygnały, arbitraż, clock-stretching PROFIBUS: master/slave vs. token-ring, mechanizmy dołączania, komunikacji / 76

76 Do zapamiętania I2C: linie, sygnały, arbitraż, clock-stretching PROFIBUS: master/slave vs. token-ring, mechanizmy dołączania, komunikacji... kodowania Manchester i inne / 76