Transcript Liens sériels

MIC7340
Entrées sorties de base –
ports sériels
Mounir Boukadoum
Traduit et adapté de sources
l’anglais anglaises
Transmission sérielle
• Transmet un mot binaire bit
par bit, sur un seul fil
• La durée d’un bit est spécifiée
par une horloge
• En théorie, plus lente que la
transmission parallèle ; en
pratique, moins de fils =>
moins d’interférence
électromagnétique => liens
plus rapides et câbles plus
longs
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Types de transmission sérielle
• Asynchrone :
– L’intervalle séparant 2 caractères transmis est quelconque.
– Simple mais demande de détecter les débuts et fin des caractères
(« overhead » lourd)
– Utilisation: liaisons locales (pour la simplicité de l`interface), vitesses
faibles.
• Synchrone :
– Les caractères sont transmis par blocs, sans temps mort entre
caractères successifs (« overhead » léger)
– Architecture plus complexe qu’en mode asynchrone
• Les intervalles de temps entre les blocs doivent être remplis avec des
caractères de synchronisation (« padding »).
• Une horloge précise doit assurer la synchronisation entre émetteur et
récepteur
– Utilisation: liaisons distantes, vitesses grandes.
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Exemple de trame dans un système de
communication sériel synchrone
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Synchronisation des données
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1 Raw data
0
+V
1
0
1
1
1
1
1
0
1
RZ, bipolar
1
0
1
1
1
1
1
0
1
NRZ, Manchester
-V
+V
-V
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Vitesses de transmission normalisées
(bits/s ou bps)
• Asynchrones :
– 5 (code Morse), 75 (Baudot), 110-150-300- 600 (TTY,
compteurs électriques avec modem), 1200- 2400-48009600-(14400)-19200-(28800)-(33400)- 38400, (56000, ),
57600, 115200
• Synchrones :
– 8k (voix) à 64k (ISDN), 1,536 M (T1), 2,048 (E1), 1 M-7M
(ADSL), 12 M-3 (USB), etc.
• Baud ou bits/s ?
– Baud = bit/s en tenant compte des bits de “gestion”
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Modes de liaison
• Simplex : transmission
unidirectionnelle
– Exemple: télédistribution
• À l’alternat (half-duplex) :
transmission bidirectionnelle
non simultanée
– Exemple: émetteur/récepteur
radio, tranmission par packets
(Ethernet/Internet), intercom
• Duplex : transmission
bidirectionnelle simultanée
– Exemple : téléphone, la
plupart des ports sériels
d’ordinateurs
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Transfert sériel asynchrone
• Phases (protocole RS-232) :
– Repos
– Bit de départ
– Données
– Parité
– Bit d’arrêt
– Repos ou début du transfert suivant
IDLE
START
D0
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D1
D2
D3
D4
D5
D6
P
STOP
IDLE or
START
UART
Transmitter
ready
• Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter
control
unit
– Encapsule la fonctionnalité d’un
port sériel asynchrone dans trois
types de registres
• Contrôle
• État
• Données
– Peut détecter diverses erreurs
– Inclut les tampons d’attente
– Inclut des signaux de commande
de MODEM et de gestion de canal
– Certains génèrent l’horloge
data bus
load
data holding register
load
1
data
shift register
serial data out
shift
clock
clock routing not shown for clarity
Receiver
shift register
serial data in
shift
data
load
control
unit
dav
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/wr
data holding register
/rd
data bus
Protocole RS-232
• Protocole populaire pour le raccordement physique
de deux ports sériels
• Définit plusieurs traits d’un canal de communication
par UART
– Équipements (DCE et DTE)
– Signaux et règles de synchronisation entre émetteur et
récepteur
– Niveaux des signaux
– Connecteur physique
– Signaux de contrôle pour Modem
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Contrôle de flux
• Permet de contrôler le débit de l`émetteur
• Adapte les capacités de transmission différences
entre émetteur et récepteur
• Peut être implémenté en logiciel et en matériel
– Logiciel
• Codes XON/XOFF
– Matériel
• Lignes RTS/CTS
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Connecteurs RS-232
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Liaison en série asynchrone générale
Contrôle
Statut
Vitesse
RxD
TxD
0 ou 5V
Périphérique
externe
(modem,
terminal, ...
± 12V
12V
± 12V
0 ou 5V
12V
Data
68HC11, UART ou autre
•
•
•
•
•
•
•
Adaptateur à
l'interface
RS-232-C
(MC1488 et
MC1689 ou
MAX230)
Connecteur
DB9, DB25
ou autre
UARTS:
Motorola 6850 ACIA
General Instruments AY-3-1015D UART
National Semiconductor 8250 ACE
Intel 8251A USART (Synchrone / asynchrone)
Intel 82050, 16450, 16550 Asynchronous Communications Controller (utilisé dans les PCs)
Motorola MC2681 DUART
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Connection RS232 populaire (et simpliste !)
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Régistres du port SCI du 68HC11
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Programmation du débit ( registre BAUD)
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Exemple d’erreur de transmission : débordement
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Exemple d’erreur de transmission : encadrement
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Autres standards sériels RS
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Autres interfaces sériels
•
•
•
•
•
SPI
I2C
USB (souvent associé à un port UART)
1-Wire, Fire-wire et autres
SPI/I2C populaires pour ajouter des boîtiers dans un
design
• USB populaire pour ajouter des périphériques
externes
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SPI
• Serial Peripheral Interface
• Basé sur des registres à
décalage
• Synchronisation des transferts
assurée par une horloge
• Opère comme une courroie
crénelée : pendant que des bits
sortent, d’autres entrent
• Un seul maître et un ou
plusieurs esclaves
http://www.mct.net/faq/spi.html
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• Terminologie
– MOSI ou SDI : master out & slave
in
– MISO ou SDO : Master in & slave
out
– CLK : Horloge de synchronisation ;
transferts sur front montant ou
descendant (programmable)
– SS ou CS : Slave select venant du
maitre, habituellement actif bas
Un exemple de port sériel synchrone
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Système SPI avec boîtiers en cascade
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SPI
• Séquence d’événements lors d’un échange
• Les périphériques opèrent souvent en semi duplex
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I2C
Séquence d’évènements lors d’un
échange (gérée par le maitre)
1. Génération du bit Start (S).
2. Génération de l’adresse de l’esclave
(ADDRESS)
3. Génération du bit Read(R)=1 /
Write(W)=0
4. Attente du bit d’acquiescement de
l’esclave (A)
5. Génération/réception de l’octet de
données (DATA).
6. Attente/envoi du bit d’acquiescement
(A)
7. Génération du bit STOP (P) ou d’un
nouveau bit Start (S)
Lors d’un échange de plusieurs
octets, les étapes 5 et 6 sont
répétées
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USB
• Universal Serial Bus
• Un maître et un ou plusieurs esclaves
• Utilise 4 lignes
– +5 V et masse (le maître peut générer
500 MA par prise)
– 2 lignes de données torsadées
différentielles avec encodage NRZ
• Souvent utilisé dans les
microordinateurs (apparait comme un
port COM)
• Plusieurs versions
– 1.1 : 5 à 12 Mb/s
– 2.0 : 480 Mb/s
– 3.0 : 4.8 Gb/s (à venir)
• Les connecteurs sont tels que
l’alimentation est appliquée avant les
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données, permettant aux esclaves
d’être branchés et retirés en tout
temps (“Plug-and-Play”).
•
•
•
•
À la mise sous tension, l’hôte scrute
chaque esclave pour déterminer son
type et vitesse et lui attribue une
adresse (processus d’énumération).
Le processus d’énumération est mis à
jour lorsqu’un dispositif est branché
ou retiré du réseau
Standard privé (payement de royautés
ou usage d’un composant qui l’a déjà)
Protocole compliqué et difficile à
déboguer ; mieux vaut utiliser des
composants qui l’ont déjà !
Ports sériels dans un C
• Exemple du ADuC7026 (ARM7) :
– 4 ports sériels intégrés, 1 UART et 3 synchrones (SPI ou I2C)
– Broches multiplexées
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Port UART du
ADuC7026
• COMCON0
– Configuration de base des
trames
• Baud rate
– Diviseur pour l’horloge
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