Seminários S2i. Barramento USB. Teoria e Projetos. Guilherme Francisco Mallmann

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Carla Borges Stachinski
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1 Seminários S2i Barramento USB Teoria e Projetos Guilherme Francisco Mallmann

2 Apanhado Geral USB = Universal Serial Bus; 4 vias de comunicação; Vias: Vbus (+5V) Vermelho; D- Branco; D+ Verde; GND (referência) - Preto; Plug-and-Play;

3 Comunicação do barramento USB Aplicativo API Driver Cliente Software Hardware Driver USB Driver Controlador Host Controlador Host Dispositivos USB

4 Envio de Dados PID Nome Tipo 0101 SOF token 1101 SETUP 1001 IN 0001 OUT 0011 DATA0 data 1011 DATA ACK handshake 1010 NAK 1110 STALL

5 Envio de Dados SOF Start of Frame; Sync PID contador de SOFS crc5. fim. SETUP, IN, OUT; 8 bits 7 bits 4 bits 5 bits Sync PID ADDR ENDP crc5. fim. DATA0, DATA1; 8 bits 0 a 1023 x 8 bits 16 bits Sync PID dados de informação crc16. fim. ACK, NACK, STALL; 8 bits Sync PID. fim.

6 Envio de Dados Transações: Interrupt (Interrupção); Bulk (Volumosa); Isochronous; Control;

7 Processo de Enumeração O Processo de Enumeração é a designação dada ao mecanismo de configuração das funções e dispositivos conectados ao Host;

8 Passos do Processo de Enumeração 1. Dispositivo é conectado ao Host; 2. O Host detecta eletricamente o Host; 3. O Controlador Host requisita ao dispositivo que ele reinicie; 4. O Host caracteriza um caminho de comunicação com o dispositivo; 5. O Host requisita o tamanho máximo do pipe (caminho de comunicação) do dispositivo; 6. O Host atribui um único endereço ao dispositivo; 7. O Host requisita os descritores e carrega o device driver apropriado;

O Host caracteriza um caminho de comunicação com o dispositivo; 5.

9 Descritores Descritor de Dispositivo: Campo No. bytes comprimento 1 tipo 1 versão USB 2 classe 1 subclasse 1 protocolo 1 tamanho EP0 1 ID fabricante 2 ID produto 2 versão 2 nome do fabricante 1 nome do produto 1 número serial 1 número de configurações 1

protocolo 1 tamanho EP0 1 ID fabricante 2 ID produto 2 versão 2

10 Descritores Descritor de Configuração: Campo Atributos Campo No. bytes comprimento 1 tipo 1 comprimento total 2 num. interfaces 1 índice de configuração 1 nome da configuração 1 atributos 1 carga máxima 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 informa se o dispositivo tem alimentação própria. informa se o dispositivo necessita de alimentação fornecida pelo host

interfaces 1 índice de configuração 1 nome da configuração 1 atributos 1 carga máxima

11 Descritores Descritor de Interface: Campo No. Bytes comprimento 1 tipo 1 índice da interface 1 alternativo 1 endpoints 1 classe 1 subclasse 1 protocolo 1 nome da interface 1

12 Descritores Descritor HID (Human Interface Devices): Classe HID, driver com funções básicas de E/S, embutido nos Sistemas Operacionais; Campo No. de bytes comprimento 1 tipo 1 versão HID 2 código do país 1 descritores 1 restantes relatório 1 tamanho relatório 2

13 Descritor Descritor de Endpoint: O Descritor de Endpoint tem por função informar o Host sobre uma pipe (via de comunicação) específica, visto que podemos configurar o dispositivo para possuir mais de um pipe. Campo No. de bytes comprimento 1 tipo 1 endereço do endpoint 1 atributos 1 tamanho máximo do 2 pacote intervalo de polling 1

dispositivo para possuir mais de um pipe. Campo No.

14 Descritores Descritor de endpoint: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 reservados ENDP (1 a 15) e iguais a 0 (0 é reservado) 0: endpoint para entrada de dados. 1: endpoint para saída de dados.

15 Descritores Descritor de Endpoint: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 reservados e iguais a 0 Controle (control): 00 Isócrona (Isochronous): 01 Volumosa (bulk): 10 Interrupção (interrupt): 11

16 Módulo de Sinais - SisPort

17 Projeto Módulo de Sinais Requisitos: Velocidade de comunicação entre: os sinais de entrada do módulo para o PDA e do PDA para os sinais de Saída do módulo; Robustez na troca de dados; Evitar que problemas de tensão na linha de produção afetem o PDA; Desenvolver uma API de fácil utilização para que os demais módulos que a utilizarem não tenham problemas ao fazê-lo; Identificação externa do status de funcionamento do equipamento; Fácil instalação;

de produção afetem o PDA; Desenvolver uma API de fácil utilização para que os demais módulos que a utilizarem

18 Projeto Utilizando barramento USB Definir tipo de transação a ser utilizada; Número de bytes enviados por transação; Número de vias a serem utilizadas; Entradas, Saídas, etc. Versão da USB a ser utilizada (Velocidade); Escolha do Chip que fará o controle USB; Possibilidades: Microcontroladores com o controlador embutido; Controladores USB (Conversores);

Versão da USB a ser utilizada (Velocidade); Escolha do Chip que fará o controle USB;

19 Microcontrolador PIC 16C765 Microntrolador com controlador USB interno; 24 Mhz clock; Instruções lentas; Porta B e D (8 pinos); Porta C (5 pinos), E (3 pinos), A (6 pinos); Programas Exemplo > mouse, etc.

20 Troca de Dados Posição byte 0 byte 1 byte 2 byte 3 Função Estado dos 8 pinos de entrada Número de comandos recebidos do computador Número de mudanças dos pinos de entrada não processados pelo computados Estado do módulo de sinais Pacote de dados enviado ao computador Posição Função byte 0 Comando byte 1 Parâmetro 1 byte 2 Parâmetro 2 byte 3 Parâmetro 3 Pacote de dados enviado ao módulo de sinais

computados Estado do módulo de sinais Pacote de dados enviado ao computador Posição Função byte 0

21 API Módulo de Sinais PxSigModulePing: esta função envia ao módulo de sinais um pacote contendo o comando PING, que indica ao módulo de sinais que o software que o controla está em perfeito funcionamento; PxSigModuleConfirmPortDChange: esta função envia ao módulo de sinais um comando de confirmação de recebimento a respeito do último evento ou mudança ocorrida nos pinos de entrada de sinal da linha de produção; PxSigModuleGetSinalModuleInformation: esta função retorna, através de seus parâmetros, informações de configuração que estão contidas no módulo de sinais; PxSigModuleSetMaxNumberOfCyclesWithoutCommands: esta função configura no módulo de sinais o período máximo em que este deve receber os sinais PING provenientes do computador antes que este seja considerado sem comunicação;

22 API Módulo de Sinais PxSigModuleInitializeSigModuleDevice: esta função lista quais são os dispositivos USB conectados ao computador e verifica se algum deles é o módulo de sinais. Se encontrá-lo, este obtém do sistema operacional uma permissão para utilizá-lo. As demais funções desta biblioteca só podem ser executadas depois que o módulo de sinais for iniciado PxSigModuleResetSigModuleDevice: esta função envia um comando ao módulo de sinais ordenando que este tenha suas variáveis de controle zeradas; PxSigModuleGetPortLevels: função utilizada para obter um byte completo contento o estado da porta de entrada de sinais da linha de produção; PxSigModuleGetPinLevel: esta função é usada para saber qual o estado de qualquer pino das entradas do módulo de sinais separadamente; PxSigModuleSetPinLevel: esta função é utilizada para definir qual o estado de qualquer pino de saída do módulo de sinais sem afetar o estado dos demais.

23 Resultados Protótipo testado e aprovado; API para Win 2000 testada e aprovada; API para Win CE 3.0 em implementação (fase final); Teste com uma linha de produção (ainda não realizado);

24 Agradecimentos Finep/CNPq; Pollux; Lista de discussão USB.org; UFSC / CTC / DAS; Alan Macek & Bart Filipinski;

25 Ponteiros Importantes Alan Macek, site com exemplo de um projeto desenvolvido. Desenvolvedores USB Jan Axelson, escritor do livro USB Complete, exemplo de desenvolvimento de Driver para dispositivos USB. projeto desenvolvido utilizando USB em Rennes França, com enfase na construção do descritor de HID (Human Interface Devices). site do fabricante do pic 16C765 utilizado no projeto, contendo vários exemplos para o desenvolviemto de projetos.

26 Contato

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