6.1. RS-232 komunikacioni standard

Transcription

1 .. RS- komunikacioni standard Elektronska razmena podataka može se podeliti u dve kategorije: sa jednim završetkom (single-ended) i diferencijalna (differential). RS- spada u single-ended standard. Uveden je. godine i do danas je ostao najrašireniji komunikacioni standard u industriji. Sam naziv RS predstavlja skraćenicu od Recomended Standard. RS- je od. godine do danas pretrpeo nekoliko revizija koje su označene velikim štampanim latiničnim slovima. Tako su razvijeni standardi RS-A, RS-B,...sve do RS-F. Ove revizije predstavljaju dopune osnovnog standarda iz. godine, koje su imale za cilj da otkolone neka od njegovih ogranicenja, da omoguće kompatibilnost sa različitim srodnim komunikacionim standardima. Time je omogućeno da RS- opstane sve do danas, kao najšire prihvaćen protokol za industrijaku komunikaciju, uprkos paralelnom razvoju mnogobrojnih veoma moćnih uređaja i protokola. RS- je jednostavan, univerzalan, dobro razumljiv i široko podržan komunikacioni standard koji se odlikuje jednostavnošću i širokom primenom, ali poseduje i veoma ozbiljna ograničenja. Moguća brzina signalizacije je do kbps, a dužine linija su do m. Karakterisitke RS- standarda su: Mogućnost direktnog povezivanja samo dva uređaja ( drajver, prijemnik) Nezavisni kanali za prenos i prijem (full duplex). Signalizacija se obavlja naponskim nivoima u odnosu na zajedničku masu. Neaktivnom stanju linije (logička jedinica ili mark) odgovara negativan nivo signala u odnosu na masu, a aktivnom (logička nula ili space) pozitivan. Višestruke handshake linije koje su definisane komunikacionim protokolom. Bipolarni naponski nivoi ( do logička jedinica i od + do + logička nula) Osetljivost (mrtva zona) ± V povećava otpornost linije na šum, mada ovo može da varira, kao kod V.0 standarda kod koga je mrtva zona ±0, V Maksimalan dozvoljen napon u odnosu na masu: ± V Dozvoljeno opterećenje: kω do kω Slew rate od 0 V/μs Vrednost impedanse u High-Z stanju: 00 Ω Ulazna impedansa: Ω Maksimalna struja na izlazu: 0 ma (može se koristiti za napajanje uređaja preko, recimo, pina koji se postavi na logičku nulu). Tipične adrese i IRQ-ovi u PC-u dati su u tabeli... Tabela... Port Adresa Broj interapta COM (0F) h COM (0F) h COM (0E) h ili COM (0E) h ili 0. -

2 .. RS- komunikacioni standard Prikaz logičkih nivoa predajnika i prijemnika u komunikaciji po RS- standardu dat je na slici... +V do +V SPACE Izlazni nivoi drajvera 0V +V -V Ulazni prag prijemnika -V do -V MARK Slika... Logički nivoi RS- standarda Osnovne skraćenice koje se koriste u RS- date su u tabeli... DCE SHIELD Tabela... Data Communications Equipment (modem) Data Terminal Equipment (računar, printer...) Received Data (prijemna linija) [DCE --> ] Ovaj signal je aktivan kada se podaci prenose od DCE ka uređaju. Kada nema prenosa podataka, linija se drži u neaktivnom stanju pomoću signala mark (logička jedinica ili negativan napon). Transmitted Data (predajna linija) [ --> DCE] Ovaj signal je aktivankada se podaci prenose od ka DCE uređaju. Kada nema prenosa podataka, linija se drži u neaktivnom stanju pomoću signala mark (logička jedinica ili negativan napon). Shield (zaštitno uzemljenje) Signal Ground (nulti nivo logičkih signala) Request to Sent (zahtev za slanjem podataka) [ --> DCE] Ovaj signal se postavlja na logičku nulu (pozitivan napon) da bi se DCE pripremio za prijem podataka sa uređaja preko linije. Ova priprema može podrazumevati i uključivanje prijemnih kola ili postavljanje smera komunikacije u slučaju half-duplex veze. Clear to Send (modem spreman za slanje) [DCE --> ] Ovaj signal se postavlja na logičku nulu (pozitivan napon) od strane DCE uređaja kako bi se obavestio da prenos može da počne. i se uobičajeno koriste kao handshake signali kako bi se kontrolisao tok podataka u DCE uređaj. Data Set Ready [DCE --> ] DCE postavlja ovaj signal na logičku nulu (pozitivan napon) kada je spreman za uspostavljanje komunikacije sa drugim udaljenim modemom. Data Terminal Ready [ --> DCE] postavlja ovaj signal na logičku nulu kada želi da otvori komunikacioni kanal preko DCE uređaja. Ako je DCE uređaj modem, postavljanje ovog signala priprema modem za povezivanje na telefonsku liniju i održava vezu nakon njenog uspešnog uspostavljanja.. -

3 .. RS- komunikacioni standard Data Carrier Detected [DCE --> ] Postavlja se na logičku nulu od strane modema kada je telefonska linija aktivirana, veza uspostavljena i dobjen je odzivni ton od udaljenog modema. Signal se resetuje na logičku jedinicu kada odzivnog tona nema ili kada je on neadekvatnog kavliteta (npr. zašumljen kanal linija krči). Ring Indicator [DCE --> ] Postavlja se na logičku nulu kada se detektuje pozivni ton od strane nekog udaljenog modema. Trajanje aktivnog stanja približno je jednako trajanju signala zvona i resetuje se u pauzama zvonjenja ili kada pozivni ton nije prisutan. se postavlja na logičku nulu (pozitivan napon) kada su zadovoljena sledeća tri uslova:. Modem je povezan na aktivnu telefonsku liniju koja je ulkjučena (aktivna).. Modem je u modu za prenos podataka, a ne u modu za biranje broja ili govor. Modem je završio biranje broja ili generiše odzivni ton. Ako linija postane zauzeta ili nedostupna ili ako se detektuje mod za govor, se vraća na logičku jedinicu (negativan napon). Ukoliko signal potiče od uređaja koji nije modem, on se može postaviti da stalno stoji na logičkoj nuli kako bi se označilo da je linija neprekidno aktivna i spremna za komunikaciju. Ukoliko signal nije dostupan od strane modema, može se kratko (povratno) spojiti na signal uređaja. Alternativno se može isprogramirati da ignoriše signal koji postavlja modem. signal je neophodno postaviti pre početka komunikacije od strane uređaja. Ukoliko DCE nije modem, on može ignorisati postavljanje signala. se može ignorisati ako uređaj nije zaista modem. Drugo rešenj je da se i zajedno sa signalom preveže na radi označavanja trajno otvorene i dostupne linije. je od značaja samo kada je DCE uređaj zaista modem. Kada TCE nije modem ovaj signal se ignoriše i ostavlja se u neaktivnom stanju (logička jedinica). Ostale skraćenice koje se koriste u slučaju višelinijske komunikacije ( signala, umesto ) date su u tabeli... S S S S SCD / S S Tabela... Secondary Received Data [DCE --> ] Secondary Transmitted Data [ --> DCE] Secondary Request To Send [ --> DCE] Secondary Clear To Send [DCE --> ] Secondary Data Carrier Detected [DCE --> ] Data Signal Rate Selector. Ovaj signal može poticati bilo od ili DCE uređaja (ali ne od oba istovremeno) i koristi se za izbor jedne od dve moguće dogovorene brzine signalizacije. Logička nula (pozitivan napon) označava veću brzinu signalizacije.. -

4 .. RS- komunikacioni standard TC RC ETC LL RL TM Transmitter Clock [ --> DCE] Ovaj signal se koristi samo kada je DCE zaista modem koji radi sa sinhronim protokolom. Ukoliko postoji, modem ovaj signal generiše neprekidno u cilju kontrole brzine prijema podataka od uređaja. Receiver Clock [DCE --> ] Slično kao i TC, samo što ovaj put RC obezbeđuje tajming za prijem podataka u uređaju. External Transmitter Clock [ --> DCE] Eksterni takt koji obezbeđuje DCE uređaju za prijem podataka. Koristi se samo kada signali TC i RC nisu aktivni. Local Loopback [ --> DCE] Ovaj signal generiše uređaj kada želi da postavi lokalni modem u test stanje lokalne petlje. Kada je LL postavljen na logičku nulu, modem preusmerava svoj modulisani izlaz (koji bi normalno išao na telefonsku liniju) nazad ka svojim prijemnim kolima. Ovo omogućuje podacima generisanim od strane -a da se reflektuju nazad kroz lokalni modem kako bi se testirala ispravnost svih elektronskih sklopova u modemu. Sa druge strane modem postavlja TM signal na logičku nulu kako bi potvrdio da se nalazi u Local Loopback modu. Remote Loopback [ --> DCE] Ovaj signal generiše uređaj kako bi postavio udaljeni modem u test stanje udaljene petlje. Kada je RL postavljen na logičku nulu udaljeni modem preusmerava signale primljene sa telefonske linije nazad ka predajnoj strani. Kada pokrene ovaj test, poslati podaci prolaziće kroz lokalni modem, telefonsku liniju, udaljeni modem i potom nazad ka predajnoj strani, testirajući ispravnost i kvalitet celokupnog komunikacionog kanala. Udaljeni modem signalizira lokalnom modemu da postavi TM signal u aktivno stanje (logička nula) kako bi obavestio lokalni da je test u toku. Test Mode [DCE --> ] Kada je postavljen na logičku nulu, ovaj signal označava da se modem nalazi u Local Loopback ili Remote Loopback modu.. -

5 .. RS- komunikacioni standard... RS- drajver Drajver kojim započinje i završava se komunikacija po RS- standardu naziva se UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter). UART transformiše paralelno pristigle podatke u serijske, koje potom šalje na komunikacionu liniju. Pored toga, UART obavlja sve funkcije vezane za serijsku komunikaciju kao što su sinhronizacija, provera parnosti, provera handshake-a itd. Jedini dodatni uređaji koji se koristi uz UART je linijski drajver za kondicioniranje TTL i RS- logičkih nivoa. Primer ovakvog linijskog drajvera dat je na slici... Da bi se uređaj prilagodio različitim uslovima komunikacije, u njemu postoje registri za podešavanje svih komunikacionih parametara, kao što su brzina komunikacije, tip provere parnosti, tip signalizacije i drugo. C +V ULAZ C C+ V+ C- C+ C- V- T OUT R IN 0 V CC T OUT R IN R OUT T IN T IN R OUT C C TTL/CMOS ULAZI 0 C+ C- C+ C- T IN T IN +V +V R OUT 00k 00k V CC Udvostručavač napona sa + V na +0 V Naponski invertor sa +0 V na -0 V V+ V- T OUT T OUT R IN C +0 V -0 V RS- IZLAZI DIP/SO TTL/CMOS IZLAZI k R IN R OUT RS- ULAZI k Slika... Linijski drajver MAX za kondicioniranje TTL i RS- signala Raspoložive brzine signalizacije koje obezbeđuje UART su 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 000, 00, 00, 000 i 000 baud. Broj informacionih bita koji čini jednu reč može biti,, ili. Početak i kraj reči označavaju se stop bitima kojih može biti,.,,. ili više.. -

6 .. RS- komunikacioni standard Postoje tri tipa provere parnosti: parna (even) kada je broj jedinica u reči, ulkujčujući i bit parnosti paran broj, neparna (odd) kada je broj jedinica neparan ili provera može biti isključena (none). Tip handshake-a koji se koristi takođe se može podesiti u samom UART-u. Ako se komunicira bez handshake-a, znači da će uređaji biti povezani samo informacionim linijama, (, i ). Ako se koristi softverski handshake, uređaji su i dalje povezani samo pomoću informacionih linija (, i ), ali se za početak i kraj komunikacije šalju odgovarajući, unapred dogoverni simboli (reči). Kod hardverskog handshake-a neophodno je, pored informacionih linija, korisiti i signale i za nepotpuni handshake, odnosno signale,,,, i za potpuni handshake. Postoji nekoliko tipova UART drajvera. Serijska komunikacija započela je sa čipom 0 ugrađenim u XT računar. potom su u narednih nekoliko godina razvijene njegove modifikacije u vidu 0A, 0B čipova. UART 0 primenjen je u AT računaru jer 0 nije mogao dostići brzinu magistrale AT računara. 0 imao je maksimalnu brzinu signalizacije od, kbps. Zahtev za većim brzinama signalizacije doveo je do razvoja nove serije UART-a, koja je rasteretila glavni procesor uvođenjem FIFO bafera. 0 imao je dva ovakva bafera od po bajtova, po jedan za predaju i prijem podataka. Nažalost ova izvanrdna ideja je propala jer je serija 0 imala grešku u proizvodnji koja nije dozvoljavala korišćenje ovih bafera. Zbog toga se vrlo brzo na tržištu pojavila 0A serija u kojoj je ovaj bag otkolonjen i brzina signalizacije se popela na, kbps. Ovo je bila brzina kojom se efikasno moglo komunicirati sa modemima sa hardverskom kompresijom podataka. Dalja poboljšanja uvedena su sa 0 serijom čipova koji su mogli koristiti DMA (Direct Memory Access) tehnike prilikom prenosa podataka. Ipak, danas se DMA pristup retko koristi, mada su dva pina RS- konektora bila redefinisana u ove svrhe. Samo specijalne serijske kartice sa velikim brojem portova imaju u sebi uključene komponente koje omogućavaju DMA. Potom su razvijane nove i nove serije čipova sa sve dužim FIFO memorijama, koje su omogućavale sve veću brzinu signalizacije. Razvoj UART drajver za RS- standard zaustavljen je prodorom novih komunikacionih standarda kao što su npr. USB. i.0 ili Firewire. Trenutno se u svetu koristi veoma velik broj UART čipova sa različitim dužinama FIFO memorija. Ograničenje koje je nametnula Windows NT tehnologija je maksimum od kb FIFO memorije za prijem i slanje podataka.... Načini povezivanja uređaja preko RS- Za povezivanje preko RS- standarda najčešće se koriste oklopljeni i neoklopljeni višežični kablovi. U zavisnosti od primene i tipa komunikacionih uređaja, mogu se ostvariti veze preko -pinskog DB, -pinskog DB ili -pinskog RJ konektora. Kao referencu, nije loše znati da postoje i -pinski ( je po pravilu muški, a DCE ženski) kao i -pinski konektori za interkonekciju, produžavanje i grananje RS- linija, ali se oni retko koriste. Izgled -pinskog DB muškog i ženskog konektora i raspored pinova dati su na slici.. i u tabeli.... -

7 .. RS- komunikacioni standard Slika... Konektori DBM i DBF Tabela... Raspored pinova konektora DB Pin Funkcija Izgled -pinskog DB muškog i ženskog konektora i raspored pinova dati su na slici.. i u tabeli Slika... Konektori DBM i DBF Tabela... Raspored pinova konektora DB Pin 0 Funkcija Shield S S Pin 0 - Funkcija S TC S RC LL S RL S ETC TM - Izgled -pinskog RJ konektora i socket-a, kao i raspored pinova dati su na slici.. i u tabeli.... -

8 .. RS- komunikacioni standard Slika... Konektor RJ i RJ socket Tabela... Raspored pinova konektora RJ Pin Funkcija / Povezivanje i DCE uređaja pomoću -pinskih i -pinskih konektora dato je na slikama.. i... Na slici.. prikazano je spajanje i DCE uređaja u slučaju da je jedan od njih sa -pinskim, a drugi sa -pinskim konektorom. (PC) DCE (modem) Slika... Povezivanje i DCE uređaja pomoću -pinskog konektora (PC) Shield S S S TC S RC LL S 0 RL S ETC TM Shield S S S TC S RC LL 0 S RL S ETC TM DCE (modem) Slika... Povezivanje i DCE uređaja pomoću -pinskog konektora. -

9 .. RS- komunikacioni standard (PC) DB DCE (modem) 0 DB (PC) 0 DB DCE (modem) DB Slika... Povezivanje i DCE uređaja pomoću hibridnih kablova Osim preko modema, uređaji se preko RS- standarda mogu povezivati i direktno. Ovo je tzv. null-modem konekcija za koju je potrebno koristiti ukrštene kablove kao na slikama..,..0 i... (PC) (PC) Slika... Null-modem konekcija dva uređaja pomoću -pinskog konektora (PC) Shield S S S TC S RC LL S 0 RL S ETC TM Shield 0 S S S RC S TC LL S RL S ETC TM (PC) Slika..0. Null-modem konekcija dva uređaja pomoću -pinskog konektora. -

10 .. RS- komunikacioni standard (PC) DB (PC) 0 DB Slika... Null-modem konekcija dva uređaja pomoću hibridnog kabla U praksi se vrlo često sreće situacija da samo jedna od komunikacionih partnera podržava puni handshake, dok ga drugi ne podržava uopšte ili koristi samo i CTR linije za nepotpuni handshake. U takvim slučajevima neophodno je prevariti koji podržava puni handshake prespajanjem odgovarajućih linija na njegovom ulazu. Ovo je ilustrovano na slici... (PC) DB full handshake (PC) DB no handshake Slika... Prespajanje izlaznih linija na strani koja podržava puni handshake... Klasifikacija grešaka u prenosu U komunikaciji preko RS- standarda, prilikom prenosa jednog frejma (informacioni biti jednog karaktera + bit parnosti + start i stop biti + drugi handshake biti) moguće su greške u prenosu usled izobličenja signala, bilo kao posledica prisustva šuma ili dugih komunikacionih linija sa velikim slabljenjem i značajnom disperzijom. Generalno se razlikuju tri tipa greške: Greška uokvirivanja (framing error). Indikator ove greške je da prijemnik očekuje stop bit ali ga ne dobija. Prijemnik broji pristigle bitove i tačno zna kada bi trebalo da nastupi stop bit. Ova greška može da nastupi ili ako se stop bit izobličio usled smetnji, ili ako predajnik i prijemnik nisu podešeni na isti broj bita po jednoj reči. Greška prekoračenja (overrun error). Indikator ove greške je pristizanje novog bita na ulaz UART-a, pre nego što je prethodni bit obrađen. Greška parnosti (parity error). Indikator ove greške je razlika u parnosti broja jedinica u poslatoj reči od vrednosti postavljene u UART-u (even, odd ili none). Greška uokvirivanja i prekoračenja predstavljaju greške u prijemu cele poruke (celog okvira), a greška parnosti predstavlja grešku unutar samog okvira.. - 0

11 .. RS- komunikacioni standard... Galvansko odvajanje Prilikom null-modem povezivanja bilo kog uređaja direktno na serijski port računara, može se dogoditi da priključeni uređaj, usled kvara, kratko spoji svoje RS- izlaze sa napajanjem od 0 V i dovede do oštećenja računara. Ovo je izuzetno opasna i u praksi sasvim realna situacija, pa je računar neophodno zaštititi od svake mogućnosti visokonaponskog proboja njegovih RS- ulaza. Jedno od mogućih rešenja ovog problema predstavlja galvansko odvajanje RS- komunikacionih partnera pomoću optoelektronskih pretvarača. Za optičko razdvajanje može se koristiti Hewlett-Packard -ov optokapler N prikazan na slici... ISO N + Slika... Optokapler N Invertor na slici.. ima dvostruku ulogu. Prva je da pojača slab naponski signal fotodiode, a druga da invertuje naponske nivoe i prilagodi ih signalizaciji preko RS- standarda. Optičko razdvajanje neophodno je primeniti na svaki par pinova koji se povezuju (za svaku žicu kabla po jedan optokapler). Problem koji se javlja u ovom slučaju je potreba za uvođenjem eksternog napona napajanja za optokapler. Ukoliko ne postoji mogućnost da se ovo napajanje pozajmi iz samog računara, neophodno je uvesti dodatan hardver za napajanje dodatno poskupljuje realizaciju komunikacionog/mernog sistema.. -