GDT. Schnittstellen. 4b INFTI. Serielle Schnittstelle... 2 Parallele Schnittstelle... 4 USB... 6

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1 GDT Schnittstellen 4b INFTI Serielle Schnittstelle... 2 Parallele Schnittstelle... 4 USB

2 NT Schnittstellen Seriell, Parallel, USB Serielle Schnittstelle: Die serielle Schnittstelle hat einen 9-poligen Stecker, ältere Modelle haben noch einen 25- poligen Stecker. Bei der Seriellen Schnittstelle werden die Bits nacheinander, also seriell übertragen. Die Übertragung erfolgt synchron, sprich Sender und Empfänger benützen die gleiche Geschwindigkeit/Taktung. Pinbelegung einer 9poligen seriellen Schnittstelle: Pin Signal Pin Signal 1 CD Carrier Detect 6 DSR Data Set Ready 2 RXD Receive Data 7 RTS Request to Send 3 TXD Transmit Data 8 CTS Clear to Send 4 DTR Data Term. Ready 9 RI Ring Indicator 5 GND Signal GND Beschreibung: 1: bei Aktivierung signalisiert die Gegenstelle das Daten beim einlaufen sind 2: Leitung zum Senden von Daten 3: Leitung zum Empfang von Daten 4: signalisiert ob bereit oder nicht 5: Signal Grund-Leitung (Masse) 6: Signalisiert die Einsatzbereitschaft 7: Sendeanforderung 8: Sendeerlaubnis 9: Signalisiert den Wunsch nach einer Datenverbindung (Quelle: (Quelle: Seite - 2-4b INFTI

3 Handshake Verfahren DTE-DCE: 1) DTE (PC - data terminal equipment) fragt DCE (Modem oder auch DTE - data circuit-terminating equipment), ob es Daten senden darf. RTS (request to send) 2) DCE schickt wieder eine Antwort zurück und erteilt somit die Sendeerlaubnis. CTS (clear to send) 3) DTE schickt die Daten zum DCE. TXD (transmit data) 4) DCE kann wiederum Daten zurückschicken zu DTE. RXD (recive data) Dann gibt es noch einige Steuerleitungen wie z.b.: DSR (Data set ready) - Modem ist eingeschaltet und bereit Daten zu empfangen DTR (Data terminal ready) - PC ist eingeschaltet und bereit Daten zu senden GND (Ground) - Masse, Erdung Handshake DTE-DTE (Nullmodemkabel) Auch wenn RS232 geschaffen wurde, um Computer (DTE - data terminal equipment ) an langsame Modems (DCE) anzuschließen, ist es heute durchaus üblich, zwei Computer/Geräte direkt mit einem RS-232-Kabel zu verbinden. Da beide Computer, Stecker (also keine Buchsen) haben, ist ein spezielles Kabel mit zwei Buchsen erforderlich. Da ein Modem nicht vorhanden ist, nennt man dieses Kabel Nullmodemkabel. Quelle: Nun muss jeder Computer seinem Gegenüber ein Modem vortäuschen. Deshalb müssen TXD/RXD, DSR/DTR und CTS/RTS über Kreuz miteinander verbunden werden. Seite - 3-4b INFTI

4 Aufbau eines seriellen Frames des RS Startbit 8 Datenbits 1 Paritätsbit 1 oder 2 Schlussbit(s) Bsp.: ungerade = 0 gerade = 1 Paritätsbit kann auf Gerade oder Ungerade eingestellt sein, d.h. die Einsen im Datenanteil werden gezählt und dann mit einer 1 o. 0 auf eine Ungerade bzw. Gerade Summe vervollständigt. Es dient lediglich zur Überprüfung. Leider kann es keine Doppelfehler erkennen. Parallele Schnittstelle: SPP Standard Parallel Port Die parallele Schnittstelle hat einen Datenbus mit 8 Bit Breite, wobei jedes Bit eine eigene Leitung besitzt. Zusätzlich gibt es Steuerleitungen, für die Kommunikationssteuerung. Diese Version der parallelen Schnittstelle konnte Daten nur vom Computer zum Endgerät senden. (Quelle: ) Seite - 4-4b INFTI

5 Strobe Leitung: (geht vom PC zum Drucker) - ist die Steuerleitung - sie signalisiert, dass die Inhalte der acht Datenleitungen gültig bzw. bereit sind Acknowledge:(geht vom Drucker zum PC) - ist die Bestätigung, dass alle Daten gesendet und empfangen wurden und neue Daten gesendet werden können. Busy: (geht vom Drucker zum PC) - wird gesendet wenn besetzt ist. EPP - Enhanced Parallel Port Obwohl die Centronics-Schnittstelle keiner offiziellen Normierung unterlag, hat sie sich zum Industrie-Standard entwickelt. Einige Jahre später hat sich aus dem Urstandard der herstellerübergreifende Standard EPP (Enhanced Parallel Port) entwickelt. Der EPP nutzt die selben physikalischen Eigenschaften der Centronics-Schnittstelle. Deutlich gesteigert wurde die Übertragungsrate. Erstmals war auch eine bidirektionale Datenübertragung, als das Senden und Empfangen von Daten möglich. Dadurch konnten auch Scanner und externe Laufwerke an die parallele Schnittstelle angeschlossen werden. Von den Druckern konnte der Tintenfüllstand und der Papiervorrat zurückgeliefert werden. ECP - Extended Capability Port Etwas später wurde mit dem Standard ECP (Enhanced Capabilities Port) die Datenübertragung durch ein optimiertes Kompressionsverfahren beschleunigt. In der Praxis macht sich das kaum bemerkbar. Notwendig wurde ein DMA-Kanal. Wegen der Ressourcen-Knappheit in PCs war das ein Nachteil. Für die Verarbeitung von Daten steht ein zusätzlicher FIFO-Speicher (First In First Out) von 16 kbyte zur Verfügung. Durch die Möglichkeit der bidirektionalen Übertragung können an der Centronics-Schnittstelle auch CD-ROMs, Festplatten und Streamer betrieben werden. Durch Erweiterung des Protokoll- Teils konnten die Geräte auch hintereinander geschaltet werden. Ein Gerät musste dann neben dem Parallel-Eingang auch einen Ausgang für ein weiteres Gerät haben. Ein Nachteil der parallelen Datenübertragung kann ein Übersprechen zwischen den über große Strecken parallel geführten Leitungen sein. Zur Abhilfe gibt es beispielsweise Kabel mit einzeln abgeschirmten Adern oder Masseleitungen zu jeder Datenader, die miteinander verdrillt sind. Asynchrone Schnittstelle: Daten werden gesendet bis der Drucker Busy-Signal sendet.(bis der Cache des Druckers voll ist). Wenn der Drucker seinen Cache abgearbeitet hat sendet er ein Acknowledge Signal und der PC sendet die nächsten Daten. Sprich PC und Endgerät besitzen nicht die Gleiche Geschwindigkeit/Taktung. Seite - 5-4b INFTI

6 USB Schnittstelle: Die USB Schnittstelle ist eine serielle bidirektionale Schnittstelle an der eine Spannung von max 5V anliegt. Die Übertragungsgeschwindigkeit hängt von der jeweiligen Version ab: Übertragungsgeschwindigkeit: USB-Version USB 1.0/1.1 USB 2.0 USB 3.0 Low-Speed Medium- Speed Hi-Speed Super-Speed Übertragungsgeschwindigkeit (brutto) 1,5 MBit/s 12 MBit/s 480 MBit/s 5 GBit/s Übertragungsgeschwindigkeit (netto) ca. 150 kbyte/s ca. 1 MByte/s ca. 30 MByte/s ca. 300 MByte/s Anwendungen Maus, Tastatur Audio Video, Speichermedien Speichermedien Grundsätzlich gibt es 4 Leitungen bei USB 2.0. Pin Name Farbe Beschreibung 1 VCC Rot +5 V 2 D- Weiß Data 3 D+ Grün Data + 4 GND Schwarz Masse (Quelle: Seite - 6-4b INFTI

7 Die Datenleitungen D- und D+ sind im Stecker jeweils kürzer als die Stromzufuhr Vcc und die Erdung GND, damit wird gesichert dass eine Stromversorgung besteht, bevor versucht wird eine Datenverbindung aufzubauen USB - Controller: verwaltet ein sternförmiges Netz von Geräten (Devices). Wird ein Device an den Controller angeschossen, meldet es sich mit der fiktiven Adresse 0 an. Der Controller hat das alleinige Recht die Kommunikation zu Steuern. Der Controller teilt dem Device dann eine richtige Adresse zu (1..127) und liest die Konfiguration aus dem Device aus. Bei dem Auslesen der Konfiguration werden folgende Informationen mitgeteilt: wieviele Pufferspeicher (genannt Endpunkte) es besitzt, wie groß diese Puffer sind (max. 64 Byte), und ob das für den Controller Lesepuffer (In) oder Schreibpuffer (Out) sind. Außerdem wird mitgeteilt, wie oft der Controller prüfen soll, ob im Lesepuffer Daten für ihn bereit gestellt sind. Somit muss der Controller alle Devices immer wieder überprüfen, ob Daten für ihn vorhanden sind! Eingabegeräte wie Maus, die schnelle Reaktionen benötigen, müssen dementsprechend öfters geprüft werden. Quellen: Deshalb bietet der USB den angeschlossenen Geräten verschiedene Übertragungsmodi an, die diese für jeden einzelnen Endpunkt festlegen können. Für einen Drucker wird z.b. ein anderer Modus gewählt wie z.b. bei einer Maus, je nachdem welche Interaktionen zwischen den Geräten gewünscht sind. Seite - 7-4b INFTI

8 Control: für Steuerungszwecke; höchste Priorität und Fehlerschutz (Daten werden solange gesendet bis sie empfangen wurden); alle USB-Geräte müssen diese Art beherrschen; Interrupt: für kleine Datenaufkommen; z.b. Tastatur; für wenige Daten, dafür schnell und regelmäßig, zum PC; Isochronous (nur USB 2.0): für kontinuierliche große Datenmengen bei konstanter Datenrate; kein Schutz vor Datenverlust; z.b. Lautsprecher; Bulk (nur USB 2.0): für Massenspeicher, hohes Datenaufkommen und die fehlerfreie Übertragung ist garantiert; es dauert Zeit bis Daten vollständig übertragen sind; Dazu erkennt der USB-Controller in welche Klasse er ein angeschlossenes Gerät zuordnen muss und somit welche Priorität es erhält (wie schon zuvor vermerkt). Es kann z.b. nicht sein, dass ein Massenspeichergerät wie ein USB-Stick die Leitung belegt und daher kein Datenaustausch mehr mit der Maus erfolgt. Daher haben solche Geräte eine höhere Priorität und werden beim Datenaustausch bevorzugt. Hier eine kurze Tabelle mit den Klassen: Kl. Treiber/Modus Einsatz 00h Gerät Composite Device Die Klasse wird auf Ebene der Interface- Deskriptoren definiert 01h Interface Audio Lautsprecher, Mikrofon, Soundkarte, MIDI 02h Beides Kommunikation und CDC- Steuerung Modem, Netzwerkkarte, Wi-Fi-Adapter 03h Interface HID Tastatur, Maus, Joystick etc. 05h Interface PID Physikalisches Feedback, etwa für Force-Feedback- Joysticks 06h Interface Bilder Digitalkamera 07h Interface Drucker Laserdrucker, Tintenstrahldrucker 08h Interface Massenspeicher USB-Stick, Memory-Card-Lesegerät, MP3-Player 09h Gerät USB-Hub Full-Speed Hub, High-Speed Hub 0Ah Interface CDC-Daten diese Klasse wird zusammen mit Klasse 02h verwendet 0Bh Interface Chipkarte Chipkarten-Lesegerät 0Dh Interface Content Security Finger-Print-Reader Seite - 8-4b INFTI

9 0Eh Interface Video Webcam 0Fh Interface Personal Healthcare Pulsuhr DCh Beides Diagnosegerät USB-Compliance-Testgerät E0h Interface kabelloser Controller Bluetooth-Adapter, Microsoft RNDIS EFh Beides Diverses ActiveSync-Gerät FEh Interface softwarespezifisch IrDA-Brücke FFh Beides herstellerspezifisch der Hersteller liefert einen Treiber mit (Quelle: Stromversorgung: Maximal steht einem Device 0,5A zur Verfügung. Um 127 Devices zu versorgen können, würde man 60A in Bereitschaft halten müssen. Einem Device, dass sich gerade angemeldet hat, stehen 100mA zur Verfügung. Das Device muss dann eine Mody wählen, mit welchem es arbeiten kann. Benötigt ein Device mehr Ressourcen, wird es vom Controller zur Strafe abgeschalten. (Quelle USB: Synchrone Schnittstelle: Die Sendung der einzelnen Bits wird über ein Taktsignal zeitlich syncronisiert, d.h. wann welche Daten gesendet werden ist zwischen den beiden Geräten genau getimet. Dieses Taktsignal kann über eine eigenen Steuerleitung oder direkt mit den Daten übertragen werden. Seite - 9-4b INFTI

10 Warum der USB die serielle und parallele Schnittstelle nicht ersetzen kann! Ein interesanter Bericht von (Quelle: Trotz ihrer langsamen Übertragungsgeschwindigkeit hielten sich die parallele und auch die serielle Schnittstelle sehr lange. Der Grund, sie lassen sich einfacher programmieren als der USB. Die serielle Schnittstelle lässt sich sehr einfach ansteuern. Jede Programmiersprache hat die dafür notwendigen Befehle und Bibliotheken integriert. So muss man nur den gewünschten Port öffnen (COM1, COM2,...) und die Daten in den Port schreiben oder daraus lesen. Die gesamte Steuerung des Datenflusses übernimmt der Treiber des Betriebssystems. Inzwischen gibt es keinen Grund mehr auf die alten Schnittstellen zurückzugreifen. Über programmierbare Schnittstellen (API) lassen sich alle elektronischen Geräte mit einem USB-Port ausstatten. Trotzdem sind USB-Stecker im industriellen Umfeld weniger gern gesehen. Die Standard-USB-Stecker sind nicht industrietauglich. Sie lassen sich nicht gegen Herausziehen sichern. Außerdem sind sie nicht vibrationsfest. Die Auswahl industriekompatibler USB-Stecker ist gering und teuer. Der Stecker der seriellen und parallelen Schnittstelle lässt sich dagegen festschrauben. Wenn nötig kann man sich so einen Stecker auch selber an ein Kabel löten und so zum Beispiel ein paar Meter mehr überbrücken, als es mit dem USB-Kabel möglich ist. Ein weiterer Nachteil des USB ist das fehlende Übertragungsprotokoll auf der Anwendungsebene. Das hat den Effekt, dass für die USB-Gerätetreiber entwickelt werden "müssen". Der einfache Wechsel von einer alten Schnittstelle zum USB ist nicht möglich, weil dazu ein neues Protokoll notwendig wäre. Für bestimmte USB-Geräte, wie zum Beispiel Maus, Tastatur und Massenspeicher haben sich Standard- Treiber vom Betriebssystem durchgesetzt. Für viele andere Anwendungen, die die serielle Schnittstelle unterstützen, wird ein VCP-Treiber (Virtual COM Port) installiert, der im Betriebssystem eine serielle Schnittstelle emuliert. Der Zugriff auf Anwendungsebene erfolgt dann wie auf eine physikalisch vorhandene serielle Schnittstelle. Das hat den Vorteil, dass für bestehende Anwendungen, die eine serielle Schnittstelle unterstützen kein neuer Treiber entwickelt werden muss. Seite b INFTI

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