Hardware Software Handshake UART. Maik Holzhey. Fakultät IV Technische Universität Berlin. 22. Mai 2014

Transkript

1 Fakultät IV Technische Universität Berlin 22. Mai 2014

2 Begriffsklärung

3 Begriffsklärung Universal Asynchronous Receiver and Transmitter

4 serielle Schnittstelle - asynchroner Modus

5 serielle Schnittstelle - asynchroner Modus seriell

6 serielle Schnittstelle - asynchroner Modus seriell Bitfolge wird auf einer Leitung mit festgelegter Wortbreite übertragen

7 serielle Schnittstelle - asynchroner Modus seriell asynchron Bitfolge wird auf einer Leitung mit festgelegter Wortbreite übertragen

8 serielle Schnittstelle - asynchroner Modus seriell Bitfolge wird auf einer Leitung mit festgelegter Wortbreite übertragen asynchron Datenübertragung wird intern abgesprochen und ist nicht von einer Takt-Leitung (SCK) abhängig

9 Motivation - Warum überhaupt?

10 Motivation - Warum überhaupt? Kommunikation zwischen logischen Einheiten ermöglicht effiziente Entwicklung

11 Motivation - Warum überhaupt? Kommunikation zwischen logischen Einheiten ermöglicht effiziente Entwicklung Asynchrone Schaltkreise sind ökonomischer im Stromverbrauch (abschaltbar)

12 Motivation - Warum überhaupt? Kommunikation zwischen logischen Einheiten ermöglicht effiziente Entwicklung Asynchrone Schaltkreise sind ökonomischer im Stromverbrauch (abschaltbar) Asynchrone Schnittstellen haben das Potential wesentlich schneller zu sein als synchrone

13 1 Hinführung 2 3 Baudrate Datenübertragung 4 5 Schlussbemerkung

14 2.

15 Erinnerung an den generellen Aufbau

16 Erinnerung an den generellen Aufbau Abbildung: mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial:

17 -Anschluss: Was ist neu/anders?

18 -Anschluss: Was ist neu/anders? Abbildung: mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial:

19 Was brauchen wir?

20 Was brauchen wir? -spezifischen IC: MAX232 (Pegelwandler) und RS232

21 Was brauchen wir? -spezifischen IC: MAX232 (Pegelwandler) und RS232 Kondensatoren zur Entkopplung der Versorgungsspannung

22 Was brauchen wir? -spezifischen IC: MAX232 (Pegelwandler) und RS232 Kondensatoren zur Entkopplung der Versorgungsspannung SUB D9 Verbinder für 9-poliges Verlängerungskabel (Modem-Kabel)

23 Modemkabel Abbildung: mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial:

24 Baudrate Datenübertragung 3.

25 Was wollen wir leisten? Baudrate Datenübertragung

26 Was wollen wir leisten? Baudrate Datenübertragung Synchronisierung im Falle der Datenübertragung (Start/Stopp-Bits)

27 Was wollen wir leisten? Baudrate Datenübertragung Synchronisierung im Falle der Datenübertragung (Start/Stopp-Bits) Festlegung der Bits pro Symbol

28 Was wollen wir leisten? Baudrate Datenübertragung Synchronisierung im Falle der Datenübertragung (Start/Stopp-Bits) Festlegung der Bits pro Symbol Koordinierung der Datenverarbeitung

29 Émile Baudot - Baudrate Baudrate Datenübertragung 1 Émile Baudot ( )

30 Baudrate Baudrate Datenübertragung

31 Baudrate Baudrate Datenübertragung Symbolrate

32 Baudrate Baudrate Datenübertragung Symbolrate abgeleitet von [s] - Wörter pro Sekunde

33 Baudrate Baudrate Datenübertragung Symbolrate abgeleitet von [s] - Wörter pro Sekunde Schrittfrequenz eines Datensignals

34 Baudrate Baudrate Datenübertragung Symbolrate abgeleitet von [s] - Wörter pro Sekunde Schrittfrequenz eines Datensignals ein Schritt im Datensignal ist die Übertragung des kürzesten Datensignals (besteht mindestens aus einem Bit)

35 konfigurieren Baudrate Datenübertragung

36 konfigurieren Baudrate Datenübertragung UBRR = Taktfrequenz 16 Baudrate 1

37 Baudrate Datenübertragung konfigurieren - speziell bei ATmega

38 Baudrate Datenübertragung konfigurieren - speziell bei ATmega UBRR = ( ) Taktfrequenz + Baudrate 8 Taktfrequenz 1 = 16 Baudrate 16 Baudrate 0.5

39 Fehlerrechnung Baudrate Datenübertragung %Fehler (Baudrate) = ( ) UBRRgerundet + 1 UBRR genau

40 Mögliche Frequenzen Baudrate Datenübertragung

41 Mögliche Frequenzen Baudrate Datenübertragung 1,8432 MHz (klassische Frequenz der PC-Baudrate) 3,6864 MHz 4,9152 MHz 6,1440 MHz 7,3728 MHz 9,8304 MHz 11,0592 MHz 12,2880 MHz 14,7456 MHz 18,4320 MHz 19,6608 MHz 22,1184 MHz

42 Mögliche Frequenzen Baudrate Datenübertragung 1,8432 MHz (klassische Frequenz der PC-Baudrate) 3,6864 MHz = 2 1, 8432MHz 4,9152 MHz = 2 2, 4576MHz 6,1440 MHz 7,3728 MHz = 4 1, 8432MHz 9,8304 MHz = 4 2, 4576MHz 11,0592 MHz 12,2880 MHz = 2 6, 144MHz 14,7456 MHz = 8 1, 8432MHz 18,4320 MHz = 3 6, 144MHz 19,6608 MHz = 8 2, 4576MHz 22,1184 MHz

43 Baudrate Datenübertragung Notwendigkeit des Quarzoszillators

44 Baudrate Datenübertragung Notwendigkeit des Quarzoszillators Baudrate muss sich durch ganzzahlige Teilung der Taktfrequenz ableiten lassen

45 Baudrate Datenübertragung Notwendigkeit des Quarzoszillators Baudrate muss sich durch ganzzahlige Teilung der Taktfrequenz ableiten lassen ansonsten entsteht eine Fehler in der Abtastung des seriellen Signals, der zu groß wird

46 Baudrate Datenübertragung Notwendigkeit des Quarzoszillators Baudrate muss sich durch ganzzahlige Teilung der Taktfrequenz ableiten lassen ansonsten entsteht eine Fehler in der Abtastung des seriellen Signals, der zu groß wird beim Baudratenquarz ist der Fehler gleich der Toleranz des Quarzes

47 Baudrate Datenübertragung Notwendigkeit des Quarzoszillators Baudrate muss sich durch ganzzahlige Teilung der Taktfrequenz ableiten lassen ansonsten entsteht eine Fehler in der Abtastung des seriellen Signals, der zu groß wird beim Baudratenquarz ist der Fehler gleich der Toleranz des Quarzes Quarzfrequenz muss wegen Abtastungsvorgängen das 16-fache der gewünschten Baudrate betragen

48 Codebeispiel: Baudrate Baudrate Datenübertragung 1 ;Quelle: mikrocontroller.net 2.include "m8def.inc" 3.def temp = R equ F_CPU = ; Systemtakt in Hz 6.equ BAUD = 9600 ; Baudrate

49 Codebeispiel: Baudrate Baudrate Datenübertragung 1 ;Quelle: mikrocontroller.net 2.include "m8def.inc" 3.def temp = R equ F_CPU = ; Systemtakt in Hz 6.equ BAUD = 9600 ; Baudrate 1 ; Berechnungen 2.equ UBRR_VAL = ((F_CPU+BAUD*8)/(BAUD*16)-1) ; clever runden 3.equ BAUD_REAL = (F_CPU/(16*(UBRR_VAL+1))) ; Reale Baudrate 4.equ BAUD_ERROR = ((BAUD_REAL*1000)/BAUD-1000) ; Fehler 1/ if ((BAUD_ERROR>10) (BAUD_ERROR<-10)) 7.error "Systematischer Fehler der Baudrate grösser 1 Prozent " 8.endif

50 Datenübertragung Baudrate Datenübertragung Was machen wir jetzt mit den Daten?

51 Datentypen und Adressierung Baudrate Datenübertragung

52 Datentypen und Adressierung Baudrate Datenübertragung Senden von Daten via TXD-pin am µc

53 Datentypen und Adressierung Baudrate Datenübertragung Senden von Daten via TXD-pin am µc Empfangen von Daten via RXD-pin am µc

54 Datentypen und Adressierung Baudrate Datenübertragung Senden von Daten via TXD-pin am µc Empfangen von Daten via RXD-pin am µc Interrupts bieten sich zur Verfeinerung der Kommunikation im Programmablauf an.

55 Datentypen und Adressierung Baudrate Datenübertragung Senden von Daten via TXD-pin am µc Empfangen von Daten via RXD-pin am µc Interrupts bieten sich zur Verfeinerung der Kommunikation im Programmablauf an. Strings enden in C-Programmen mit 0x00

56 ASCII-Tabelle

57 4.

58

59 Abbildung: wikipedia.org/wiki/

60 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen

61 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen

62 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen zuverlässige Umsetzung

63 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen zuverlässige Umsetzung keine Selbstblockade möglich

64 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen zuverlässige Umsetzung keine Selbstblockade möglich teuer und evtl. nicht realisierbar

65 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen zuverlässige Umsetzung keine Selbstblockade möglich teuer und evtl. nicht realisierbar

66 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen zuverlässige Umsetzung keine Selbstblockade möglich teuer und evtl. nicht realisierbar effiziente Umsetzung mit Code

67 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen zuverlässige Umsetzung keine Selbstblockade möglich teuer und evtl. nicht realisierbar effiziente Umsetzung mit Code keine zusätzlich nötig

68 Motivation für zwei unterschiedliche Lösungen zuverlässige Umsetzung keine Selbstblockade möglich teuer und evtl. nicht realisierbar effiziente Umsetzung mit Code keine zusätzlich nötig keine hohe Zuverlässigkeit

69 historische Lösung Abbildung: historischer handshake 2 2 mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial:

70 moderne Lösung Abbildung: moderner handshake 3 3 mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial:

71 Beispielaufbau am ATmega16

72 Beispielaufbau am ATmega16 Abbildung: mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial:

73 - Generelle Idee

74 - Generelle Idee die Datenleitung selbst übernimmt die Flusskontrolle zwischen Sender/Empfänger

75 - Generelle Idee die Datenleitung selbst übernimmt die Flusskontrolle zwischen Sender/Empfänger beide Controller müssen exakt protokollieren, welcher Status anliegt (z.b. im Falle einer kurzfristigen Unterbrechung wichtig)

76 - Generelle Idee die Datenleitung selbst übernimmt die Flusskontrolle zwischen Sender/Empfänger beide Controller müssen exakt protokollieren, welcher Status anliegt (z.b. im Falle einer kurzfristigen Unterbrechung wichtig) XON (0x11) und XOFF (0x13) codieren Sende- und Empfangsbereitschaft (nicht zu verwechseln mit den Start/Stoppbits der Wörter!)

77 ASCII-Referenz

78 Nachteile - Deadlock

79 Nachteile - Deadlock Zeitverzögerung in der Kommunikation durch die Datenleitung kann bei Kommunikationsabbruch zu Datenverlust führen

80 Nachteile - Deadlock Zeitverzögerung in der Kommunikation durch die Datenleitung kann bei Kommunikationsabbruch zu Datenverlust führen beide Seiten können sich mit XOFF endlos blockieren (Deadlock)

81 Tipps und Hilfestellungen mikrocontroller.net/ Baudratenrechner im Internet

82 Baudratenrechner Internetbeispiel 1

83 Baudratenrechner Internetbeispiel 2

84 Abkürzungsverzeichnis DCE DTE CTS RTS RXD TXD SPI ISP SCK Data Carrier Equipment Data Terminal Equipment Clear to Send Request to Send receive Data transmit Data Universal Asynchronous Receiver and Transmitter serial peripheral interface in system programming serial clock

85 Quellen Inhaltsquellen: 1 mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial: 2 mikrocontroller.net/articles/baudratenquarz 3 wikipedia.org/wiki/émile Baudot Bildquellen: 1 Emile-Baudot: wikipedia.org/wiki/émile Baudot 2 mikrocontroller.net/articles/avr-tutorial: 3 ASCII-Tabelle: asciitable.com 4 : wikipedia.org/wiki/

86 Danke fürs Zuhören! :)