USB simplificat: Adăugarea de conectivitate USB aplicaţiilor cu conexiuni seriale de tip vechi

5 IULIE 2011

Soluţie completă pe un PCB mic

USB-ul a devenit un enorm succes în aplicaţii industriale şi comerciale şi continuă să înlocuiască multe conexiuni seriale de tip vechi (de ex. RS-232, 485). El a devenit interfaţa aleasă pentru noile aplicaţii datorită uşurinţei de utilizare, funcţionalităţii “plug-and-play” şi robusteţii ridicate. Totuşi, pentru proiectanţii de soluţii integrate, implementarea de USB necesită cunoştinţe de expert asupra protocolului USB, dezvoltare de software exhaustiv şi timp de proiectare semnificativ.
Suplimentar, microcontrolerele bazate pe USB pot să nu ofere setul de periferice necesar aplicaţiei, rezultând întârzieri la apariţia pe piaţă, complexitate de proiectare şi cost suplimentar. Articolul de faţă prezintă o abordare economică şi nedureroasă asupra adăugării de conectivitate USB oricărei soluţii integrate pe bază de microcontroler. Această abordare nu necesită dezvoltare de firmware sau experienţă USB, permiţând proiectanţilor să-şi concentreze timpul şi resursele pentru inovarea sau distingerea produselor lor.

de Pedro Pachuca, Marketing Manager, produse de interfaţare, Silicon Labs
USB şi-a atins scopul principal de a simplifica modalitatea prin care utilizatorii controlează perifericele şi transferul de date. Cu mai mult de 3 miliarde de dispozitive cu conectivitate USB trimise pe piaţă, USB nu este numai interfaţa cu cea mai mare creştere în aplicaţiile casnice, ci a beneficiat de o creştere semnificativă şi pe piaţa industrială. Totuşi, utilizarea simplă, funcţionalitatea plug-and-play şi robusteţea USB nu sunt gratuite din punct de vedere al proiectanţilor de soluţii embedded. Dezvoltatorii sunt adesea forţaţi să cheltuiască timp preţios învăţând despre protocolul USB, acoperind totul, de la elemente de bază la implemen­tări mai sofisticate. Chiar şi după trecerea de această curbă a învăţării, proiectanţii trebuie să înfrunte o altă provocare atunci când trebuie să dezvolte pachete software pentru USB. Acest lucru nu numai că este consumator de timp, dar poate necesita de asemenea unelte de depanare specializate ce pot creşte costurile totale de dezvoltare. Deşi există pe piaţă pachete software USB disponibile comercial, ele reprezintă un cost suplimentar, fiind şi în acest caz necesar un timp semnificativ pentru învăţarea detaliilor de implementare. Mai mult, provocarea poate fi chiar şi mai complexă atunci când produsul final trebuie să-şi păstreze compatibilitatea cu multiple sisteme de operare sau trebuie să opereze într-un mediu în care sistemele de operare sunt constant actualizate.
Pe lângă cele de mai sus, un alt factor ce trebuie luat în considerare la implementarea USB este acela al creşterii costurilor de proiectare hardware datorită faptului că microcontrolerele pe bază de USB, pentru a oferi funcţionalitatea dorită, necesită componente externe, precum oscilatoare cu cristal şi rezistoare terminale. Acesta este cazul tipic al multor microcontrolere bazate pe USB.
Urmărirea unei implementări USB simplificate şi economice trebuie să fie o piatră de cotitură pentru noile soluţii de circuite integrate USB. Această abordare necesită o soluţie înalt integrată, care simplifică proiectarea hardware şi reduce costurile prin eliminarea componentelor externe. Ea necesită de asemenea şi eliminarea dezvoltării de software USB. În final, pentru a elimina necesitatea instalării de drivere, soluţiile trebuie să vină cu drivere gratuite, complet testate, compatibile cu majoritatea sistemelor de operare şi capabile de a suporta clasele definite USB suportate de majoritatea sistemelor de operare.
Astăzi sunt disponibile pe piaţă soluţii care pot oferi toate avantajele de mai sus şi care pot fi implementate în sisteme ce utilizează interfeţe standard, precum RS-232, RS-485 sau I²C.
Aceste soluţii reprezintă un pas mare înainte în asigurarea suportului pentru o penetrare continuă a USB-ului pe piaţă. Punţile USB CP21xx de la Silicon Laboratories sunt exemple excelente de astfel de soluţii. Haideţi să analizăm avantajele oferite de aceste punţi USB şi felul în care complexitatea de proiectare poate fi eliminată, reducând astfel şi costurile de implementare.
Familia de punţi USB CP21xx este o soluţie înalt integrată ce permite adăugarea de conectivitate USB oricărei soluţii bazate pe microcontroler. Aceste dispozitive oferă o punte către lumea USB, prin utilizarea unei interfeţe standard UART sau I²C uzuale pe majoritatea microcontrolerelor. Pentru simplificarea proiectării şi reducerea costurilor, familia CP21xx integrează hardware-ul şi software-ul necesare interfaţării între USB şi interfeţe seriale.

Suplimentar, produsele CP21xx utilizează un nou sistem de recupe­rare a ceasului, care reduce costurile prin eliminarea necesităţii utilizării unui oscilator extern. Alte economii sunt obţinute prin integrarea unui transceiver USB complet, proiectat pentru eliminarea necesităţii de rezistoare terminale externe. Din motive de particularizare, memoria programabilă din sistem permite particularizarea completă a multor parametri USB, precum Vendor ID, Product ID şi descriere produs.
Punţile USB oferă capabilitate de control GPIO, funcţii de ieşire de ceas şi un stabilizator de tensiune ce poate fi utilizat pentru alimentarea componentelor externe. Aceste caracteristici pot reduce şi mai mult costurile prin eliminarea componentelor externe suplimentare.
O altă caracteristică atractivă a punţilor USB – UART este flexibilitatea de a suporta multiple viteze de transfer de date pentru a se potrivi unei game largi de aplicaţii. Aceste punţi USB sunt suportate de un ecosistem software de la drivere gratuite la biblioteci API, furnizând astfel soluţii complete.
Pentru o şi mai mare simplificare şi pentru îmbunătăţirea capabilităţilor plug-and-play sunt disponibile punţi inovative complet conforme USB-HID. Aceste dispozitive unice asigură suport complet claselor USB-HID, suportate nativ de majoritatea sistemelor de operare, eliminându-se astfel necesitatea de instalare de driver. Clasele USB-HID pre-definesc funcţii ce permit producătorilor de hardware să proiecteze produse cu specificaţii USB-HID, iar acestea să funcţioneze cu orice software care respectă aceste specificaţii.
Driverele de clasă USB-HID sunt incluse în majoritatea sistemelor de ope­rare moderne, permiţând o instalare uşoară de către utilizatorul final. Printre exemplele de dispozitive HID-USB pot fi evidenţiate tastatură şi mouse, dar clasa HID-USB este suficient de flexibilă pentru a se putea aplica pentru diferite proiecte USB.
Cu scopul de a păstra o soluţie mică şi ergonomică, aplicaţiile portabile necesită un spaţiu PCB minimizat. Suplimentar, unele aplicaţii moşte­nite pot necesita păstrarea aceloraşi dimensiuni fizice, dar îmbunătăţind aplicaţia prin includerea de conectivitate USB. Familia CP21xx rezolvă această constrângere prin utilizarea de capsule QFN economice din punct de vedere al spaţiului, reducând amprenta PCB şi permiţând proiec­tanţilor să înghesuie o soluţie într-un spaţiu mai mic decât un conector RS-232.
De aceste punţi USB economice şi de valoare ridicată pot beneficia un mare număr de aplicaţii, inclusiv aplicaţii de conectivitate industrială şi medicală portabilă, ce necesită implementări USB simple, dar robuste, permiţând comunicarea cu computere sau sisteme moderne. Cu ajutorul unei conectări simple la o interfaţă serială standard, precum RS-232, RS-485 sau I²C, punţile USB permit proiectanţilor să adauge conectivitate USB acestor aplicaţii fără eforturile dureroase implicate de reproiectarea întregului sistem.
În concluzie, punţile USB sunt o abordare simplă şi economică de adău­gare de conectivitate USB soluţiilor bazate pe microcontroler. Gradul ridicat de integrare reduce costurile, iar simplitatea lor elimină necesitatea dezvoltării de firmware USB, ceea ce permite proiectanţilor să-şi concentreze timpul şi resursele pe ino­vare şi diferenţierea produselor lor. Soluţiile bazate pe USB-HID sim­plifică şi mai mult implementarea USB prin eliminarea necesităţii de a instala drivere, oferind în schimb compatibilitate fără egal cu majoritatea sistemelor de operare.
Prin aceasta USB-ul devine simplu nu numai pentru consumatori, ci şi pentru proiectanţi.

www.silabs.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre