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Problematiche generali relativamente alle tecniche di comunicazione digitale sono:
- informazioni, sequenze di simboli, segnali (codifica: costo, affidabilità, efficienza);
- simboli binari (bit);
- segnali elettrici (ottici);
- mezzi trasmissivi: cavi, etere, (fibra ottica); apparecchiature di generazione, amplificazione, conversione, ecc.
Le comunicazioni possono essere... Vedi di più

Esame di Sistemi embedded docente Prof. L. Pomante

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ESTRATTO DOCUMENTO

Comunicazioni Seriali

Trasmissione Asincrona con 8 bit più parità

commuta

legge

trasmittente

ricevente start stop

parità

LSB MSB

messaggio

- 17 -

Comunicazioni Seriali

Trasmissione Sincrona

Il Trasmittente ha un clock con frequenza stabile

Il Ricevente ha un clock con aggancio di fase (Phase Lock Loop)

sulle commutazioni dei dati ricevuti

La sincronizzazione di bit avviene dopo alcune commutazioni che

consentono l’aggancio di fase

La sincronizzazione di Byte avviene sul riconoscimento di appositi

caratteri di sincronismo (3 .. 5) anteposti ad ogni messaggio

– I bit del messaggio sono trasmessi senza pause evitando lunghe

sequenze senza commutazioni

» Per evitare che lunghe sequenze senza commutazioni facciano perdere

l’aggancio di fase si aggiungono bit per interrompere sequenze senza

commutazioni

Tipica nelle trasmissioni ad alta velocità

- 18 - 9

Comunicazioni Seriali

Segnali, codifica e modulazione

Segnali a due valori: utilizzati con cavi per trasmissioni su brevi

distanze e nelle LAN

NRZ (Not Return to Zero): ogni transizione indica un cambiamento di

valore logico

– La più usata 1 0 0 1 1 0 1

NRZI: utilizza la presenza o l’assenza di transizione per indicare un

valore logico

– Meno usata ma richiede meno banda

1 0 0 1 1 0 1

- 19 -

Comunicazioni Seriali

Segnali, codifica e modulazione

Segnali a due valori

Manchester bifase: uno specifico fronte indica un valore logico ben

definito (salita=1; discesa=0)

– Usate nelle trasmissioni sincrone poiché favoriscono l’aggancio di fase a

discapito della banda 1 0 0 1 1 0 1

Manchester differenziale: un 1 (0) logico è rappresentato da un

fronte all’inizio dell’intervallo mentre uno 0 (1) è indicato da un

fronte nel mezzo del periodo. 1 0 0 1 1 0 1

- 20 - 10

Comunicazioni Seriali

Gestione degli Errori

A livello di carattere

Riconoscimento: bit di parità

Correzione: codice di hamming

A livello di messaggio

Riconoscimento: caratteri aggiuntivi funzione dei caratteri trasmessi

– Cyclic Redundancy Check

» Calcolato su 16 bit

– Checksum

» Somma modulo 256

– Parità longitudinale

Correzione: normalmente si usa la ritrasmissione

- 21 -

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

RS-232-C (1969)

E' stato proposto per collegare dispositivi DTE con dispositivi DCE

– DTE: Data Terminal Equipment (calcolatori, stampanti, ecc.)

– DCE = Data Communications Equipment (modem)

 

Segnali elettrici: 0 = ON V > +3 V; 1 = OFF V < -3 V

Distanza: < 15 m

Velocità: < 20.000 bit/sec

Sequenza: dal LSB al MSB con eventuale aggiunta della parità

Connettore Dte: Cannon maschio 25 contatti

- 22 - 11

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

RS-232-C: disposizione dei segnali principali

1 GND massa di protezione

2 TXD dati trasmessi

3 RXD dati ricevuti

4 RTS richiesta di invio

5 CTS consenso all'invio

6 DSR data set pronto

...

15 TXC clock di trasmissione

17 TXD clock di ricezione

20 DTR data terminal pronto

Lo standard viene spesso adottato in forma ridotta anche per

connessione diretta tra dispositivi di tipo DTE, cioè senza

interposizione di modem, ma con l'uso di un cavo (detto “null

modem”) in cui sono incrociati i collegamenti 2-3, 15-17, ecc.

- 23 -

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

U(S)ART

Le trasmissioni seriali, sincrone ed asincrone, sono così diffuse da

suggerire la produzione dei cosiddetti U(S)ART (Universal

Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) in genere studiati

per un facile interfacciamento con i più diffusi microprocessori

– Custom Single Purpose Processor

» Molto spesso tali circuiti sono integrati nei microcontroller/SOC

Si tratta di circuiti integrati che svolgono le operazioni necessarie

per i livelli inferiori della gerarchia ISO-OSI nelle trasmissioni seriali

– UART NS8250 e NS16550

Si noti che si parla di UART nel caso in cui i circuiti siano previsti per

la sola, più semplice e più usata, comunicazione asincrona

- 24 - 12

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

U(S)ART

Funzionalità tipiche

– Conversione seriale/parallelo

– Generazione/verifica della parità

– Sincronizzazione di bit o di carattere

– Bufferizzazione

– Generazione di richieste di interrupt

Registri tipici

– Buffer e shift di trasmissione

– Buffer e shift di ricezione

– Registri di modo

– Registri di comando

– Registri di stato - 25 -

Serial Transmission Using UARTs embedded

FIFO ricezione device

0

1 1 1

0 1

1

0

Ricezione

seriale

shift ricezione 1001 1 011 10 01 1 0 11

registro comando Sending UART Receiving UART

Controllo start bit end bit

& data

Clock

registro stato

shift trasmissione Trasmissione

seriale

Buffer trasmissione 1 0 0 1 1 0 1 1

Interrupt REQ - 26 - 13

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

I C (Inter IC)

2 Sviluppato da Philips all'inizio degli anni '80

Pensato per l'interconnessione di più dispositivi a distanza limitata

– Velocità di trasmissione variabile tra 100~Kbit/s con un indirizzamento

a 7 bit (secondo la specifica originale) e 3.4~Mbit/s con indirizzamento

a 10 bit (versioni più recenti dello standard)

Si avvale di due linee: SDA (Serial Data Line) ed SCL (Serial Clock

Line) alle quali sono connessi tutti i dispositivi interessati dalla

comunicazione

– Tali dispositivi possono essere master o slave, essendo i dispositivi

master gli unici in grado di iniziare una comunicazione

» In generale lo standard prevede la possibilità di avere più di un dispositivo

master e fornisce un meccanismo deterministico e relativamente semplice

per la negoziazione del bus

- 27 -

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

I C (Inter IC)

2 Essendo un bus asincrono, la sincronizzazione tra master e slave

avviene a ogni simbolo

La comunicazione di un simbolo inizia con una start condition e

termina con una stop condition

– Il pacchetto trasmesso è costituito dai seguenti campi

» La start condition

» Un indirizzo di 7 o 10 bit

» L'operazione richiesta

» Un bit di acknowledge, asserito dallo slave per indicare l'avvenuta ricezione

dell'indirizzo

» Il byte di dati

» Un nuovo bit di acknowledge, asserito dallo slave per indicare l'avvenuta

ricezione dei dati

» La stop condition - 28 - 14

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

I C (Inter IC)

2 Condizioni di trasmissione e di inizio/fine pachetto

Struttura logica di un pacchetto

- 29 -

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

I C (Inter IC)

2 Sia per la trasmissione dell'indirizzo sia per la trasmissione dei dati i

bit sono ordinati dal più significativo al meno significativo

– Il master ha sempre il controllo delle linee di clock e di dati, tranne che

durante la trasmissione dei bit di acknowledge, per la quale è lo slave a

forzare i valori su tali linee

E’ possibile connettere allo stesso bus più di un dispositivo master

– Politica di arbitraggio che consenta a un dispositivo master di

determinare se è effettivamente in grado prendere il controllo del bus

» Connessione open-drain che realizza la funzione di wired-and

– Un dispositivo master che volesse prendere il controllo del bus deve

verificare le due seguenti condizioni: controllare che la linea non ha

valore 0 ed essere in grado di forzare un 1 sulla linea di clock

- 30 - 15

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

I C (Inter IC)

2

SCL

SDA Micro- EEPROM LCD-

Temp. Sensor

controller (servant) controller

(servant) < 400 pF

(master) (servant)

Addr=0x01 Addr=0x02 Addr=0x03 From

From receiver

Servant

D

C S A A A A R A D D D A S O

T R 6 5 0 / C 8 7 0 C T P

T w K K

Typical read/write cycle

- 31 -

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

SPI (Serial Peripheral Interface)

E’ basato su uno schema di trasmissione sincrona bidirezionale in cui

un solo dispositivo funge da master

Il protocollo utilizza un bus con almeno 4 linee per ogni slave

– SCLK (Serial Clock)

– MOSI (Master Output Slave Input)

– MISO (Master Input Slave Output)

– SS (Slave Select) per ogni dispositivo slave

I segnali MISO sono connessi in wired-or su un'unica linea e pertanto

è necessario che gli slave non attivi, ovvero quelli per cui SS è alto

(il segnale slave select è asserito basso), mantengano la propria

linea MISO in alta impedenza

- 32 - 16

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

SPI (Serial Peripheral Interface)

Per iniziare la comunicazione, il master asserisce il segnale SS per lo

slave desiderato ponendolo a 0, quindi genera un segnale di clock a

una frequenza uguale o minore a quella massima supportata dallo

slave selezionato e lo trasmette sulla linea SCLK

– Durante tutto il tempo in cui il clock è presente, master e slave

comunicano in full-duplex sulle linee MOSI e MISO

Uno svantaggio di questo schema consiste nel richiedere una linea di

slave select per ogni slave

– Per superare questa limitazione è possibile ricorrere a uno schema

daisy-chain - 33 -

Comunicazioni Seriali

Protocolli standard

SPI (Serial Peripheral Interface)

I vantaggi più evidenti degli schemi di comunicazione basati su SPI

rispetto a un bus seriale quale, per esempio, I2C consistono in un

maggiore throughput dovuto sia alla comunicazione full-duplex sia

all'assenza d'indirizzamento

Per contro, non prevedendo un meccanismo di acknowledge a livello

fisico, il protocollo SPI non permette di segnalare al master

l'avvenuta comunicazione oppure una condizione di errore

– Inoltre lo schema prevede un unico dispositivo master il che, spesso, è

troppo limitante - 34 - 17


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20

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AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Problematiche generali relativamente alle tecniche di comunicazione digitale sono:
- informazioni, sequenze di simboli, segnali (codifica: costo, affidabilità, efficienza);
- simboli binari (bit);
- segnali elettrici (ottici);
- mezzi trasmissivi: cavi, etere, (fibra ottica); apparecchiature di generazione, amplificazione, conversione, ecc.
Le comunicazioni possono essere parallele o seriali.
Nelle comunicazioni parallele la trasmissione di gruppi di bit (in genere, 8 o 16) avviene in collegamenti a breve distanza (pochi metri). La sincronizzazione avviene mediante segnali ausiliari e
tecniche di handshaking.
Le comunicazioni seriali sono utilizzate per comunicazioni superiori a pochi metri tramite un singolo segnale utilizzato per trasmettere un bit alla volta.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria delle telecomunicazioni
SSD:
Università: L'Aquila - Univaq
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Sistemi embedded e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università L'Aquila - Univaq o del prof Pomante Luigi.

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