INNOVATIS SYSTEMS 2006 1 USB & TCP/IP. INNOVATIS SYSTEMS 2006 2USB I. Historique et caractéristiques II. Les avantages et inconvénients III. Les domaines

INNOVATIS SYSTEMS 2006 1

USB & TCP/IPUSB & TCP/IP


USBUSBI. Historique et caractéristiquesI. Historique et caractéristiques

II. Les avantages et inconvénientsII. Les avantages et inconvénients

III. Les domaines d’application avec III. Les domaines d’application avec exemples d’utilisationexemples d’utilisation

IV. Les outils nécessaires à la mise en IV. Les outils nécessaires à la mise en œuvre et leurs coutsœuvre et leurs couts

V. Revu du matériel disponible dans le V. Revu du matériel disponible dans le commerce et leurs coutscommerce et leurs couts

3INNOVATIS SYSTEMS 2006

Historique et Historique et caractéristiquescaractéristiques


HistoriqueHistorique

-Créé par Intel en 1994…version 1.0

-1998 version1.1 (Low speed 1.5Mbps , Full speed 12Mbps)

-2000 version2.0 (High speed 480Mbps)

-2001 On The Go


Universal Universal Serial BusSerial BusUniversal Universal Serial BusSerial Bus

Télémesures,Diagnostic

• Auto détection & configuration (Plug&Play)• Bus power

• 3 vitesses: Low- 1.5, Full- 12, High- 480 Megabits/second

RS232 Parallèle PS/2

Applications Embarquées


CaractéristiquesCaractéristiques Caractéristiques principales : Topologie en arbre dont la racine est l’hôte (le PC ou le

Mac).

Les périphériques peuvent être branchés et débranchés sans arrêter l’ordinateur.

Les périphériques sont alimentés par le Bus.

On peut chaîner jusqu’à 127 périphériques sur un brin.

Les périphériques inutilisés sont automatiquement mis en veille.

Les périphériques sont identifiés et configurés automatiquement par les systèmes d’exploitation.


CaractéristiquCaractéristiqueses


NRZI Data EncodingNRZI Data Encoding Half duplex – data transmission can go in only one direction at a timeHalf duplex – data transmission can go in only one direction at a time Bus Power to each device:Bus Power to each device:

4.40 - 5.25 V4.40 - 5.25 V Guaranteed 100 mAGuaranteed 100 mA 500 mA maximum through negotiation500 mA maximum through negotiation

NRZI Data EncodingNRZI Data Encoding Half duplex – data transmission can go in only one direction at a timeHalf duplex – data transmission can go in only one direction at a time Bus Power to each device:Bus Power to each device:

4.40 - 5.25 V4.40 - 5.25 V Guaranteed 100 mAGuaranteed 100 mA 500 mA maximum through negotiation500 mA maximum through negotiation

~ 5.0 V

~ 3.3 V

VBUS

D+

D-

GND

VBUS

D+

D-

GND

4-wire connection

Differential Signaling


CaractéristiquesCaractéristiques L’USB en fonctionnement :L’USB en fonctionnement :

Hub USB

4.4 à 5.25v !500mA

A

B

L’hôte gère les communications en distribuant des jetons.

Chaque périphérique est identifié grâce à un VID et un PID.

Adresse allouée à l’initialisation (énumération).

4 modes de transfert : control, interrupt, isochrone, bulk.


“mini-B” PlugFS, HS Peripheral

“B” PlugFS, HS Peripheral



“A” Plug

USB Host


Modes de transfert (Modes de transfert (12Mbps12Mbps//480Mbps480Mbps) :) :

Control : pour l’énumération et la configuration.

Interrupt : 64octets/1Ko par trame. Accusé de réception et reprise en cas d’erreur.

Isochrone : avec réservation de bande passante et de temps d’accès dans la limite de 1Ko toutes les ms (Full Speed) ou 3x1Ko toutes les 125us(High Speed). Pas d’accusé de réception, pas de reprise en cas d’erreur(1Mo/24Mo).

Bulk : 1216/6656 octets max par trame. Non prioritaire. Accusé de réception et reprise en cas d’erreur(1.2Mo/53Mo)

CaractéristiquesCaractéristiques




Guaranteed Latency Guaranteed Data Integrity

InterruptInterrupt

BulkBulk

IsochronousIsochronous

PIC18F4550 family supports all these transfer types.


USBUSB PipesPipes

HOST PC

Big USB Pipe12Mb/s

Small Pipe to each USBdevice (up to 127)

Tiny Pipes (endpoints)


Client Software <-> Client Software <-> FunctionFunction

ClientClientSoftwareSoftware

ClientClientSoftwareSoftware

InterfaceInterfaceInterfaceInterface

USB DeviceUSB DeviceUSB DeviceUSB Device

HostHostHostHost

EndpointsEndpointsEndpointsEndpoints

Data FlowsData FlowsData FlowsData Flows

BuffersBuffersBuffersBuffers

PipesPipesPipesPipes

In English, just to get the vocabulary


Trame USBTrame USB

BULKBULK

BULKBULK

BULKBULK

BULKBULK

BULKBULK

BULKBULK

BULKBULK

BULKBULK

Tx

Vo

ice

T

x V

oic

e

Tx

Lin

eT

x L

ine

Inte

rru

pt,

C

on

tro

l,L

ow

Sp

ee

d

Inte

rru

pt,

C

on

tro

l,L

ow

Sp

ee

d

Trame = 1msTrame = 1ms

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Stereo Audio

Rx

Vo

ice

R

x V

oic

e

Rx

Lin

eR

x L

ine

SlotSlot

SO

FS

OF

(Pas à l’échelle)(Pas à l’échelle)

Low SpeedLow Speed

Low SpeedLow Speed

BULKBULK

BULKBULK

Sc

an

ne

r S

ca

nn

er


USB USB PeripheralsPeripherals

USB USB PeripheralsPeripherals

Joystick

Mouse

External Hard Drive

ICD2Modem

External DVD Drive

Data Glove

Keyboard

Ethernet Adapter

Human Interface Device Class (HID)

Mass Storage Device Class

(MSD)

Communication Device Class (CDC)

Custom Class(Vendor Class)

Many more classes….

Microchip provides firmware Microchip provides firmware subset for HID, CDC, and subset for HID, CDC, and

MSDMSD.

PC will use VID/PID to look for a matching

driver and load it.

If you don't use your own VID, then 2 different devices will try to use the same driver, which is not good.

In English, just to get the vocabulary and that will be the last one.


Les avantagesLes avantages et et inconvénientsinconvénients


AvantagesAvantages Vitesse de transfert élevéeVitesse de transfert élevée Couts des composantsCouts des composants Topologie de busTopologie de bus


InconvénientsInconvénients Apprentissage d’une nouvelle Apprentissage d’une nouvelle

technologietechnologie Longueur de câbles mais il existe Longueur de câbles mais il existe

des modules de remise en forme des des modules de remise en forme des signauxsignaux

Il faut……Il faut……


Les domaines Les domaines d’application d’application avec exemples avec exemples d’utilisationd’utilisation


RS232…RS232… Ce que l’USB vous apporteCe que l’USB vous apporte

Des vitesses de transfert plus élevéesDes vitesses de transfert plus élevées Une plus grande connectivitéUne plus grande connectivité De la puissance (500 mA)De la puissance (500 mA) Une topologie BUSUne topologie BUS

Domaine d’application:Domaine d’application: TélémesureTélémesure


L’USB développement de périphériques :L’USB développement de périphériques :

Physique Physique

USB pilote hôte

Pilote de périphérique

Application

USB End Point 0

EP.. (out, type,size)

EP.. (In, type,size)

Gestion du périphérique

Electronique «made in labo»

Electronique «made in labo»

Control

Interrupt / Isochrone / Bulk

OS


L’USB développement de périphériques, solution 2 :L’USB développement de périphériques, solution 2 :

Physique

USB pilote hôte

Pilote de périphérique

Application


Electronique « made in CRTBT »

Electronique « made in CRTBT »

Control


OS

Physique

- Pilote « maison » : Problème de compétences en fonction des OS. Problème de pérennité…

- Pilote générique commerciale « USBIO »

Microcontrôleur(2000 lignes de C)

+USB Transceiver


L’USB développement de périphériques, solution 3 : HIDL’USB développement de périphériques, solution 3 : HID

Physique

USB pilote hôte

Pilote HID

Application


Control


OS

Physique

L’OS supporte en standard certains types depériphériques dits « HID »(Human Interface Devices).

Par ex : clavier, souris, audio, modem, balance, etc

Microcontrôleur(>2000 lignes de C)

+USB Transceiver


Les outils Les outils nécessaires à la nécessaires à la mise en œuvre mise en œuvre et leurs coutset leurs couts


Outils MicrochipOutils Microchip PICDEM Full Speed USB PICDEM Full Speed USB

Cout : ~35 €Cout : ~35 € PICDEM 2 PLUS + Programmateur PICDEM 2 PLUS + Programmateur

(avec modification) (avec modification) Possibilité de connecter un PIC18F2450Possibilité de connecter un PIC18F2450 Cout : ~130 €Cout : ~130 €

Compilateur CCompilateur C CCSCCS Hi-TechHi-Tech


Revu du Revu du matériel matériel

disponible dans disponible dans le commerce et le commerce et

leurs coûtsleurs coûts


USB…RS232USB…RS232 Une connectique USB avec la Une connectique USB avec la

simplicité d’une liaison RS232simplicité d’une liaison RS232 Module USB <-> RS232Module USB <-> RS232 Coté Host : Port VirtuelCoté Host : Port Virtuel Cout : ~20 €Cout : ~20 €

USBMOD 1 et 3

FTDI


USB ControllerUSB Controller

Solution CYPRESS : Solution CYPRESS : EZ-USB FX (CY7C646xx)EZ-USB FX (CY7C646xx)

Solution NetChip TechnologySolution NetChip Technology : : NET2888

Solution FREESCALESolution FREESCALE Solution PHILLIPS : Solution PHILLIPS : PDIUSBD11 PDIUSBD11


USB µCUSB µC

Solution MICROCHIP : Solution MICROCHIP : PIC18F2450PIC18F2450 Solution CYPRESS : Solution CYPRESS : CY7C63001CY7C63001 Solution MOTOROLA : Solution MOTOROLA : 68HC705JB368HC705JB3


Types de Types de transfertstransfertsTypes de Types de transfertstransferts

PIC18F4550

Control, Interrupt, Bulk, Isochronous

PIC16C7X5

Control and Interrupt


VitesseVitesseVitesseVitessePIC18F4550

Full-Speed & Low-Speed

PIC16C7X5

Low-Speed


Enregistreur Enregistreur USBUSB

Plateforme : PIC18F2450Plateforme : PIC18F2450 Device Class : HID -> Pas de piloteDevice Class : HID -> Pas de pilote Firmware simpleFirmware simple


TCP/IPTCP/IP


TCP/IPTCP/IP

I Historique et caractéristiquesI Historique et caractéristiques

II. Les avantages et inconvénientsII. Les avantages et inconvénients

III. Les domaines d’application avec III. Les domaines d’application avec exemples d’utilisationexemples d’utilisation

IV. Les outils nécessaires à la mise IV. Les outils nécessaires à la mise en œuvre et leurs coutsen œuvre et leurs couts

V. Revu du matériel disponible dans V. Revu du matériel disponible dans le commerce et leurs coutsle commerce et leurs couts


CaractéristiquesCaractéristiques

TCP/IP


Qu’est-ce qui justifie l’emploi d’Ethernet ?Qu’est-ce qui justifie l’emploi d’Ethernet ?

- Interface normalisée présente en standard sur les machines et dans les labos- Excellente performance : 10Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s….

- Pérennité (Norme 802.3 = 1980)

- Fiabilité, facilité de déploiement et d’interconnexion

Système de transmission idéal ?Système de transmission idéal ?- Standard = norme = complexité de mise en oeuvre

- Taille des paquets et accès au média non adaptés…

- Victime de son succès….la facilité d’interconnexion et la diversité d’utilisation dégrade les performances et la sécurité !

- Ethernet ► Internet : logiciels sur toutes les plates-formes (web, ftp…)

TCP/IP


CouchesCouches

Pile TCP/IP : MICROCHIPPile TCP/IP : MICROCHIP

Couche physique

Couche réseau

Couche Internet

Couche Transport

Couche Application

Modem* USART Ethernet

PPP* SLIP ARP

IP

ICMP

UDP TCP

DHCP SMTP* SNMP HTTP FTP

TCP/IP


Reliés par un câble

Reliés par fibre optique

Reliés par onde radio (Wifi)

Communication entre 2 systèmesCommunication entre 2 systèmes équipés d’interfaces Ethernet équipés d’interfaces Ethernet

TCP/IP


Communication entre 2 systèmesCommunication entre 2 systèmes équipés d’interfaces Ethernet 10BaseT ou équipés d’interfaces Ethernet 10BaseT ou

100BaseTx100BaseTx

Reliés par un câble

TX RX

TXRX

« CROISÉ »

Transmission de données à 10 ou 100Mb/s sur une distance maxi de

100m

TCP/IP


Communication entre plusieurs systèmesCommunication entre plusieurs systèmes équipés d’interfaces Ethernet 10BaseT ou équipés d’interfaces Ethernet 10BaseT ou

100BaseTX100BaseTX

Concentrateur (HUB) ou commutateur (SWITCH)

Câble « droit »

Distance maxi = 2 x 100 m

TCP/IP


TCP/IP (Type = 0x800)

UDP TCP

ICMP

ARP/RARP

Coté client : Ethernet + TCP/IP au cœur du système…Coté client : Ethernet + TCP/IP au cœur du système…

Ethernet = @MAC(48bits)

Physique

Ethernet

Applications utilisateur www, ftp, telnet… Labview !

OS

TCP/IP


Les domaines Les domaines d’application d’application avec exemples avec exemples d’utilisationd’utilisation

TCP/IP


Application Application déportéedéportée

TCP/IP


Exemple : Serveur Exemple : Serveur WEBWEB

Exemple : Serveur Exemple : Serveur WEBWEB

dsPICDEM.net™

Connection Ethernet

Câble RJ-11

Câble USB

Câble CAT-5 Croisé

ICD 2

PC :

• MPLAB® IDE for ICD2 • Internet explorer


Electronique piloté avec un navigateur WWW et du HTMLElectronique piloté avec un navigateur WWW et du HTML

Interface Ethernet

OS avec TCP/IP

Ethernet

Electronique « made in labo »


Serveur WWW

Application logicielle spécifique

HTML

TCP/IP


ElectroniqueElectronique piloté avec un navigateur WWW avec JAVApiloté avec un navigateur WWW avec JAVA

Interface Ethernet

OS avec TCP/IP

Ethernet



Serveur WWW


Applet

TCP / UDP

TCP/IP


Electronique piloté avec une application Labview, Delphi, JavaElectronique piloté avec une application Labview, Delphi, Java……

Ethernet



Interface Ethernet

OS avec TCP/IP


TCP / UDP

TCP/IP


Revu du Revu du matériel matériel

disponible dans disponible dans le commerce et le commerce et

leurs coûtsleurs coûts

TCP/IP


BECK IPC@Chip : SC12 / SC13

ADVANTECH : EVA-SOM1610

RABBITCORE : RCM3000

LANTRONIX : Xport

DIGI : DIGICONNECT

TCP/IPTCP/IP <-> Bus TCP/IP <-> Bus sériesérie

TCP/IP <-> Bus TCP/IP <-> Bus sériesérie


Les outils Les outils nécessaires à la nécessaires à la mise en œuvre mise en œuvre et leurs coûtset leurs coûts

TCP/IP


Solutions MicrochipSolutions MicrochipTCP/IPTCP/IP

Solutions MicrochipSolutions MicrochipTCP/IPTCP/IP

Pile TCP/IP de MICROCHIP (gratuite)Pile TCP/IP de MICROCHIP (gratuite) MAC, IP, ARP, ICMP, TCP, UDP, HTTP, MAC, IP, ARP, ICMP, TCP, UDP, HTTP,

FTP, DHCP, MPFSFTP, DHCP, MPFS

Portable sur les PIC18 Portable sur les PIC18 Indépendant de RTOSIndépendant de RTOS Full TCP state machineFull TCP state machine

PICDEM.net™PICDEM.net™

Pile TCP/IP de MICROCHIP (gratuite)Pile TCP/IP de MICROCHIP (gratuite) MAC, IP, ARP, ICMP, TCP, UDP, HTTP, MAC, IP, ARP, ICMP, TCP, UDP, HTTP,

FTP, DHCP, MPFSFTP, DHCP, MPFS

Portable sur les PIC18 Portable sur les PIC18 Indépendant de RTOSIndépendant de RTOS Full TCP state machineFull TCP state machine

PICDEM.net™PICDEM.net™

TCP/IP


Ethernet PICtail™ Ethernet PICtail™ #AC164121:#AC164121:

PICDEM FS USB

Future PICDEMTM II+

PICDEM Z

PICDEM LCD PICDEM HPC Explorer

Ethernet PICtailTM

TCP/IP


SimplicitéSimplicité

INT, WOL

MCU

~4 Euros~4 euros


Serveur WebServeur Web

Control à distance de tous types Control à distance de tous types d’appareilsd’appareils

Téléchargement d’informations Téléchargement d’informations (mesures capteurs)(mesures capteurs)

TCP/IP


Table rondeTable ronde

Documents

INNOVATIS SYSTEMS 2006 1 USB & TCP/IP. INNOVATIS SYSTEMS 2006 2USB I. Historique et caractéristiques II. Les avantages et inconvénients III. Les domaines