English version is here

Implementácia USB do mikrokontroléra Igor Atmel-USB device: 
USB-RS232 prevodník + USB-8/16bit prevodník + USB-EEPROM záznamník
na báze lacného AVR mikrokontroléra

  Tento článok si kladie za cieľ oboznámenie čitateľov s implementáciou prevodníka USB na RS232 do jednočipového mikrokontroléra, ktorý toto rozhranie nepodporuje. Jedná sa teda o implementáciu USB na úrovni firmware (podobne ako sa rieši emulácia RS232 rozhrania v mikrokontroléroch, ktoré RS232 priamo nepodporujú). Predložený projekt je pokračovanie projektu základného USB modulu IgorPlug-USB (AVR) (diaľkové ovládanie počítača IgorPlug cez USB).

Pre použitie v užívateľských zariadeniach som pripravil vylepšený USB na RS232 prevodník (+ iné) s nasledovnými parametrami:
Je to určené najmä na zabudovanie do vlastných zariadení (zdrojový kód firmware aj software bude voľne k dispozícii). Pre lepší výber som pripravil dve verzie, ktoré sa líšia typom použitého procesora. Jednoduchšia a lacnejšia verzia je postavená na báze procesora AT90S2313. Vylepšená verzia je postavená na báze ATmega8 (prečítajte si jej vymoženosti).

Prijímací FIFO buffer :
 - AT90S2313: 32 byte FIFO
 - ATmega8: 800 byte FIFO 

Komunikačná rýchlosť a parametre linky: 
 - AT90S2313: od 4800 baud až do 57600 baud, 8 dátových bitov, 1 stopbit
 - ATmega8: od 300 baud až do 115200 baud + možnosť meniť počet dátových bitov (5,6,7,8), stop bitov (1, 2), paritu (none, odd, even, mark, space)

Ďalšie vstavané rozhrania a možné rozšírenia: 
 - AT90S2313: 

• USB prevodník na 8-bitový vstupno-výstupný port : voľba každého pinu ako vstup alebo výstup, voľba pull-up rezistora na vstupnom pine
• USB záznamník do dátovej EEPROM pamäte : 128 byte EEPROM na uloženie vlastných údajov ( napr. kalibračné údaje)

 - ATmega8:

• USB prevodník na tri 8-bitové vstupno-výstupné porty : voľba každého pinu ako vstup alebo výstup, voľba pull-up rezistora na vstupnom pine

• USB záznamník do dátovej EEPROM pamäte : 512 byte EEPROM na uloženie vlastných údajov (napr. kalibračné údaje)
• príp. možnosť využiť periférie ATmega8 (zatiaľ neimplementované): 
  - 6-kanálový AD prevodník: 4x10bit + 2x8bit
  - PWM kanál
• možnosť doplnenia vlastných funkcií: cca 3K slov pamäti (z celkovo 4K slov) programu je voľnej pre doplnenie vlastných funkcií (kryptofunkcie na realizáciu HW kľúča, USB na "hocičo" prevodník - napr. USB<>I2C, USB<>PS2, a pod. )
• príp. možnosť upgrade firmware cez USB (zatiaľ neimplementované - možno nechám na iných :-) )

Aplikačný prístup: 

• So zariadením sa komunikuje prostredníctvom dodanej DLL knižnice: je možné komunikovať naraz z viacerých aplikácii (výhoda voči štandartnému COM portu) 
• Prijímací buffer je spoločný pre celý systém - prijaté údaje z RS232 sa rozpošlú všetkým komunikujúcim aplikáciám (každá aplikácia obdrží všetky prijaté údaje)
• Príjem údajov je v samostatnom threade v DLL knižnici (prijímací thread je jedinečný v systéme)
• Vysielanie je prispôsobené na použitie v automatizačnej technike - synchrónne vysielanie: po zavolaní funkcie na odvysielanie buffera sa riadenie programu vráti z DLL knižnice až po odvysielaní všetkých údajov vo výstupnom bufferi (vrátane stopbitu posledného bytu). Je to výhoda najmä pri handshake komunikácii (a hlavná výhoda voči klasickému Windows COM portu).

Praktické skúsenosti: 

• Do rýchlosti 14400baud 57600baud (vylepšený vlastný driver) je možný kontinuálny príjem - FIFO buffer sa nezapĺňa (prenos do počítača je rýchlejší voči príjmu)
• Nad rýchlosť 14400baud 57600baud je možný príjem až do veľkosti FIFO buffera - FIFO buffer sa postupne zapĺňa  (prenos do počítača je pomalší voči príjmu) a je nutná prestávka v príjme na prenos dát do počítača. Teda pri handshake komunikácii na vysokej rýchlosti je nutné použiť paket menší ako je veľkosť FIFO (čo je v praxi väčšinou splnené - 800byte FIFO pri použití ATmega8 by malo byť dosť pre každého ;-) )

A tu je moja testovacia aplikácia "IgorPlugUSBdemo.exe" (príjem súboru "msdos.sys" z terminálu TeraTerm.exe):

    Ďalšie informácie budú rýchlo dopĺňané (posledná aktualizácia: 20.10.2004).
Celý projekt bude v budúcnosti dostupný na stránkach Atmel-u ako Aplikačná poznámka. Na nasledujúcom obrázku je Štruktúra projektu (zdrojové kódy, firmware, binárne súbory, dokumentácia, ...) : 

Anglická verzia Application Note je tu a celý projekt je teraz dostupný ako as Zip archív (cca 3MB) na DOWNLOAD. Teraz spolu zo všetkými zdrojovými kodmi !!!

www.cesko.host.sk - sekcia Hardware
http://www.cesko.host.sk/IgorPlugUSB/IgorPlug-USB (AVR).htm - základný projekt jednoduchého USB zariadenia
www.cesko.host.sk/girderplugin_sk.htm  - diaľkové ovládanie počítača pomocou infračerveného ovládača
www.appliedp.sk - firma v ktorej pracujem a vyvíjam niečo z inej brandže 
www.usb.org - všetko o USB zbernici
a iné: ...

Stránka bude priebežne dopĺňaná o nové informácie (o ktoré bude záujem).

autor: Ing. Igor Češko:
            e-mail: cesko@internet.sk
            domovská stránka: www.cesko.host.sk