Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Подключение через USB

Еще не так давно считалось, что протокол обмена данными по USB настолько сложен, что его реализовать под силу только далеко не рядовым специалистам. Но спрос рождает предложение. Вероятно, самое удобное на сегодняшний день решение для эмуляции COM-порта через USB предлагает английская (точнее шотландская) фирма Future Technology Devices Intl. Limited — FTDI. Читатель, несомненно, в курсе того, что подобные готовые «переходники» СОМ/USB имеются в продаже вместе с уже настроенным драйвером, но мы немного остановимся на том, как спроектировать такой интерфейс самому и как с ним обращаться.

Наилучший для практики способ построения последовательного порта через USB-интерфейс — на микросхеме FT232BM [16] Имейте в виду, что подключение снятой с производства FT232AM (ее полное название FT8U232AM) несколько отличается. . С возможностями ее и других USB-микросхем этой фирмы можно ознакомиться из хорошей подборки статей на сайте компании «ЭФО» [12]. Самое главное преимущество этой микросхемы — наличие драйверов для Windows (притом бесплатно распространяемых), которые обеспечат, в том числе, полную эмуляцию последовательного COM-порта со скоростями до 1 Мбит в секунду. На рис. 18.5 без лишних объяснений я привожу схему устройства сопряжения USB/RS-232, которая без изменений честно заимствована из фирменной документации FTDI [13]. В русифицированном варианте эта схема приведена в [14], где она также заимствована из размещенной на сайте екатеринбургской фирмы «Институт радиотехники» ( http://wwwJnstitute-rt.ru/conrnion/statyi/convl/index.html) статьи А. Лысенко, Р. Назмутдинова, И. Малыгина в журнале «Радио» (2002, № 6 и 7).

Согласно уверениям производителя, если вы просто припаяете микросхему FT232BM без дополнительного программирования внешней EEPROM (микросхема 93С46 на схеме), в которой должны храниться идентификаторы устройства и прочая служебная информация, и даже вообще без нее, то устройство все равно будет работать, хотя могут возникнуть сложности с подключением других подобных устройств. Если же есть желание EEPROM запрограммировать, то специально этим заниматься не требуется, при установке драйвера типа D2XX (как указано далee) это можно сделать прямо на готовой плате через специальную фирменную утилиту EditEEPROM. Есть, по слухам, некоторые особенности с обеспечением скоростного режима этих микросхем, но вдаваться в подробности в рамках этой книги не имеет смысла.

Имейте в виду, что максимальную скорость обмена здесь ограничивает не интерфейс, а применяемые компоненты. Так, в схеме по рис. 18.5 преобразователь МАХ213 или ADM213 могут обеспечить 115 кбод, микросхема SP213 — 500 кбод, а 1 Мбод вы получите только при выборе МАХ3245. Правда, при этом встанет необходимость еще и запрограммировать как UART, так и виртуальный COM-порт на такие скорости. На самом деле схема, приведенная на рис. 18.5, целесообразна только для устройств с уже готовым интерфейсом RS-232. Если вы устройство целиком проектируете самостоятельно, то нет никакого смысла преобразовывать уровни UART в уровни RS-232 и обратно, дважды устанавливая приемопередатчик — в этом случае его из схемы на рис. 18.5 нужно исключить, а вместо него линии RxD и TxD подсоединить прямо к контроллеру. Остальные линии можно не подключать, вывод CTS# микросхемы FT232BM при этом следует заземлить.

Рис. 18.5. Рекомендуемая производителем схема преобразователя USB-RS-232с использованием микросхемы FT232BM

Как я уже говорил, к устройствам FTDI прилагаются бесплатные и свободно распространяемые драйверы под все основные ОС, в том числе и под Windows семейств NT и 9х. Разновидностей таких драйверов две — это VCP и D2ХХ-драйверы.

VCP означает Virtual Communication Port, этот драйвер просто-напросто транслирует все стандартные функции Win32 API, которые мы будем использовать далее, в необходимые команды для USB, и через микросхему FT232BM или аналогичные ей, находящиеся в устройстве, опять преобразует их в битовые последовательности UART. При подключении устройства в системе возникает новый виртуальный COM-порт, и все описанные далее программы без переделок будут работать через него. Это касается и случая, когда у вас покупной «шнурок» USB/RS-232, и когда сами «изобретаете» интерфейс по схеме рис. 18.5. Мало того, в Windows ХР такой драйвер уже встроен, и там ничего вообще устанавливать не надо. Единственная разница между таким подключением и обычным в том, что виртуальный СОМ, в отличие от реального, не будет виден в системе, пока вы свое устройство не подключите к USB.

Один вопрос, впрочем, может возникнуть в случае применения VCP-драйверов, и касается он упомянутых скорости передачи — если уж USB, то хочется реализовать хоть малую долю возможностей этой шины. Между тем стандартно COM-порт может иметь скорость максимум в 256 кбод. Есть приемы установки для COM-порта нестандартной скорости обмена, но вопрос о том, насколько это корректно для данного случая, лично для меня, ввиду новизны ситуации, пока открыт (официальная документация не слишком уверенно утверждает, что допустимы только стандартные скорости). Второй — менее серьезный — недостаток драйверов VCP заключается в том, что вы не можете через него работать со встроенной в FT-устройство EEPROM, в которой записан идентификатор устройства и прочие необходимые для USB «прибамбасы».

В этих случаях следует выбрать 02ХХ-драйвер, работа с которым отличается, и похожа на работу с разобранным далее компонентом AfComPort. Программы, конечно, придется переписывать. С установкой Э2ХХ-драйвера связана одна совершенно «идиотская» трудность (так и хочется написать — «характерная для продуктов Microsoft») — как указывалось ранее, в ХР VCP-драйвер уже есть, и для установки Э2ХХ-драйвера нужно устраивать некоторые «пляски с бубном», цитирую из русского переложения фирменных рекомендаций по этому поводу ( http://www.efo.ru/doc/Ftdi/Ftdi.pI71046):

«Немного сложнее обстоит дело в случае операционной системы Windows ХР, которая уже имеет в своем составе сертифицированные VCP-драйверы FTDI. При попытках присоединить к компьютеру новое USB-устройство со стандартными идентификаторами FTDI (например, любой DLP-модуль) система по умолчанию, не спрашивая пользователя, самостоятельно установит VCP-драйверы. Пользователю, желающему работать с D2XX-драйверами, необходимо в этот момент вспомнить, что очень полезно воспитывать в себе терпение и воспользоваться утилитой ftxprcvr.exe, входящей в состав дистрибутива В2ХХ-драйверов для Windows ХР. Утилита ftxprcvr.exe, используя установившиеся по умолчанию VCP-драйверы, перепрограммирует внешнюю EEPROM в присоединенном устройстве и задаст новые значения идентификаторов (VID=0403 и PID=6006). После этого необходимо повторить процедуру установки В2ХХ-драйверов с начала, т. е. отключить и снова присоединить устройство. Теперь система даст возможность пользователю указать директорию для установки D2XX-драйверов.»