Резюме ръководител на проекта: гл ас д-р инж. Иван Булиев

1. 
   инж. Николай Кенаров
   
2. 
   доц. д-р инж. Йордан Колев
   

За около едно десетилетие, интерфейсът USB [Universal Serial Bus] се утвърди като технология, осигуряваща свързването на различни периферни устройства към персоналните компютри. Успехът му се дължи преди всичко в устойчивите му характеристики, ниската цена, лесното му използване и малкия габарит на използвания конектор.

Всяка една вградена система (устройство, чието управление е базирано на микропроцесор, но не изпълняващо по никой начин функциите на компютър), именно поради факта, че е базирана на микропроцесор, би могла да предлага активен USB интерфейс. Използването на USB в тези системи е сравнително от скоро и специалистите с опит в тази област са малко. Включването на активен USB интерфейс в една вградена система представлява предизвикателство, най-вече поради факта, че значително първоначално инвестиране, на интелектуално ниво, в усвояването му.

Целта на настоящия проект бе да осигури средства и условия на екипа, занимаващ се с проектиране, конструиране и тестване на вградени системи, за допълване на знанията и уменията в тази област, както и да се създаде база за реалното разработване и оживяване на такива системи. Като по-конкретни цели бяха набелязани реализиране и обслужване на собствен специализиран пасивен USB модул, създаване на прототип с активен USB интерфейс, както и работа върху описанието на поведението на USB контролери.

Изследвани бяха следните възможности за реализиране на активен USB интерфейс във вградени системи:

• 
  Използване на FPGA. Използването на програмируеми схеми при проектиране на цифрови устройства се характеризира с голяма гъвкавост и универсалност. С веднъж проектирано функционалното описание, реализацията на устройството се свежда до програмирането на интегралните схеми, което също става направо в крайното устройство. По-високата цена на тези схеми не е спънка, когато става дума за сравнително сложно устройство. Налице са голям брой свободно разпространявани IP ядра, които помагат в процеса на проектирането и значително улесняват разработките.
  
• 
  Използване на специализирани интегрални схеми (ASIC). Редица фирми произвеждат специализирани USB интерфейсни схеми, които се свързват към микропроцесорната част на вградената система посредством някакъв друг тип интерфейс. Пример за такава схема е MAX3421E, която може да бъде използвана като пасивен или активен USB контролер. Връзката към съответната микропроцесорна система става по сериен SPI интерфейс.
  
• 
  Микроконтролери с вграден USB интерфейс. Естественото развитие на технологията води до интегрирането на пасивни и активни USB интерфейсни схеми в състава на еднокристалните микрокомпютри. Водещи фирми (Atmel, Microchip, Philips, Freescale, и т.н) включват пасивни USB трансмитери в своите най-популярни микроконтролери, и активни в по-производителните от тях. Усвояването на работата с подобни микроконтролери бе една от целите на проекта.
  

Набавена и проучена бе техническа документация относно USB. Бяха открити и по-компактни статии, предлагащи практичен подход към запознаването и усвояването на USB интерфейс.

В резултат на направените проучвания се установи, че към реализирането на активен интерфейс е по-добре да се премине след реализирането на поне едно пасивно устройство. Това решение даде възможност да се усвоят в детайли комуникационните протоколи.

На базата на TUSB3210 от Texas Instruments бе проектиран и реализиран универсален периферен модул с вграден пасивен USB интерфейс. Микроконтролерърт позволява задаване на различни спецификатори производител/продукт (VID/PID) за идентифициране като периферно устройство. В конкретния случай, модулът използва USB дескриптори, които го идентифицират като ‘Human Interface Device’ (HID), за който в Windows е налице стандартен драйвер. Комуникацията се извършва с помощта на ‘доклади’ и е сравнително просто осъществима.

За да създаде подобен прототип с активен USB интерфейс, на екипа беше необходимо да се запознае с технологията на работа и програмиране на микроконтролерите на базата на ядрото ARM7 с вграден JTAG интерфейс. Бе закупен развоен модул SAM7-EX256 от Olimex, на базата на ARM7, с помощта на който това бе осъществено.

В паралел бе закупен програмиращ кабел за притежавания развоен FPGA модул, като по този начин бе комплектована установка за експерименти с FPGA реализации на USB интерфейс.

В заключение, екипът преценява извършеното за особено ползотворно и счита, че в общи линии целта на проекта е постигната, като скромното финансиране е оползотворено по най-добрия начин.
ЛИТЕРАТУРА:

[1]. D. Anderson, “USB system architecture (2.0)”, ADDISON-WESLEY DEVELOPER’S PRESS, 2001

[2]. J. Axelson, “USB complete”, Lakeview Research
За контакти:

гл. ас. д-р инж. Иван Булиев, Катедра “Електронна техника и микроелектроника” при ФЕ на ТУ-Варна, ул. Студентска №1, 114Е, тел. +35952383572, email: buliev@tu-varna.acad.bg