USB & TCP/IP INNOVATIS SYSTEMS 2006

USB I. Historique et caractéristiques II. Les avantages et inconvénients III. Les domaines d’application avec exemples d’utilisation IV. Les outils nécessaires à la mise en œuvre et leurs couts V. Revu du matériel disponible dans le commerce et leurs couts INNOVATIS SYSTEMS 2006

Historique et caractéristiques INNOVATIS SYSTEMS 2006

Historique 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 INNOVATIS SYSTEMS 2006

Applications Embarquées Universal Serial Bus Télémesures, Diagnostic Applications Embarquées RS232 Parallèle PS/2 Auto détection & configuration (Plug&Play) Bus power 3 vitesses: Low- 1.5, Full- 12, High- 480 Megabits/second INNOVATIS SYSTEMS 2006

Caractéristiques 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. INNOVATIS SYSTEMS 2006

Caractéristiques NRZI Data Encoding 4-wire connection Differential Signaling VBUS D+ D- GND VBUS D+ D- GND ~ 5.0 V ~ 3.3 V NRZI Data Encoding Half duplex – data transmission can go in only one direction at a time Bus Power to each device: 4.40 - 5.25 V Guaranteed 100 mA 500 mA maximum through negotiation INNOVATIS SYSTEMS 2006

Caractéristiques L’USB en fonctionnement : Hub USB B 4.4 à 5.25v ! 500mA 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. INNOVATIS SYSTEMS 2006

Caractéristiques “A” Plug USB Host “mini-B” Plug “B” Plug FS, HS Peripheral “B” Plug FS, HS Peripheral INNOVATIS SYSTEMS 2006

Caractéristiques Modes de transfert (12Mbps/480Mbps) : 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) INNOVATIS SYSTEMS 2006

Guaranteed Data Integrity Caractéristiques Guaranteed Latency Guaranteed Data Integrity Interrupt Bulk Isochronous PIC18F4550 family supports all these transfer types. INNOVATIS SYSTEMS 2006

USB Pipes Small Pipe to each USB device (up to 127) HOST PC Big USB Pipe 12Mb/s Small Pipe to each USB device (up to 127) Tiny Pipes (endpoints) This slide illustrates the idea of USB pipes. Tiny pipes connect up to USB endpoints, which we will look at next. INNOVATIS SYSTEMS 2006

Client Software <-> Function In English, just to get the vocabulary Client Software <-> Function Client Software Host Buffers Data Flows Pipes Endpoints USB Device Interface INNOVATIS SYSTEMS 2006

Trame USB Slot Trame = 1ms BULK (Pas à l’échelle) Stereo Audio Tx Voice Tx Line Interrupt, Low Speed Control, Trame = 1ms Stereo Audio Rx Voice Rx Line Slot SOF (Pas à l’échelle) Scanner INNOVATIS SYSTEMS 2006

In English, just to get the vocabulary and that will be the last one. USB Peripherals PC will use VID/PID to look for a matching driver and load it. Mouse Data Glove External DVD Drive Ethernet Adapter Keyboard Joystick External Hard Drive Modem ICD2 Human Interface Device Class (HID) Mass Storage Device Class (MSD) Communication Device Class (CDC) Custom Class (Vendor Class) Microchip provides firmware subset for HID, CDC, and MSD. If you don't use your own VID, then 2 different devices will try to use the same driver, which is not good. Many more classes…. INNOVATIS SYSTEMS 2006

Les avantages et inconvénients INNOVATIS SYSTEMS 2006

Avantages Vitesse de transfert élevée Couts des composants Topologie de bus INNOVATIS SYSTEMS 2006

Inconvénients Apprentissage d’une nouvelle technologie Longueur de câbles mais il existe des modules de remise en forme des signaux Il faut…… INNOVATIS SYSTEMS 2006

Les domaines d’application avec exemples d’utilisation INNOVATIS SYSTEMS 2006

RS232… Ce que l’USB vous apporte Domaine d’application: Des vitesses de transfert plus élevées Une plus grande connectivité De la puissance (500 mA) Une topologie BUS Domaine d’application: Télémesure INNOVATIS SYSTEMS 2006

L’USB développement de périphériques : Electronique «made in labo» Application Gestion du périphérique Interrupt / Isochrone / Bulk Pilote de périphérique EP.. (out, type,size) EP.. (In, type,size) Control OS USB pilote hôte USB End Point 0 Physique Physique INNOVATIS SYSTEMS 2006

L’USB développement de périphériques, solution 2 : Electronique « made in CRTBT » Pilote « maison » : Problème de compétences en fonction des OS. Problème de pérennité… - Pilote générique commerciale « USBIO » Application Gestion du périphérique Interrupt / Isochrone / Bulk Pilote de périphérique Microcontrôleur (2000 lignes de C) + USB Transceiver Control OS USB pilote hôte Physique Physique INNOVATIS SYSTEMS 2006

L’USB développement de périphériques, solution 3 : HID L’OS supporte en standard certains types de périphériques dits « HID » (Human Interface Devices). Par ex : clavier, souris, audio, modem, balance, etc Application Gestion du périphérique Interrupt / Isochrone / Bulk Pilote HID Microcontrôleur (>2000 lignes de C) + USB Transceiver Control OS USB pilote hôte Physique Physique INNOVATIS SYSTEMS 2006

Les outils nécessaires à la mise en œuvre et leurs couts INNOVATIS SYSTEMS 2006

Outils Microchip PICDEM Full Speed USB Cout : ~35 € PICDEM 2 PLUS + Programmateur (avec modification) Possibilité de connecter un PIC18F2450 Cout : ~130 € Compilateur C CCS Hi-Tech INNOVATIS SYSTEMS 2006

Revu du matériel disponible dans le commerce et leurs coûts INNOVATIS SYSTEMS 2006

USB…RS232 Une connectique USB avec la simplicité d’une liaison RS232 Module USB <-> RS232 Coté Host : Port Virtuel Cout : ~20 € FTDI USBMOD 1 et 3 INNOVATIS SYSTEMS 2006

USB Controller Solution CYPRESS : EZ-USB FX (CY7C646xx) Solution NetChip Technology : NET2888 Solution FREESCALE Solution PHILLIPS : PDIUSBD11 INNOVATIS SYSTEMS 2006

USB µC Solution MICROCHIP : PIC18F2450 Solution CYPRESS : CY7C63001 Solution MOTOROLA : 68HC705JB3 INNOVATIS SYSTEMS 2006

Control, Interrupt, Bulk, Isochronous Types de transferts PIC18F4550 Control, Interrupt, Bulk, Isochronous PIC16C7X5 Control and Interrupt INNOVATIS SYSTEMS 2006

Full-Speed & Low-Speed Vitesse PIC18F4550 Full-Speed & Low-Speed PIC16C7X5 Low-Speed INNOVATIS SYSTEMS 2006

Enregistreur USB Plateforme : PIC18F2450 Device Class : HID -> Pas de pilote Firmware simple INNOVATIS SYSTEMS 2006

TCP/IP INNOVATIS SYSTEMS 2006

TCP/IP I Historique et caractéristiques II. Les avantages et inconvénients III. Les domaines d’application avec exemples d’utilisation IV. Les outils nécessaires à la mise en œuvre et leurs couts V. Revu du matériel disponible dans le commerce et leurs couts INNOVATIS SYSTEMS 2006

TCP/IP Caractéristiques INNOVATIS SYSTEMS 2006

Qu’est-ce qui justifie l’emploi d’Ethernet ? TCP/IP 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 - Ethernet ► Internet : logiciels sur toutes les plates-formes (web, ftp…) 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 ! INNOVATIS SYSTEMS 2006

Pile TCP/IP : MICROCHIP Couches Pile TCP/IP : MICROCHIP Couche Application DHCP SMTP* SNMP HTTP FTP Couche Transport UDP TCP ICMP Couche Internet IP Couche réseau PPP* SLIP ARP Couche physique Modem* USART Ethernet INNOVATIS SYSTEMS 2006

Communication entre 2 systèmes équipés d’interfaces Ethernet TCP/IP Communication entre 2 systèmes équipés d’interfaces Ethernet Reliés par un câble Reliés par fibre optique Reliés par onde radio (Wifi) INNOVATIS SYSTEMS 2006

Transmission de données à 10 ou 100Mb/s sur une distance maxi de 100m TCP/IP Communication entre 2 systèmes équipés d’interfaces Ethernet 10BaseT ou 100BaseTx Reliés par un câble « CROISÉ » RX TX TX RX Transmission de données à 10 ou 100Mb/s sur une distance maxi de 100m INNOVATIS SYSTEMS 2006

TCP/IP Communication entre plusieurs systèmes équipés d’interfaces Ethernet 10BaseT ou 100BaseTX Concentrateur (HUB) ou commutateur (SWITCH) Câble « droit » Distance maxi = 2 x 100 m INNOVATIS SYSTEMS 2006

Coté client : Ethernet + TCP/IP au cœur du système… Applications utilisateur www, ftp, telnet… Labview ! TCP/IP (Type = 0x800) UDP TCP ICMP ARP/RARP OS Ethernet = @MAC(48bits) Physique Ethernet INNOVATIS SYSTEMS 2006

Les domaines d’application avec exemples d’utilisation TCP/IP Les domaines d’application avec exemples d’utilisation INNOVATIS SYSTEMS 2006

TCP/IP Application déportée INNOVATIS SYSTEMS 2006

Exemple : Serveur WEB PC : MPLAB® IDE for ICD2 Internet explorer ICD 2 Câble RJ-11 Câble USB Câble CAT-5 Croisé Connection Ethernet dsPICDEM.net™ INNOVATIS SYSTEMS 2006

Electronique piloté avec un navigateur WWW et du HTML TCP/IP Electronique piloté avec un navigateur WWW et du HTML Electronique « made in labo » Application logicielle spécifique HTML Serveur WWW OS avec TCP/IP Interface Ethernet Ethernet INNOVATIS SYSTEMS 2006

Electronique piloté avec un navigateur WWW avec JAVA TCP/IP Electronique piloté avec un navigateur WWW avec JAVA Electronique « made in labo » Application logicielle spécifique Applet Serveur WWW TCP / UDP OS avec TCP/IP Interface Ethernet Ethernet INNOVATIS SYSTEMS 2006

Electronique piloté avec une application Labview, Delphi, Java… TCP/IP Electronique piloté avec une application Labview, Delphi, Java… Electronique « made in labo » Interface Ethernet OS avec TCP/IP Application logicielle spécifique TCP / UDP Ethernet INNOVATIS SYSTEMS 2006

Revu du matériel disponible dans le commerce et leurs coûts TCP/IP Revu du matériel disponible dans le commerce et leurs coûts INNOVATIS SYSTEMS 2006

TCP/IP <-> Bus série BECK IPC@Chip : SC12 / SC13 ADVANTECH : EVA-SOM1610 RABBITCORE : RCM3000 LANTRONIX : Xport DIGI : DIGICONNECT INNOVATIS SYSTEMS 2006

Les outils nécessaires à la mise en œuvre et leurs coûts TCP/IP Les outils nécessaires à la mise en œuvre et leurs coûts INNOVATIS SYSTEMS 2006

Solutions Microchip TCP/IP Pile TCP/IP de MICROCHIP (gratuite) MAC, IP, ARP, ICMP, TCP, UDP, HTTP, FTP, DHCP, MPFS Portable sur les PIC18 Indépendant de RTOS Full TCP state machine PICDEM.net™ INNOVATIS SYSTEMS 2006

Ethernet PICtail™ #AC164121: TCP/IP Ethernet PICtail™ #AC164121: PICDEM HPC Explorer PICDEM LCD Future PICDEMTM II+ PICDEM FS USB Ethernet PICtailTM PICDEM Z INNOVATIS SYSTEMS 2006

Simplicité MCU INT, WOL ~4 euros ~4 Euros INNOVATIS SYSTEMS 2006

Serveur Web Control à distance de tous types d’appareils TCP/IP Serveur Web Control à distance de tous types d’appareils Téléchargement d’informations (mesures capteurs) INNOVATIS SYSTEMS 2006

Table ronde INNOVATIS SYSTEMS 2006