OPCIONES DE CONECTIVIDAD USB

3.6.1. Transceivers USB.

La principal responsabilidad de los transceptores (transceivers) USB es encapsular la capa física y realizar una interfaz con otros dispositivos programables. Esto sólo incluye una traducción de los voltajes que codifican la transmisión de información en dos señales D+ y D-, a un conjunto de señales para su posterior procesamiento de capas superiores realizadas por otros dispositivos.

En las capas superiores se debe realizar un manejo de transacciones y endpoints, entre otros. De esta forma estos son dispositivos muy simples, que a los sumo incorporan reguladores de voltaje, y detectores de conexión, lo que los hace muy baratos. Como representantes de esta categoría se seleccionaron el USB1T20 de Fairchild, y el Philips ISP110x. En la figura 3.1 se muestra un diagrama lógico de las señales que traduce y la tabla de verdad de los valores lógicos que convierte.

3.6.2. Conversores USB a Interfaz Serial o Paralela.

Otra de las posibilidades existentes para facilitar la conectividad entre el PC y un hardware vía USB es mediante el uso de conversores. La idea aquí, es que el conversor funciona como caja negra, en donde uno de los extremos de la interfaz utilizada es USB y en el otro es serial o paralelo, según el conversor en cuestión. De esta forma, para el hardware que se desea conectar es transparente la forma en que los datos llegan al PC. Si se hace la analogía con conectividad en redes, podría pensarse que se crea un túnel entre el Host USB y el conversor por donde pasa la información de la interfaz del hardware externo. El conversor es visto en general por el PC como un puerto serial y así lo utilizan también las aplicaciones de usuario. El representante elegido en este caso es el FT232BM de FTDI y su diagrama en bloques se muestra en la figura 3.2. Los componentes más importantes de izquierda a derecha son: el transceiver USB, el motor de interfaz serial (serial interface engine) (SIE), el motor de protocolo USB y el transmisor- receptor asíncrono universal (universal asynchronous receiver-transmitter) (UART). Del transceiver ya se ha hablado con anterioridad, el SIE junto con el motor de protocolos USB tiene la responsabilidad de manejar transferencias en endpoints predeterminados por la interfaz CDC. Luego el componente controlador UART FIFO, que con ayuda de los buffers de memoria compartida realizan las transferencias de datos con el Host USB. Este componente también sirve para setear la configuración del UART (velocidad, paridad, etc). Finalmente a la derecha de la figura se encuentra el UART que es donde se conecta el hardware vía una interfaz serial.

Otras características que tiene este conversor son:

 Cumple con el estándar USB 2.0 (Full speed)

 Velocidad de 300 a 3M baudios

 Manejo de handshaking y señales de modem.

 Bit Bang mode: Transforma las señales de control en puerto de E/S de 8 bits.

 Interfaz con EEPROM para caracterizar VID, PID, etc.

 Drivers de puerto COM virtual para Windows, MacOS y Linux. Figura 3.0.2 Diagrama de bloques del FT232

3.6.3. Controladores de Periféricos.

Estos dispositivos incorporan un transceiver USB y la lógica para el manejo del protocolo. En estos es configurable además un número variable de endpoints y tipos de transferencias, así como también descriptores de dispositivo, interfaz, VID, PID, etc. Pueden encontrarse en dos modalidades: externos o embebidos en un microcontrolador.

3.6.3. 1. Controladores de Periféricos Externos.

Estos dispositivos, como ya dijimos, manejan las comunicaciones USB al nivel de transacciones y endpoints y además es visto como otro periférico más para los microcontroladores o microprocesadores con los cuales interactúan. Vale la pena aclarar que estos dispositivos no son autónomos sino que deben interactuar con microcontroladores o microprocesadores para realizar parte de sus tareas, a diferencia de los conversores que se presentaron en la sección 3.6.2. Una de las ventajas más importantes que tiene, es el poco impacto que causa su aplicación en sistemas ya existentes, es decir, si se quiere agregar la funcionalidad a un dispositivo ya existente en un microcontrolador, sólo hay que agregar firmware necesario para el manejo del USB y no migrar todo a otra solución que utilice un controlador de periféricos embebido. En esta sección se tomó como representante el ISP1581 de Philips.

A continuación se presentan las principales características relacionadas con la conectividad USB:

 7 Endpoints de entrada, 7 de salida. Soporta double buffer.

 Soporta todos los tipos de transferencias

 8Kb de memoria FIFO integrada.

 Interfaces con un microcontrolador:

o Interfaz de bus independiente para la mayoría de los microcontroladores /microprocesadores (12.5 MByte/s)

o Interfaz DMA de alta velocidad (12.8 Mbyes/s)

o Interfaz directa con periféricos ATA/ATAPI

 Conexión al bus USB controlada por software (SoftConnect tm)

 Data transceiver y regulador de voltaje de 3.3 V integrados

3.6.3. 2. Controladores de Periféricos Embebidos.

En este tipo de soluciones, se incorpora dentro del mismo microcontrolador el hardware necesario para conectarse directamente al Host USB. Brinda las mismas funciones que el controlador de periféricos externo pero con algunas diferencias. Normalmente es utilizado como un periférico más y utiliza registros dedicados y un tipo de memoria especial, a veces llamada RAM de doble puerto (Dual Port RAM) para intercambiar información con el microcontrolador, además de poseer una rama completa de interrupciones asociadas a los eventos USB. La comunicación en los casos

relevados se maneja a nivel de endpoints y el manejo de transferencias es manejado por firmware con el soporte de hardware de este periférico especial, comúnmente conocido como SIE. Una desventaja que genera el hecho de que se utiliza un recurso embebido en un microcontrolador, es que se genera una dependencia con la arquitectura de éste. Un ejemplo es el microcontrolador PIC 18F.