Хардверски интерфејси

Интерфејс (интеракција) је веза између компоненти и учесника у микропроцесорском систему.

В микропроцесорски систем укључује: хардвер, софтвер и људе... Стога се разликују следеће врсте интерфејса:

• хардверски интерфејс;

• софтверски интерфејс;

• кориснички интерфејс.

Програмски интерфејс који обезбеђује оперативни систем (ако постоји). Најчешћи кориснички интерфејси су графички интерфејс (на пример, радна површина рачунара са иконама или командним дугмадима у Мицрософт Оффице Ворд едитору) и интерфејс џојстика, где бирамо команду која нам је потребна навигацијом кроз меније (нпр. мобилни телефони). , програмабилни контролери) , који је такође врста ГУИ.

Хардверски интерфејс је систем магистрала, конектора, уређаја за усклађивање, алгоритама и протокола који обезбеђују комуникацију између свих делова микропроцесорског система. Перформансе и поузданост система зависе од карактеристика интерфејса.

У уграђеним микропроцесорским системима, хардверски интерфејс је обезбеђен преко контролера растерећења ЦПУ-а.Контролер То је специјализовано микроколо дизајнирано за обављање надзорних и контролних функција. Контролер управља радом уређаја, на пример, хард диска, меморије са случајним приступом, тастатуре и обезбеђује везу овог уређаја са другим учесницима у МС.

Гуме се контролишу помоћу мостова... У сложеним МС, на пример, као што је персонални рачунар, централно место заузима «ЦхипСет» (ЦхипСет) - скуп мостова и контролера. Чипсет садржи два главна чипа, који се традиционално називају јужним и северним мостом (слика 1). Северни мост опслужује системску магистралу, меморијску магистралу, АГП (убрзани графички порт) и главни је контролер рачунара. Јужни мост управља радом са спољним уређајима (ПЦИ магистрала — У/И магистрала за повезивање периферних уређаја).

Слика 1 — Организације за размену података у личним рачунарима (ПЦ)

Организација интеракције између процесора и екстерних уређаја је најтежа, због њихове велике разноврсности.

Паралелни интерфејси се одликују по томе што користе одвојене сигналне линије за пренос битова и битови се преносе истовремено. Класични паралелни интерфејс је ЛПТ порт.

Интерфејс за серијски пренос података користи једну сигналну линију преко које се битови информација узастопно преносе један за другим.

Најједноставнији серијски интерфејс, који је постао широко распрострањен и у рачунарима и у индустријским системима, је стандард РС-232, који имплементирају ЦОМ — портови... У индустријској аутоматизацији широко се користи РС-485.

УСБ (Универсал Сериал Бус) магистрала повезује широк спектар периферних уређаја са вашим рачунаром, укључујући мобилне телефоне и потрошачку електронику.

Прва спецификација интерфејса се зове УСБ 1.0, тренутно се користи спецификација УСБ 2.0, савремени уређаји су повезани на УСБ 3.0 спецификацију.

УСБ 2.0 стандард садржи четири линије: пријем и пренос података, +5 В напајање и кућиште. Поред ових, УСБ 3.0 додаје још четири комуникационе линије (2 за пријем и две за пренос) и кућиште.

УСБ магистрала има велики пропусни опсег (УСБ 2.0 обезбеђује максималну брзину преноса података до 480 Мбпс, УСБ 3.0 — до 5.0 Гбпс) и обезбеђује не само пренос података, већ и напајање спољних уређаја мале снаге (максимална струја потрошња уређаја преко енергетских водова УСБ магистрале, не би требало да прелази 500 мА за УСБ 2.0 и 900 мА за УСБ 3.0), што елиминише потребу за екстерним изворима напајања.

Бежични (бежични) интерфејси вам омогућавају да се удаљите од комуникационих каблова, што је посебно важно за уређаје мале величине, по величини и тежини упоредивим са кабловима. Коришћење бежичних интерфејса електромагнетни таласи инфрацрвене (ИрДА) и радиофреквентне опсеге (Блуетоотх, УСБ бежични).

Инфрацрвени ИрДА интерфејс омогућава бежичну комуникацију између два уређаја на удаљености до 1 метар. Инфрацрвена комуникација - ИР (инфрацрвена) веза - безбедна по здравље, не изазива сметње у радио фреквенцијском опсегу и обезбеђује приватност преноса. Инфрацрвени зраци не пролазе кроз зидове, тако да је пријемно подручје ограничено на малу област која се лако контролише.

Блуетоотх (плави зуб) је радио интерфејс мале снаге (снага предајника само око 1 мВ) за организовање личних мрежа које пружају пренос података у реалном времену на кратке удаљености. Сваки Блуетоотх уређај има радио предајник и пријемник од 2,4 ГХз. Домет радио интерфејса је око 100 м — за покривање стандардне куће.

Бежични УСБ (УСБ бежични) — радио интерфејс кратког домета са великим пропусним опсегом: 480 Мбпс на удаљености до 3 метра и 110 Мбпс на удаљености до 10 метара. Ради у фреквенцијском опсегу 3,1 — 10,6 ГХз.

РС-232 (РС — препоручени стандард) интерфејс повезује два уређаја — рачунар и уређај за пренос података. Брзина преноса је 115 Кбпс (максимално), удаљеност преноса је 15 м (максимално), шема везе је тачка-тачка.

Сигнали са овог интерфејса се преносе падом напона од (3…15) В, па је дужина комуникационе линије РС-232 по правилу ограничена на раздаљину од неколико метара због ниске отпорности на буку. Најчешће се користи у индустријској опреми, у персоналном рачунару се користи за повезивање манипулатора типа "миш", модема. РС-232 интерфејс генерално не дозвољава умрежавање јер повезује само 2 уређаја.

Слика 2 — РС-232 конектор типа ДБ9

РС-485 интерфејс је широко коришћен индустријски серијски интерфејс велике брзине, против ометања за двосмерни пренос података. Скоро сви савремени рачунари индустријског дизајна, већина сензора и драјвова садрже једну или другу имплементацију РС-485 интерфејса.

За пренос и пријем података довољан је један упредени пар жица (упредени пар).Пренос података се врши помоћу диференцијалних сигнала (оригинални сигнал иде на једну жицу, а његова реверзна копија на другу.). Разлика напона једног поларитета између жица значи логичку, разлика другог поларитета значи нула.

У присуству спољашњих сметњи, славине у суседним жицама су исте, а пошто је сигнал разлика потенцијала у жицама, ниво сигнала остаје непромењен. Ово обезбеђује високу отпорност на буку и укупну дужину комуникационе линије до 1 км (и више уз употребу посебних уређаја — репетитора).

РС-485 интерфејс обезбеђује размену података између неколико уређаја преко двожичне комуникационе линије у полудуплексном режиму (пријем и пренос пролазе кроз један пар временски раздвојених жица). Широко се користи у индустрији за креирање система контроле процеса.

Етернет (етер — етар) — технологија преноса података која се користи у већини локалних рачунарских мрежа. Овај интерфејс је заснован на стандарду ИЕЕ 802.3 Док се РС-485 интерфејс може сматрати на бази један-према-више, Етхернет ради на основи више-према-више.

Постоји неколико опција у зависности од брзине преноса и медија за пренос:

• Етернет — 10 Мбпс

• Брзи Етхернет — 100 Мбпс

• Гигабитни Етхернет — 1 Гбпс

• 10 Гигабит Етхернет

Као преносни медији користе се коаксијални кабл, упредена парица (ниска цена, висока отпорност на буку) и оптички кабл (креирање дужих линија и брзих комуникационих канала).

Твистед паир (твистед паир) — врста комуникационог кабла, је један или више парова изолованих жица уплетених заједно и прекривених пластичним омотачем.

На пример, ФТП кабл (упредена парица — упредена парица са заједничким фолијским штитом и бакарним проводником за одвод индукованих струја), 4 пара (пуни), категорија 5е (слика 3). Кабл је намењен за стационарну уградњу у зграде, објекте и рад у структурисаним кабловским системима. Дизајниран за апликације које раде у фреквентном опсегу са горњом границом од 100 МХз.

Слика 3 — упредени пар: 1 — спољни омотач, 2 — штит од фолије, 3 — одводна жица, 4 — заштитни филм, 5 — упредени пар

На физичком нивоу, Етернет протокол је имплементиран у виду мрежних картица уграђених у микропроцесорске системе и чворишта која повезују системе један са другим.

Индустријске мреже (Профинет, ЕтхерНет / ИП, ЕтхерЦАТ, Етхернет Поверлинк) изграђене су на бази Етернета, које успешно конкуришу раније развијеним мрежама Профибус, ДевицеНет, ЦАНопен итд.