Реферат
за курсом
"Інтерфейси"
Інфрачервоний протокол зв'язку - IrDA
Москва
Зміст:
Що таке IrDA
Фізичні основи
Програмний протокол
Застосування
Висновки
Список літератури
Інфрачервоний протокол зв'язку - IrDA
Безперервний розвиток інформаційних технологій вимагає постійного збільшення ефективності обробки і передачі інформації. Очевидно, ідеальна лінія передачі даних повинна мати невисоку вартість, мати мінімальний витрата енергії, високої пропускної спроможності і, що дуже бажано, повинна бути бездротової. Зазвичай словом wireless (бездротовий - англ.) Позначають зв'язок з використанням радіосигналу. Однак, не варто забувати, що канал передачі інформації можна створити і за допомогою оптичних пристроїв, тобто, простіше кажучи, за допомогою світла. Досвід показує, що серед інших бездротових ліній передачі інформації інфрачервоний (ІК-) відкритий оптичний канал є самим недорогим і зручним способом передачі даних на невеликі відстані (до декількох десятків метрів). Зокрема, він ефективний для забезпечення бездротового зв'язку між персональним комп'ютером і периферійними пристроями.
Що таке IrDA?
У 1979 році компанія Hewlett-Packard оголосила про початок продажів нового калькулятора, головною особливістю якого була наявність у нього інфрачервоного порту для виведення інформації на друк. Після цього протягом декількох років розробниками електронного обладнання була запропонована ціла серія приладів і пристроїв, що використовують для передачі інформації відкритий оптичний канал в інфрачервоному діапазоні. Однак, всі ці пристрої не могли отримати широкого поширення внаслідок своєї несумісності. Тому в 1993 році була заснована Infrared Data Association (IrDA), міжнародна некомерційна організація, що ставить за мету розробку єдиних стандартів, які використовуються для організації інфрачервоних ліній передачі інформації.
Влітку 1993 року компанія Hewlett-Packard організувала загальнопромислове нараду, щоб обговорити майбутнє ІК (інфрачервоний) передачі даних. Різноманіття несумісних стандартів було сумною реальністю, заподіює масу незручностей всім від того, що пристрої від різних виробників були несумісні. Телевізори, відеомагнітофони, інша побутова техніка з ІЧ управлінням сьогодні зустрічається на "кожному куті", проте в них використовуються несумісні фізичні та програмні інтерфейси. Метою наради було обговорення шляхів, якими промисловість може піти до загального стандарту, здатному сумісність всіх пристроїв, що використовують ІК порт. На нараді був сформований консорціум всіх провідних компаній, названих Асоціацією інфрачервоної передачі даних і незабаром (у червні 1994 року) була оголошена перша однойменна версія стандарту, що включає фізичний і програмний протоколи - IrDA 1.0. Поточна версія - 1.1.
Першим стандартом, прийнятим IrDA, був, так званий, Serial Infrared standart (SIR). Даний стандарт дозволяв забезпечувати передачу інформації зі швидкістю 115,2 kb / s. У 1994 році IrDA опублікувала специфікацію на загальний стандарт, який отримав назву IrDA-standart, який включав в себе опис Serial Infrared Link (дослівно - Послідовна Інфрачервона лінія зв'язку), Link Access Protocol (IrLAP) (Протокол доступу) і Link Management Protocol (IrLMP) (Протокол управління). Вже в 1995 році кілька лідерів на ринку електроніки випустили серію продуктів, що використовують для передачі інформації з відкритого оптичного каналу IrDA-standart. І, нарешті, в листопаді 1995 року Microsoft Corporation заявила про внесення програмного забезпечення, що забезпечує інфрачервоний, що використовує IrDA-standart, у стандартний пакет операційної системи Windows'95. В даний час IrDA-standart - найпоширеніший стандарт для організації передачі інформації по відкритому інфрачервоному каналу.
Отже, протокол IrDA (Infra red Data Assotiation) дозволяє з'єднуватися з периферійним устаткуванням без кабелю за допомогою ІЧ-випромінювання з довжиною хвилі 880nm. Порт IrDA дозволяє встановлювати зв'язок на короткій відстані до 1 метра в режимі точка-крапка. IrDA має намір не намагався створювати локальну мережу на основі ІЧ-випромінювання, оскільки мережеві інтерфейси дуже складні і вимагають великої потужності, а в меті IrDA входили низьке споживання та економічність. Інтерфейс IrDA використовує вузький ІЧ-діапазон (850-900 nm з 880nm "піком") з малою потужністю споживання, що дозволяє створити недорогу апаратуру і не вимагає сертифікації FCC (Федеральної Комісії зі Зв'язку).
Пристрій інфрачервоного інтерфейсу підрозділяється на два основні блоки: перетворювач (модулі приймальника-детектора і діода з керуючою електронікою) і кодер-декодер. Блоки обмінюються даними по електричному інтерфейсу, в якому в тому ж вигляді транслюються через оптичне з'єднання, за винятком того, що тут вони пакуються в кадри простого формату - дані передаються 10bit символами, з 8bit даних, одним старт-бітом на початку і одним стоп- бітом у кінці даних.
Сам порт IrDA заснований на архітектурі комунікаційного СОМ-порту ПК, який використовує універсальний асинхронний прийомо-передавач UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) і працює зі швидкістю передачі даних 2400-115200 bps.
Зв'язок у IrDA напівдуплексна, тому що передаваний ІК-промінь неминуче засвічує сусідній PIN-діодний підсилювач приймача. Повітряний проміжок між пристроями дозволяє прийняти ІЧ-енергію тільки від одного джерела в даний момент.
У загальному вигляді схема організації IrDA - каналу виглядає приблизно так, як показано на малюнку
Типова блок-схема організації IrDA-каналу
Канал передачі даних складається з двох основних елементів: мікросхеми, що забезпечує модуляцію і демодуляцію надходить двійкового сигналу відповідно до певного алгоритму, і інфрачервоного (ІЧ-) приймально-передавального модуля.
Розглянемо фізичні основи IrDA.
Передавальна частина. Байт, який потрібно передати, надсилається до блоку UART з CPU командою запису вводу-виводу. UART додає старт-стоп біти і передає символ послідовно, починаючи з молодшого значення біта. Стандарт IrDA вимагає, щоб всі послідовні біти кодувалися таким чином: логічний "0" передається одиночним ІК-імпульсом довжиною від 1.6 s до 3 / 16 періоду передачі бітової осередку, а логічна "1" передається як відсутність ІК-імпульсу. Мінімальна потужність споживання гарантується при фіксованій довжині імпульсу 1.6 s.
Після закінчення кодування бітів необхідно порушити один або кілька ІЧ-світлодіодів струмом відповідного рівня, щоб виробити ІК-імпульс необхідної інтенсивності. Стандарт IrDA вимагає, щоб інтенсивність випромінювання в конусі 30 ° була в діапазоні 40-50 W / Sr, причому інфрачервоний світлодіод повинен мати довжину хвилі 880nm, як вже зазначалося раніше. Радіальна чутливість приймача і довжини зв'язку диктуються, виходячи з вимог самій специфікації IrDA.
Приймальна частина. Надіслані ІК-імпульси надходять на PIN-діод, що перетворює імпульси світла в струмові імпульси, які посилюються, фільтруються і порівнюються з пороговим рівнем для перетворення в логічні рівні. ІК-імпульс в активному стані генерує "0", при відсутності світла генерується логічна "1". Протокол IrDA вимагає, щоб приймач точно вловлював ІК-імпульси потужністю від 4 W / sm 2 до 500mW/sm 2 в кутовому діапазоні 15 °.
Для ІЧ-випромінювання Існує два джерела інтерференції (перешкод), основним з яких є сонячне світло, але на щастя в ньому переважає постійна складова. Правильно спроектовані приймачі повинні компенсувати великі постійні струми через PIN-діод. Інше джерело перешкод - флуросцентними лампи - часто застосовуються для загального освітлення. Добре спроектовані приймачі повинні мати смуговий фільтр для зниження впливу таких джерел перешкод. Імовірність помилок зв'язку буде залежати від правильного вибору потужності передавача та чутливості приймача. У IrDA вибрані значення, які гарантують, що описані вище перешкоди не будуть впливати на якість зв'язку.
Стандарт IrDA включає в себе стек протоколів трьох узгоджених обов'язкових рівнів: IrPL (Physical Layer), IrLAP (Link Access Protocol) і IrLMP (Link Management Protocol).
Фізичний рівень (Physical Layer). Специфікація цього протоколу встановлює стандарти для Ir-трансиверів, методів модуляції і схеми кодування / декодування, а також ряд фізичних параметрів. Стандарт передбачає використання довжини хвилі в діапазоні 850-900 nm. Мінімальна і максимальна інтенсивність передавача (як уже говорилося) становить 40-50 W / Sr відповідно всередині 30 ° конуса. Для стандарту IrDA (швидкість передачі даних 115.2Kbps) схема кодування аналогічна використовуваної в традиційній UART: біт старту ("0") і стоп-біт ("1") додаються перед і після кожного байта відповідно. Але замість схеми NZR (Non-Return to Zero) використовується кодування, подібна RZ (Return to Zero), тобто двійковий "0" кодується одиничним імпульсом, а "1" - його відсутністю. Кадри відокремлюються один від одного байтами Escape-послідовності, що містяться в тілі самого кадру. Для визначення помилок (EDt - Error Detection) використовується 16bit циклічна контрольна сума. Наприклад, вже в стандарті IrDA 1.1 для протоколу обміну 1.152Mbps (синхронізація виконується як у протоколі HDLP - High-level Data Link Protocol високого рівня) і 4Mbps (використання 4-PPM - Pulse-Phase Modulation) старт-біт і стоп-біт не застосовуються. Так, фрейми, одержувані від більш високорівневої протоколу IrLAP, вкладаються в поле даних фреймів SIR, за використовуваним методом кодування. Стандарт не містить обов'язкових варіантів реалізації цієї процедури і допускає варіювання алгоритмів залежно від можливостей конкретного устаткування. У залежності від швидкості з'єднання пропонуються методи кодування: асинхронний (ASYNC, 9600-115200 bps), синхронний (HDLC, 0.576-1.152 Mbps) і 4-PPM (4Mbps).
Програмний протокол.
Він включає в себе: IrLAP (Link Access Protocol), що займається розбивкою даних на блоки, контролем помилок і іншими функціями низького рівня, і IrLMP (Link Management Protocol), що дозволяє по одній ІЧ-лінії обмінюватися даними між декількома додатками. Даний протокол базується на існуючих стандартах асинхронної полудуплексной передачі даних HDLC і SDLC. Інфрачервона технологія підтримує тільки односпрямовану передачу інформації, тому, в наслідок полудуплексной природи SIR, виникла архітектура з одним головним (первинним) і множинними підлеглими (вторинними) пристроями. Схема поводження пристроїв представляє собою звичайний протокол обміну даними, де є фази запитів (Request) і відповідей (Response). Так, первинне пристрій відповідає за організацію з'єднання, обробку помилок, і надіслані їм фрейми називаються керуючими (Command Frames), а пакети вторинних пристроїв іменуються відповідними (Response Frames). Обмін інформацією йде тільки з первинним пристроєм, який завжди виступає ініціатором з'єднання, проте його роль може грати будь-яке з пристроїв, що підтримують необхідні для цього функції. За бажанням може бути включений протокол транспортного рівня, що дозволяє здійснювати контроль передачі між додатками у випадку одночасної роботи декількох додатків на одній фізичній лінії. Для різних рівнів є три інтерфейсу. Службові примітиви рівня LM-SVC дозволяють одній з пристроїв IrDA дізнатися які сервіс і протоколи зареєстровані на іншому пристрої. Примітиви доступу до рівня M-SVC керують режимом зв'язку, відкриттям і закриттям незалежних з'єднань між клієнтами, а так само відправленням і прийомом даних. Інтерфейс L-SVC дає доступ до функцій протоколу IrLAP.
Пристрої, що відповідають стандарту IrDA, перед початком передачі повинні в першу чергу спробував виявити (прочитати) чи немає в найближчій околиці активності в ІК-діапазоні, встановити не ведеться якась передача в межах його досяжності. Якщо така активність виявлено, то програмі, яка видає запит, надсилається відповідне повідомлення, а сам блок відкладає передачу. Оскільки обидва з'єднуються пристрої можуть бути комп'ютерами (а не комп'ютер і принтер, або клавіатура, миша), то будь-яке з них може бути провідним. Вибір залежить від того, який пристрій першим проявить ініціативу.
Кожен пристрій має 32bit адресу, що виробляється випадковим чином при встановленні з'єднання. Кожному кадру в межах з'єднання провідний пристрій при старті привласнює 7bit-адреса з'єднання. Для можливих, але небажаних випадків, коли два пристрої мають однакову адресу, передбачений такий механізм, коли провідний пристрій дає команду всім підлеглим пристроям змінити їх адреси. У процесі встановлення зв'язку два пристрої "домовляються" про максимальну швидкості, з якою вони обидва можуть працювати. Усі первинні передачі, що виконуються до фази переговорів, за замовчуванням ведуться на швидкості 9.6Kbps.
Максимальний квант передачі може дорівнювати 100, 200 або 500 ms. Він являє собою максимальний час, протягом якого пристрій передає дані до того, як перейде до прослуховування підтвердження прийому і залежить від швидкості передачі, ємності буфера в приймаючому пристрої. Мінімальна тривалість передачі визначається нездатністю передавального пристрою перейти до прийому даних відразу після видачі останнього біта. Справа в тому, що підсилювач PIN-діода в передавальному пристрої входить у стан насичення від власної передачі. Час відновлення приймача - змінна величина, складова 0.001-10 ms. Цей параметр для даного пристрою має бути заздалегідь відомий і враховується у фазі переговорів про встановлення з'єднання. Процедури розширеного відновлення включають в себе функцію скидання, яка перериває зв'язок, але потім відновлює активний стан за параметрами з'єднання, використовувані за замовчуванням.
Стандартом передбачено два основних стани: NRM (Normal Response Mode) і NDM (Normal Disconnect Mode). Перше - це стан з'єднання з розподіленими ролями первинного і вторинних пристроїв. Друге передбачає функції детектування доступних пристроїв, збір інформації про них, дозвіл адресних конфліктів, а також дозволяє передавати дані широкомовно, без встановлення з'єднання. У протоколі IrLAP використовується три типи кадрів за аналогією з HDLC. Поле даних є тільки у першого і останнього виду фреймів, воно не обмежено по довжині, але число біт у ньому повинна бути кратна 8. Ненумеровані (U-кадри) використовуються для встановлення зв'язку: операції з'єднання і роз'єднання, інформування про помилки та передачі даних, якщо немає необхідності в нумерації послідовностей. Інформаційні (I-кадри) використовуються для передачі інформації і призначені для передачі даних. Їх командне поле містить номер фрейму у послідовності, що допомагає приймаючому пристрою відстежувати порушення черговості. Нумерація організована так, що служить одночасно засобом підтвердження прийому: S-і I-фрейми можуть нести номер пакету, який очікується на вході пристрою-відправника. Лічильник дозволяє ідентифікувати тільки 8 фреймів, таким чином, номер наступного очікуваного приймачем пакета може надсилатися не з кожним фреймом, а тільки після отримання декількох проміжних пакетів. Величина, що визначає їх кількість, називається розміром вікна. Четвертий біт контрольного поля у фрейму, згенерованого первинним пристроєм, означає запит даних, а у відповідному фреймі він грає роль кінцевого біта, що сигналізує про завершення передачі. Супервизорного (S-кадри) використовуються для функцій handshaking (процедура договору пристроїв про параметри синхронізації).
Домовляючись про з'єднання, пристрої обмінюються інформацією про швидкість, максимальної і мінімальної тривалості циклу, максимальну величину фрейму, розмір вікна, кількості додаткових прапорів BOF (Beginning Of Frame) і пороговому часу розриву з'єднання (проміжок, протягом якого не було прийнято жодного коректного фрейму ). Під максимальним циклом (maximum turn-around time) мається на увазі відрізок часу, після закінчення якого пристрій має встановити у своєму фреймі кінцевий біт, а під мінімальним - тривалість паузи, починаючи з моменту відсилання останнього байта останнього фрейму, запитаного передавальним пристроєм, щоб підготуватися до прийому даних. BOF виконує роль затримки перед посилкою чергового фрейму пристроям з більшою затримкою. Передбачена команда зміни ролей XCHG, що дозволяє передавати право називатися первинним пристроєм, як естафету. Для перевірки правильності передачі фрейму до нього в кінці дописується полі FCS (Frame Check Sequence), яке містить контрольну суму формату CRC-CCITT.
за курсом
"Інтерфейси"
Інфрачервоний протокол зв'язку - IrDA
Москва 2008 р .
Зміст:
Що таке IrDA
Фізичні основи
Програмний протокол
Застосування
Висновки
Список літератури
Інфрачервоний протокол зв'язку - IrDA
Безперервний розвиток інформаційних технологій вимагає постійного збільшення ефективності обробки і передачі інформації. Очевидно, ідеальна лінія передачі даних повинна мати невисоку вартість, мати мінімальний витрата енергії, високої пропускної спроможності і, що дуже бажано, повинна бути бездротової. Зазвичай словом wireless (бездротовий - англ.) Позначають зв'язок з використанням радіосигналу. Однак, не варто забувати, що канал передачі інформації можна створити і за допомогою оптичних пристроїв, тобто, простіше кажучи, за допомогою світла. Досвід показує, що серед інших бездротових ліній передачі інформації інфрачервоний (ІК-) відкритий оптичний канал є самим недорогим і зручним способом передачі даних на невеликі відстані (до декількох десятків метрів). Зокрема, він ефективний для забезпечення бездротового зв'язку між персональним комп'ютером і периферійними пристроями.
Що таке IrDA?
У 1979 році компанія Hewlett-Packard оголосила про початок продажів нового калькулятора, головною особливістю якого була наявність у нього інфрачервоного порту для виведення інформації на друк. Після цього протягом декількох років розробниками електронного обладнання була запропонована ціла серія приладів і пристроїв, що використовують для передачі інформації відкритий оптичний канал в інфрачервоному діапазоні. Однак, всі ці пристрої не могли отримати широкого поширення внаслідок своєї несумісності. Тому в 1993 році була заснована Infrared Data Association (IrDA), міжнародна некомерційна організація, що ставить за мету розробку єдиних стандартів, які використовуються для організації інфрачервоних ліній передачі інформації.
Влітку 1993 року компанія Hewlett-Packard організувала загальнопромислове нараду, щоб обговорити майбутнє ІК (інфрачервоний) передачі даних. Різноманіття несумісних стандартів було сумною реальністю, заподіює масу незручностей всім від того, що пристрої від різних виробників були несумісні. Телевізори, відеомагнітофони, інша побутова техніка з ІЧ управлінням сьогодні зустрічається на "кожному куті", проте в них використовуються несумісні фізичні та програмні інтерфейси. Метою наради було обговорення шляхів, якими промисловість може піти до загального стандарту, здатному сумісність всіх пристроїв, що використовують ІК порт. На нараді був сформований консорціум всіх провідних компаній, названих Асоціацією інфрачервоної передачі даних і незабаром (у червні 1994 року) була оголошена перша однойменна версія стандарту, що включає фізичний і програмний протоколи - IrDA 1.0. Поточна версія - 1.1.
Першим стандартом, прийнятим IrDA, був, так званий, Serial Infrared standart (SIR). Даний стандарт дозволяв забезпечувати передачу інформації зі швидкістю 115,2 kb / s. У 1994 році IrDA опублікувала специфікацію на загальний стандарт, який отримав назву IrDA-standart, який включав в себе опис Serial Infrared Link (дослівно - Послідовна Інфрачервона лінія зв'язку), Link Access Protocol (IrLAP) (Протокол доступу) і Link Management Protocol (IrLMP) (Протокол управління). Вже в 1995 році кілька лідерів на ринку електроніки випустили серію продуктів, що використовують для передачі інформації з відкритого оптичного каналу IrDA-standart. І, нарешті, в листопаді 1995 року Microsoft Corporation заявила про внесення програмного забезпечення, що забезпечує інфрачервоний, що використовує IrDA-standart, у стандартний пакет операційної системи Windows'95. В даний час IrDA-standart - найпоширеніший стандарт для організації передачі інформації по відкритому інфрачервоному каналу.
Пристрій інфрачервоного інтерфейсу підрозділяється на два основні блоки: перетворювач (модулі приймальника-детектора і діода з керуючою електронікою) і кодер-декодер. Блоки обмінюються даними по електричному інтерфейсу, в якому в тому ж вигляді транслюються через оптичне з'єднання, за винятком того, що тут вони пакуються в кадри простого формату - дані передаються 10bit символами, з 8bit даних, одним старт-бітом на початку і одним стоп- бітом у кінці даних.
Сам порт IrDA заснований на архітектурі комунікаційного СОМ-порту ПК, який використовує універсальний асинхронний прийомо-передавач UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) і працює зі швидкістю передачі даних 2400-115200 bps.
Зв'язок у IrDA напівдуплексна, тому що передаваний ІК-промінь неминуче засвічує сусідній PIN-діодний підсилювач приймача. Повітряний проміжок між пристроями дозволяє прийняти ІЧ-енергію тільки від одного джерела в даний момент.
У загальному вигляді схема організації IrDA - каналу виглядає приблизно так, як показано на малюнку
Типова блок-схема організації IrDA-каналу
Канал передачі даних складається з двох основних елементів: мікросхеми, що забезпечує модуляцію і демодуляцію надходить двійкового сигналу відповідно до певного алгоритму, і інфрачервоного (ІЧ-) приймально-передавального модуля.
Розглянемо фізичні основи IrDA.
Передавальна частина. Байт, який потрібно передати, надсилається до блоку UART з CPU командою запису вводу-виводу. UART додає старт-стоп біти і передає символ послідовно, починаючи з молодшого значення біта. Стандарт IrDA вимагає, щоб всі послідовні біти кодувалися таким чином: логічний "0" передається одиночним ІК-імпульсом довжиною від 1.6 s до 3 / 16 періоду передачі бітової осередку, а логічна "1" передається як відсутність ІК-імпульсу. Мінімальна потужність споживання гарантується при фіксованій довжині імпульсу 1.6 s.
Після закінчення кодування бітів необхідно порушити один або кілька ІЧ-світлодіодів струмом відповідного рівня, щоб виробити ІК-імпульс необхідної інтенсивності. Стандарт IrDA вимагає, щоб інтенсивність випромінювання в конусі 30 ° була в діапазоні 40-50 W / Sr, причому інфрачервоний світлодіод повинен мати довжину хвилі 880nm, як вже зазначалося раніше. Радіальна чутливість приймача і довжини зв'язку диктуються, виходячи з вимог самій специфікації IrDA.
Приймальна частина. Надіслані ІК-імпульси надходять на PIN-діод, що перетворює імпульси світла в струмові імпульси, які посилюються, фільтруються і порівнюються з пороговим рівнем для перетворення в логічні рівні. ІК-імпульс в активному стані генерує "0", при відсутності світла генерується логічна "1". Протокол IrDA вимагає, щоб приймач точно вловлював ІК-імпульси потужністю від 4 W / sm 2 до 500mW/sm 2 в кутовому діапазоні 15 °.
Для ІЧ-випромінювання Існує два джерела інтерференції (перешкод), основним з яких є сонячне світло, але на щастя в ньому переважає постійна складова. Правильно спроектовані приймачі повинні компенсувати великі постійні струми через PIN-діод. Інше джерело перешкод - флуросцентними лампи - часто застосовуються для загального освітлення. Добре спроектовані приймачі повинні мати смуговий фільтр для зниження впливу таких джерел перешкод. Імовірність помилок зв'язку буде залежати від правильного вибору потужності передавача та чутливості приймача. У IrDA вибрані значення, які гарантують, що описані вище перешкоди не будуть впливати на якість зв'язку.
Стандарт IrDA включає в себе стек протоколів трьох узгоджених обов'язкових рівнів: IrPL (Physical Layer), IrLAP (Link Access Protocol) і IrLMP (Link Management Protocol).
Фізичний рівень (Physical Layer). Специфікація цього протоколу встановлює стандарти для Ir-трансиверів, методів модуляції і схеми кодування / декодування, а також ряд фізичних параметрів. Стандарт передбачає використання довжини хвилі в діапазоні 850-900 nm. Мінімальна і максимальна інтенсивність передавача (як уже говорилося) становить 40-50 W / Sr відповідно всередині 30 ° конуса. Для стандарту IrDA (швидкість передачі даних 115.2Kbps) схема кодування аналогічна використовуваної в традиційній UART: біт старту ("0") і стоп-біт ("1") додаються перед і після кожного байта відповідно. Але замість схеми NZR (Non-Return to Zero) використовується кодування, подібна RZ (Return to Zero), тобто двійковий "0" кодується одиничним імпульсом, а "1" - його відсутністю. Кадри відокремлюються один від одного байтами Escape-послідовності, що містяться в тілі самого кадру. Для визначення помилок (EDt - Error Detection) використовується 16bit циклічна контрольна сума. Наприклад, вже в стандарті IrDA 1.1 для протоколу обміну 1.152Mbps (синхронізація виконується як у протоколі HDLP - High-level Data Link Protocol високого рівня) і 4Mbps (використання 4-PPM - Pulse-Phase Modulation) старт-біт і стоп-біт не застосовуються. Так, фрейми, одержувані від більш високорівневої протоколу IrLAP, вкладаються в поле даних фреймів SIR, за використовуваним методом кодування. Стандарт не містить обов'язкових варіантів реалізації цієї процедури і допускає варіювання алгоритмів залежно від можливостей конкретного устаткування. У залежності від швидкості з'єднання пропонуються методи кодування: асинхронний (ASYNC, 9600-115200 bps), синхронний (HDLC, 0.576-1.152 Mbps) і 4-PPM (4Mbps).
Програмний протокол.
Він включає в себе: IrLAP (Link Access Protocol), що займається розбивкою даних на блоки, контролем помилок і іншими функціями низького рівня, і IrLMP (Link Management Protocol), що дозволяє по одній ІЧ-лінії обмінюватися даними між декількома додатками. Даний протокол базується на існуючих стандартах асинхронної полудуплексной передачі даних HDLC і SDLC. Інфрачервона технологія підтримує тільки односпрямовану передачу інформації, тому, в наслідок полудуплексной природи SIR, виникла архітектура з одним головним (первинним) і множинними підлеглими (вторинними) пристроями. Схема поводження пристроїв представляє собою звичайний протокол обміну даними, де є фази запитів (Request) і відповідей (Response). Так, первинне пристрій відповідає за організацію з'єднання, обробку помилок, і надіслані їм фрейми називаються керуючими (Command Frames), а пакети вторинних пристроїв іменуються відповідними (Response Frames). Обмін інформацією йде тільки з первинним пристроєм, який завжди виступає ініціатором з'єднання, проте його роль може грати будь-яке з пристроїв, що підтримують необхідні для цього функції. За бажанням може бути включений протокол транспортного рівня, що дозволяє здійснювати контроль передачі між додатками у випадку одночасної роботи декількох додатків на одній фізичній лінії. Для різних рівнів є три інтерфейсу. Службові примітиви рівня LM-SVC дозволяють одній з пристроїв IrDA дізнатися які сервіс і протоколи зареєстровані на іншому пристрої. Примітиви доступу до рівня M-SVC керують режимом зв'язку, відкриттям і закриттям незалежних з'єднань між клієнтами, а так само відправленням і прийомом даних. Інтерфейс L-SVC дає доступ до функцій протоколу IrLAP.
Пристрої, що відповідають стандарту IrDA, перед початком передачі повинні в першу чергу спробував виявити (прочитати) чи немає в найближчій околиці активності в ІК-діапазоні, встановити не ведеться якась передача в межах його досяжності. Якщо така активність виявлено, то програмі, яка видає запит, надсилається відповідне повідомлення, а сам блок відкладає передачу. Оскільки обидва з'єднуються пристрої можуть бути комп'ютерами (а не комп'ютер і принтер, або клавіатура, миша), то будь-яке з них може бути провідним. Вибір залежить від того, який пристрій першим проявить ініціативу.
Кожен пристрій має 32bit адресу, що виробляється випадковим чином при встановленні з'єднання. Кожному кадру в межах з'єднання провідний пристрій при старті привласнює 7bit-адреса з'єднання. Для можливих, але небажаних випадків, коли два пристрої мають однакову адресу, передбачений такий механізм, коли провідний пристрій дає команду всім підлеглим пристроям змінити їх адреси. У процесі встановлення зв'язку два пристрої "домовляються" про максимальну швидкості, з якою вони обидва можуть працювати. Усі первинні передачі, що виконуються до фази переговорів, за замовчуванням ведуться на швидкості 9.6Kbps.
Максимальний квант передачі може дорівнювати 100, 200 або 500 ms. Він являє собою максимальний час, протягом якого пристрій передає дані до того, як перейде до прослуховування підтвердження прийому і залежить від швидкості передачі, ємності буфера в приймаючому пристрої. Мінімальна тривалість передачі визначається нездатністю передавального пристрою перейти до прийому даних відразу після видачі останнього біта. Справа в тому, що підсилювач PIN-діода в передавальному пристрої входить у стан насичення від власної передачі. Час відновлення приймача - змінна величина, складова 0.001-10 ms. Цей параметр для даного пристрою має бути заздалегідь відомий і враховується у фазі переговорів про встановлення з'єднання. Процедури розширеного відновлення включають в себе функцію скидання, яка перериває зв'язок, але потім відновлює активний стан за параметрами з'єднання, використовувані за замовчуванням.
Стандартом передбачено два основних стани: NRM (Normal Response Mode) і NDM (Normal Disconnect Mode). Перше - це стан з'єднання з розподіленими ролями первинного і вторинних пристроїв. Друге передбачає функції детектування доступних пристроїв, збір інформації про них, дозвіл адресних конфліктів, а також дозволяє передавати дані широкомовно, без встановлення з'єднання. У протоколі IrLAP використовується три типи кадрів за аналогією з HDLC. Поле даних є тільки у першого і останнього виду фреймів, воно не обмежено по довжині, але число біт у ньому повинна бути кратна 8. Ненумеровані (U-кадри) використовуються для встановлення зв'язку: операції з'єднання і роз'єднання, інформування про помилки та передачі даних, якщо немає необхідності в нумерації послідовностей. Інформаційні (I-кадри) використовуються для передачі інформації і призначені для передачі даних. Їх командне поле містить номер фрейму у послідовності, що допомагає приймаючому пристрою відстежувати порушення черговості. Нумерація організована так, що служить одночасно засобом підтвердження прийому: S-і I-фрейми можуть нести номер пакету, який очікується на вході пристрою-відправника. Лічильник дозволяє ідентифікувати тільки 8 фреймів, таким чином, номер наступного очікуваного приймачем пакета може надсилатися не з кожним фреймом, а тільки після отримання декількох проміжних пакетів. Величина, що визначає їх кількість, називається розміром вікна. Четвертий біт контрольного поля у фрейму, згенерованого первинним пристроєм, означає запит даних, а у відповідному фреймі він грає роль кінцевого біта, що сигналізує про завершення передачі. Супервизорного (S-кадри) використовуються для функцій handshaking (процедура договору пристроїв про параметри синхронізації).
Домовляючись про з'єднання, пристрої обмінюються інформацією про швидкість, максимальної і мінімальної тривалості циклу, максимальну величину фрейму, розмір вікна, кількості додаткових прапорів BOF (Beginning Of Frame) і пороговому часу розриву з'єднання (проміжок, протягом якого не було прийнято жодного коректного фрейму ). Під максимальним циклом (maximum turn-around time) мається на увазі відрізок часу, після закінчення якого пристрій має встановити у своєму фреймі кінцевий біт, а під мінімальним - тривалість паузи, починаючи з моменту відсилання останнього байта останнього фрейму, запитаного передавальним пристроєм, щоб підготуватися до прийому даних. BOF виконує роль затримки перед посилкою чергового фрейму пристроям з більшою затримкою. Передбачена команда зміни ролей XCHG, що дозволяє передавати право називатися первинним пристроєм, як естафету. Для перевірки правильності передачі фрейму до нього в кінці дописується полі FCS (Frame Check Sequence), яке містить контрольну суму формату CRC-CCITT.
Протокол IrLAP встановлює правила доступу до ІК-середовищі, процедури відкриття каналу, узгодження абонентів мережі, обміну інформацією і т.д. Хоча IrLAP і обов'язковий рівень IrDA, але не всі його особливості є такими. Будь-яка станція, не приймає в даний момент часу участі в обміні, перед тим як почати передачу, повинна прослуховувати канал не менш 500ms, щоб переконатися у відсутності трафіку. З іншого боку, станція, що бере участь в обміні, повинна вести передачу не більш 500ms. Доступ до середовища передачі регулюється за допомогою спеціального біта PF (Poll / Final), який встановлюється в тілі кадру і виконує функції, аналогічні маркеру. IrLAP допускає передачі без встановлення попереднього з'єднання. За своєю природою така передача є широкомовної і не вимагає отримання підтвердження станції одержувача. Процедура відкриття каналу в цьому випадку передбачає обмін ідентифікаційної інформацією (ID). Ініціатор широкомовного обміну передає ID зумовлене кількість разів і прослуховує канал в інтервалах між посиланнями (слот, Slot). Станція-одержувач випадковим чином вибирає слот і посилає у відповідь свій ID. При виявленні колізії процедура повторюється і застосовується для узгодження операційних параметрів станцій (швидкість посилки біт, максимальна довжина пакету). При встановленні з'єднання обмін даними, обсяг яких не повинен перевищувати 64 байти, здійснюється зі швидкістю 9.6Kbps. Після того, як з'єднання встановлено, швидкість обміну і величина пакету даних можуть бути по "домовленості" збільшені до максимальних. Крім пакетів з призначеними для користувача даними, в обміні беруть участь спеціальні, службовці для управління потоком, корекції помилок і передачі маркера. Зв'язок може здійснюватися в режимі "1:1" або "1: n". У процесі обміну одна станція є первинною, а інші - вторинними. Крім описаних процедур існують і інші: дозвіл конфліктів адрес, зміна ролі станції "первинна-вторинна" і т.д.
Протокол керування каналом IrLMP є обов'язковим, однак його деякі особливості можуть бути опційні. Кожен пристрій IrDA містить таблицю сервісів і протоколів, доступних в даний момент. Ця інформація може запитуватися в інших пристроїв. Мультиплексор адміністратора з'єднань і його схема управління дозволяють декільком додаткам обмінюватися даними по одній фізичній з'єднанню. Протокол IrLMP містить два компоненти: LM-IAS (Link Management Information Access Service) і LM-MUX (Link Management MUltipleXed). LM-IAS управляє інформаційною базою так, що станції можуть запитати, які служби надаються. Ця інформація зберігатися як ряд об'єктів, з кожним з яких пов'язаний набір атрибутів. Наприклад, Device є обов'язковим і має атрибути DeviceName, IrLMPSupport (номер версії протоколу, підтримка ISA і MUX). LM-MUX виконує мультиплексування каналів поверх одного з'єднання, що встановлюється протоколом IrLAP. З цією метою в Ir-станції визначається безліч точок доступу каналу - LSAP (Link Service Access Point) - кожна з унікальним селектором. Таким чином кожне з LSAP-з'єднань визначає логічно різні інформаційні потоки. Протокол LM-MUX забезпечує передачу даних між точками доступу як всередині однієї, так і між іншими станціями. Він може працювати в одному з двох режимах: ексклюзивному (активізується тільки одне з'єднання LSAP) і мультіплексівном (кілька з'єднань LSAP можуть розділяти один канал IrLAP). У цьому випадку управління потоком повинно бути забезпечено протоколами верхнього рівня або безпосередньо додатком. Отже, IrLMP функціонує в двох режимах: мультиплексування і ексклюзивному. Перший дозволяє розділяти одне фізичне з'єднання декількох завданням, другий віддає всі ресурси одному-єдиному додатком. Кожне віртуальне з'єднання представлено своєї LSAP, таким чином, зв'язок відбувається на рівні двох LSAP (LSAP Connection). Також передбачено три варіанти доступу: з встановленням попереднього з'єднання, без встановлення попереднього з'єднання (Сonnectionless) і режим збору інформації про можливості, сервіси та додатках віддалений пристрій (XID_Discovery).
I rDA TP (Transport Protocol) працює над використанням в якості транспортного протоколу ISO-8073. Його застосування дозволяє пропускати по лінії IrDA кілька потоків даних, з власним управлінням для кожного. Але використання цього протоколу не обов'язково. TinyTP (Tiny Transport Protocol) - транспортний протокол, який здійснює функції управління потоком незалежними для будь-якого LSAP-з'єднання. Кожна точка доступу цього протоколу (TTPSAP - TinyTP Service Access Point) ідентифікується з єдиною точкою доступу IrLMP і використовує єдиний з нею адресу. TinyTP також відає сегментацією і складанням фреймів). IrCOMM - протокол емуляції послідовного й паралельного портів, заснований на чотирьох типах сервісу: 3-Wire Raw, 3-Wire, 9-Wire і Centronics. Перший працює тільки через одне ексклюзивне з'єднання і використовується, коли необхідно передавати виключно дані. Другий емулює паралельну передачу по трьох каналах (Signal Common, TD, RD), використовуючи можливості TinyTP, Девятіпроводний призначений для емуляції послідовних портів і обробляє, крім трьох вищезазначених, ще шість сигналів (RTS, CTS, DSR, DTR, CD, RI). Centronics - це не що інше, як віртуальний паралельний інтерфейс на базі TinyTP).
Протокол IrTran-P, введений для передачі зображень, складається з трьох шарів (SCEP, bFTP, UPF) і користується послугами згадуваного раніше IrCOMM. Призначення SCEP (Simple Command Execute Protocol) - ізоляція вищих рівнів від реалій конкретного інтерфейсу. Завдяки високому рівню абстракції вдалося спроектувати протокол bFTP (binary File Transfer Protocol) таким чином, що він може одноманітно обслуговувати потреби самих різних пристроїв в самих різних конфігураціях з'єднання. Ім'я файлу упаковується разом з даними в єдиний блок, передбачені функції опитування віддалений пристрій та узгодження параметрів подання інформації, що максимально автоматизує процес. UPF (Uni Picture Format) забезпечує гарантоване відтворення зображень, переданих з одного пристрою на інший. UPF грунтується на форматі JPEG і дозволяє зберігати, крім зображення, ще й всі додаткові відомості про нього, звичайно фіксуються цифровими камерами (дата, орієнтація, рівень білого, рівень чорного і т. д.). Щоб пристрої, що містять апаратно-зафіксовані алгоритми обробки зображень, могли адекватно сприймати модифікований формат, вся розширена інформація винесена в заголовок, а саме зображення залишається недоторканим.
VFIR (Very Fast IR) - доповнення до стандарту IrDA, що дозволяє підвищити швидкість передачі даних до 16Mbps. Введено новий формат фрейма, в якому першим йде поле преамбули (Preamble), що складається з 240bit або слотів, після IrLAP-фрейма та контрольної суми - поле FB (Flush Byte - 8 нульових біт), в кінці - поле Null (24 нульових біта) . Вся передана інформація кодується за алгоритмом HHH, що забезпечує від 1 до 13 порожніх слотів між імпульсами. Звичайно, необхідні зміни були зроблені і в протоколі IrLAP: додано позначення для швидкості 16Mbps в полі Baud Rate, а також збільшено максимально можливий розмір вікна з 7 до 127 фреймів.
IrBus (IrControl). Специфікація, яка регулює питання, пов'язані з підключенням різної периферії, що вимагає взаємодії з системними контролерами. Її положення застосовуються також до пристроїв віддаленого керування ПК, телевізорами високої чіткості (HDTV) і побутовими приладами.
Фізичний рівень забезпечує передачу даних, закодованих за схемою модуляції послідовними імпульсами 16-PSM (Pulse Sequence Modulation - 8 слотів, де тільки 2 або 4 можуть містити імпульс) зі швидкістю 75Kbps. Однак, при використанні такої схеми кодування, імпульс означає "1", його відсутність - "0". Частота несучої основного сигналу - 1.5MHz з мінімальною дальністю дії 5м. Дані пересилаються в пакетах двох видів: довгі (776bit) і короткі (72bit), структура яких абсолютно ідентична, за винятком значення стартового прапора, а також розрядності контрольної суми. Так, протокол MAC (Media Access Control) регламентує процеси взаємодії множинної периферії з єдиним основним пристроєм (Host) та обміну інформацією між ними.
Існує три режими роботи ведучого пристрою: сон (з низьким енергоспоживанням), нормальний і співіснування з IrDA (підтримка IrDA SIR 1.1 і IrControl). Якщо від периферії довгий час не надходить жодних даних, то Host автоматично переходить в стан сну, причому саме периферійний пристрій у разі необхідності може самостійно перевести його в нормальний режим роботи. Host отримує дані шляхом циклічного опитування периферії (Poll) з періодом 13.8 s, в ході якого обслуговується до чотирьох пристроїв з критичним часом латентності (для менш вибагливою периферії гарантується період опитування в 69 s). Формат MAC-пакета складається з поля адреси основного пристрою (HA - Host Address), поля адреси периферії (PA - Peripheral Address) і контрольного поля (MAC). Значення структури MAC залежить від того, основне або периферійний пристрій є "автором" пакету, і містить допоміжну системну інформацію.
Перш ніж почнеться обмін даними, повинен пройти процес ідентифікації всієї доступною "лідеру" периферії (Enumeration), для чого призначений спеціальний формат пакета, званий "окликом" (Hail). Після ідентифікації пристрою та реєстрації відомостей про його максимально можливий час опитування воно включається в загальний цикл Host-опитування. У залежності від його подальшої активності частота звернень може бути підвищена або знижена.
У режимі співіснування основний пристрій у перші 50 s відводить на здійснення IrDA SIR 1.1-комунікацій, а наступні 10 s виробляє опитування периферії. Пристрої, чутливі до часу затримки, не можуть отримати в цьому режимі належного обслуговування, та й кількість некритичного до циклу опитування обладнання зменшується до двох пристроїв. Над рівнем MAC розташовується шар LLC (Logical Link Control), функції якого зводяться до забезпечення надійного з'єднання для вищих рівнів. Саме LLC відає пересиланням підтверджень про успішну доставку пакетів. Кожному пристрою тут присвоюється чотири кінцеві точки (Endpoints): перша обслуговує "віртуальне" контрольне з'єднання, друга і третя - вхідний і вихідний з'єднання відповідно, а четверта є опціональною і може служити для ще одного вхідного або вихідного з'єднання. На прикладному ж рівні визначено лише два стандартні, обслуговуючих LLC, протоколу - HA (Home Appliances) і HID (Human Interface Device). Останній підтримує підключення USB-периферії за допомогою IrDA Control Transceiver Module (IRB-TM), що також є USB-пристроєм і функціонує як хаб (Hub).
IrLAN. Протокол забезпечує доступ в локальну мережу за допомогою інфрачервоного з'єднання (мережеве середовище IrLAN), де основними є клієнт і провайдер. Провайдер пасивний і чекає прояву ініцатіви з боку клієнта, на якого покладаються всі функції з детектування та конфігурування з'єднання. Для цього використовується контрольний канал - через нього клієнт одержує необхідні відомості про провайдера з його IAS. Передбачено три методи доступу в мережу: через точку доступу (Access Point), типу "порт-порт" (Peer-to-Peer) і режим основного функціонування (Hosted). Access point представляє собою спеціалізований пристрій, що має як доступ до мережі, так і IR-адаптер. При з'єднанні "порт-порт" два пристрої зв'язуються через інфрачервоне з'єднання, а IrLAN лише емулює локальну мережу. У цьому випадку кожен з учасників повинен грати ролі клієнта і провайдера одночасно. У режимі "хост" комп'ютер-провайдер не тільки надає послуги підключення до мережі для віддалених пристроїв, але і сам користується ними, тому що провайдер і клієнт ділять один і той же мережеву адресу і виникає потреба в спеціальному маршрутизуюче і фільтруючому ПЗ. При ініціалізації з'єднання встановлюються два "віртуальних каналу" - даних і контролю, причому обидва використовують TinyTP. У каналі даних зараз підтримуються пакети типів 802.3 (Ethernet) і 802.5 (Token Ring). Формат фрейму даних IrLAN аналогічний формату ретранслюється мережевого протоколу. Драйвер IrLAN зазвичай не модифікує вміст пакетів, за винятком дескрипторів, і лише в режимі Hosted можуть бути внесені певні зміни. У каналі контролю обмін здійснюється на основі фреймів іншого формату. У першому його 8bit-поле міститься команда, в такому ж наступному - кількість супутніх параметрів, а далі йдуть самі параметри, які "вкладаються" в проміжок 0-8160 bit.
Застосування IrDA
Практично, сьогодні вже немає що хоч трохи поважає компанії, яка б не виробляла компоненти для ІК портів. Наприклад, компанія Crystal Semiconductor випускає мікросхему ІК прийомопередавача серії CS8130. Цей прилад є інтерфейсом між блоком UART, що випромінюють світлодіодом і світлочутливим PIN-діодом. Він працює у форматах IrDA, ASK і TV форматі бездротового управління, має функції програмування потужності передачі і порога спрацьовування приймача. Мікросхема виконана в корпусі типу SSOP дуже малого розміру (5х7 mm).
Як приклад "інтеграції" можна розглянути інтерфейс IrDA, доданого на материнську плату звичайного ПК (у зв'язку зі складністю схеми вона не додається). Блок UART, наявний на платі, можна використовувати як для того, щоб управляти проводовим СОМ-портом інтерфейсу RS-232, використовуючи, наприклад, перетворювач напруги МАХ562, так і для управління ІК-портом, що відповідає стандарту IrDA, використовуючи трансивер CS8130. Зовнішній висновок PWRDN # мікросхеми CS8130 використовується для перекладу в третій стан ліній RXD і FORM / BSY, що дозволить використовувати UART. І навпаки, за допомогою висновків EN і SHDN # можна перевести в третій стан виходи R2OUT і R3OUT мікросхеми МАХ562, передаючи управління UART трансивер CS8130. В якості другого прикладу можна навести схему (також не додається) зовнішнього модуля, який можна підключити до наявного СОМ-порту будь-якого комп'ютера. Цей модуль дуже компактний і розташований в кінці метрового кабелю, вільно ориентируемого в просторі. Більш докладно з конкретними реалізаціями інтерфейсу IrDA можна в документах, зазначених в "списку додаткових джерел" ...
Приклади схем IrDA-інтерфейсу.
Приклад організації IrDA-каналу c використанням I / O-інтерфейсу.
I / O - інтерфейс. У комп'ютерних системах для управління периферійними пристроями використовується I / O-інтерфейс. Інтерфейсні мікросхеми останніх розробок, як правило, можуть забезпечувати управління ІК-лінією передачі даних і мають окремий висновок для підключення ИК приймально-передавального модуля. До таких мікросхем слід віднести наступні чіпи:
- PC87334VLJ, PC87334VJG (National Semiconductors);
- FDC37C665IR, FDC37C666IR (SMC).
Приклад подібного роду схеми показаний на малюнку
UART - універсального асинхронного ресівера-трансивера. У цьому випадку для створення IrDA-каналу використовуються мікросхеми:
- HSDL-7000, HSDL-7001 (Agilent Technologies); - TOIM3000 (Vishay).
RS-232. У багатьох схемах буває необхідно і зручно організувати ІК-зв'язок через послідовний порт RS-232. У цих випадках, для кодування сигналу відповідно до IrDA-стандартом, використовуються два елементи: конвертер рівнів RS-232 (наприклад, MAX232, HIN232 тощо) і, власне, мікросхема кодування сигналу: HSDL-7000, HSDL-7001 (Agilent Technologies), TOIM3232 (Vishay). (Мал. 5).
ІК інтерфейси стандарту IrDA вже давно стали атрибутом материнських плат ПК, але тільки в сенсі «електричного роз'єму». Для того, щоб ваш ПК дійсно «знайшов спільну мову» з сучасними принтерами, цифровими фотокамерами, факсами та іншою периферією, пропонується схема кінцевого ланки цього інтерфейсу (рис.1). Пристрій виконаний на сучасній малопотребляющей ІМС IC1 TFDU6102 (Vishay / Farnell), що забезпечує обмін даних з потоком до 4 Мбіт / с. До її складу входить фотодіод, ІЧ-випромінювач і КМОП-формувачі.
Після інсталяції модуля може знадобитися активувати в BIOS вашого ПК роботу UART в режимі IrDA. ОС Windows після цього автоматично інсталює необхідний драйвер.
Якщо потрібно тільки прийом IrDA, то пропонується схема найпростішого IrDA приймача (рис.2), виконаного на дешевих поширених елементах. Воно харчується прямо від ПК і забезпечує дальність прийому від стандартного IrDA передавача всього на кілька десятків см, але цього в більшості випадків виявляється достатньо.
Рис. Принципова схема і зовнішній вигляд ІК-порту
Підключається ІЧ-порт безпосередньо до материнської плати, в большінсктве випадків терморегулятори на платі відповідає схемі і описана в документації на плату, у разі не збіги висновків щодо їх легко переставити. Після установки необхідно включити в BIOS підтримку інфрачервоного порту. ("Chipset Features Setup" -> "UART2 Use Infrared" -> "Enabled"). Якщо використовується операційна система Windows 9X, то вона сама встановить необхідні для роботи драйвера.
Деякі материнські плати не мають можливості інвертувати сигнал, для використання спільно з ними можна іспользовть конвертер: схема у форматі Sprint Layout
Висновки:
Головні переваги ІЧ-технології - мала вартість приемопередающих вузлів при відносно великій радіусі дії (до декількох метрів) і низький рівень енергоспоживання. Не можна також не відзначити і той факт, що стараннями виробників обладнання ІЧ-інтерфейс отримав широке розповсюдження: практично всі випускаються сьогодні моделі портативних комп'ютерів і КПК (а також цілий ряд мобільних телефонів) оснащуються вбудованим приемопередатчиком інфрачервоного інтерфейсу.
До основних недоліків ІЧ-технології можна віднести необхідність забезпечення прямої видимості між оптичними сенсорами приймача і передавача, а також обмежені допуски на кут їх відхилення відносно один одного.
В даний час ІЧ-інтерфейс найбільш часто використовується для оперативного з'єднання двох портативних комп'ютерів, наприклад двох КПК або КПК і ноутбука. Подібна схема хороша для оперативного обміну невеликими об'ємами даних або в тих випадках, коли під рукою немає інтерфейсний кабель. Однак передача файлів великого об'єму (наприклад, аудіозаписів) таким способом потребує значних витрат часу з-за відносно невисокою пропускної здатності оптичного каналу.
Ще одним поширеним варіантом використання ІЧ-інтерфейсу є підключення КПК або ноутбука до мобільного телефону з підтримкою GPRS. У цьому випадку мобільний телефон виконує роль периферійного пристрою (GPRS-модему), що дозволяє реалізувати можливість бездротового доступу до ресурсів Всесвітньої павутини через стільникову мережу. Однак у мобільних умовах використання ІЧ-інтерфейсу для подібних цілей часто пов'язано з низкою незручностей, викликаних описаними вище обмеженнями ІЧ-технології.
Деякі виробники використовують ІЧ-інтерфейс для бездротового підключення клавіатур і маніпуляторів, проте в даний час частка подібних пристроїв у загальному обсязі бездротових моделей невелика.
Можливість підключення по ІК-інтерфейсу передбачена в багатьох моделях портативних принтерів. Правда, як показує практика, при друку з комп'ютера все-таки краще використовувати інтерфейсний кабель (це значно надійніший варіант, та і швидкість друку в цьому випадку буде помітно вище). Однак ІЧ-порт в принтері буде вельми корисний для друку з мобільних пристроїв, у яких можливість підключення принтера по кабелю не передбачена в принципі (таких, наприклад, як КПК).
Список літератури:
http://www.ixbt.com/peripheral/irda.html
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/irda/start.htm
http://msevm.com/main/irda/index.htm
Протокол керування каналом IrLMP є обов'язковим, однак його деякі особливості можуть бути опційні. Кожен пристрій IrDA містить таблицю сервісів і протоколів, доступних в даний момент. Ця інформація може запитуватися в інших пристроїв. Мультиплексор адміністратора з'єднань і його схема управління дозволяють декільком додаткам обмінюватися даними по одній фізичній з'єднанню. Протокол IrLMP містить два компоненти: LM-IAS (Link Management Information Access Service) і LM-MUX (Link Management MUltipleXed). LM-IAS управляє інформаційною базою так, що станції можуть запитати, які служби надаються. Ця інформація зберігатися як ряд об'єктів, з кожним з яких пов'язаний набір атрибутів. Наприклад, Device є обов'язковим і має атрибути DeviceName, IrLMPSupport (номер версії протоколу, підтримка ISA і MUX). LM-MUX виконує мультиплексування каналів поверх одного з'єднання, що встановлюється протоколом IrLAP. З цією метою в Ir-станції визначається безліч точок доступу каналу - LSAP (Link Service Access Point) - кожна з унікальним селектором. Таким чином кожне з LSAP-з'єднань визначає логічно різні інформаційні потоки. Протокол LM-MUX забезпечує передачу даних між точками доступу як всередині однієї, так і між іншими станціями. Він може працювати в одному з двох режимах: ексклюзивному (активізується тільки одне з'єднання LSAP) і мультіплексівном (кілька з'єднань LSAP можуть розділяти один канал IrLAP). У цьому випадку управління потоком повинно бути забезпечено протоколами верхнього рівня або безпосередньо додатком. Отже, IrLMP функціонує в двох режимах: мультиплексування і ексклюзивному. Перший дозволяє розділяти одне фізичне з'єднання декількох завданням, другий віддає всі ресурси одному-єдиному додатком. Кожне віртуальне з'єднання представлено своєї LSAP, таким чином, зв'язок відбувається на рівні двох LSAP (LSAP Connection). Також передбачено три варіанти доступу: з встановленням попереднього з'єднання, без встановлення попереднього з'єднання (Сonnectionless) і режим збору інформації про можливості, сервіси та додатках віддалений пристрій (XID_Discovery).
I rDA TP (Transport Protocol) працює над використанням в якості транспортного протоколу ISO-8073. Його застосування дозволяє пропускати по лінії IrDA кілька потоків даних, з власним управлінням для кожного. Але використання цього протоколу не обов'язково. TinyTP (Tiny Transport Protocol) - транспортний протокол, який здійснює функції управління потоком незалежними для будь-якого LSAP-з'єднання. Кожна точка доступу цього протоколу (TTPSAP - TinyTP Service Access Point) ідентифікується з єдиною точкою доступу IrLMP і використовує єдиний з нею адресу. TinyTP також відає сегментацією і складанням фреймів). IrCOMM - протокол емуляції послідовного й паралельного портів, заснований на чотирьох типах сервісу: 3-Wire Raw, 3-Wire, 9-Wire і Centronics. Перший працює тільки через одне ексклюзивне з'єднання і використовується, коли необхідно передавати виключно дані. Другий емулює паралельну передачу по трьох каналах (Signal Common, TD, RD), використовуючи можливості TinyTP, Девятіпроводний призначений для емуляції послідовних портів і обробляє, крім трьох вищезазначених, ще шість сигналів (RTS, CTS, DSR, DTR, CD, RI). Centronics - це не що інше, як віртуальний паралельний інтерфейс на базі TinyTP).
Протокол IrTran-P, введений для передачі зображень, складається з трьох шарів (SCEP, bFTP, UPF) і користується послугами згадуваного раніше IrCOMM. Призначення SCEP (Simple Command Execute Protocol) - ізоляція вищих рівнів від реалій конкретного інтерфейсу. Завдяки високому рівню абстракції вдалося спроектувати протокол bFTP (binary File Transfer Protocol) таким чином, що він може одноманітно обслуговувати потреби самих різних пристроїв в самих різних конфігураціях з'єднання. Ім'я файлу упаковується разом з даними в єдиний блок, передбачені функції опитування віддалений пристрій та узгодження параметрів подання інформації, що максимально автоматизує процес. UPF (Uni Picture Format) забезпечує гарантоване відтворення зображень, переданих з одного пристрою на інший. UPF грунтується на форматі JPEG і дозволяє зберігати, крім зображення, ще й всі додаткові відомості про нього, звичайно фіксуються цифровими камерами (дата, орієнтація, рівень білого, рівень чорного і т. д.). Щоб пристрої, що містять апаратно-зафіксовані алгоритми обробки зображень, могли адекватно сприймати модифікований формат, вся розширена інформація винесена в заголовок, а саме зображення залишається недоторканим.
VFIR (Very Fast IR) - доповнення до стандарту IrDA, що дозволяє підвищити швидкість передачі даних до 16Mbps. Введено новий формат фрейма, в якому першим йде поле преамбули (Preamble), що складається з 240bit або слотів, після IrLAP-фрейма та контрольної суми - поле FB (Flush Byte - 8 нульових біт), в кінці - поле Null (24 нульових біта) . Вся передана інформація кодується за алгоритмом HHH, що забезпечує від 1 до 13 порожніх слотів між імпульсами. Звичайно, необхідні зміни були зроблені і в протоколі IrLAP: додано позначення для швидкості 16Mbps в полі Baud Rate, а також збільшено максимально можливий розмір вікна з 7 до 127 фреймів.
IrBus (IrControl). Специфікація, яка регулює питання, пов'язані з підключенням різної периферії, що вимагає взаємодії з системними контролерами. Її положення застосовуються також до пристроїв віддаленого керування ПК, телевізорами високої чіткості (HDTV) і побутовими приладами.
Фізичний рівень забезпечує передачу даних, закодованих за схемою модуляції послідовними імпульсами 16-PSM (Pulse Sequence Modulation - 8 слотів, де тільки 2 або 4 можуть містити імпульс) зі швидкістю 75Kbps. Однак, при використанні такої схеми кодування, імпульс означає "1", його відсутність - "0". Частота несучої основного сигналу - 1.5MHz з мінімальною дальністю дії 5м. Дані пересилаються в пакетах двох видів: довгі (776bit) і короткі (72bit), структура яких абсолютно ідентична, за винятком значення стартового прапора, а також розрядності контрольної суми. Так, протокол MAC (Media Access Control) регламентує процеси взаємодії множинної периферії з єдиним основним пристроєм (Host) та обміну інформацією між ними.
Існує три режими роботи ведучого пристрою: сон (з низьким енергоспоживанням), нормальний і співіснування з IrDA (підтримка IrDA SIR 1.1 і IrControl). Якщо від периферії довгий час не надходить жодних даних, то Host автоматично переходить в стан сну, причому саме периферійний пристрій у разі необхідності може самостійно перевести його в нормальний режим роботи. Host отримує дані шляхом циклічного опитування периферії (Poll) з періодом 13.8 s, в ході якого обслуговується до чотирьох пристроїв з критичним часом латентності (для менш вибагливою периферії гарантується період опитування в 69 s). Формат MAC-пакета складається з поля адреси основного пристрою (HA - Host Address), поля адреси периферії (PA - Peripheral Address) і контрольного поля (MAC). Значення структури MAC залежить від того, основне або периферійний пристрій є "автором" пакету, і містить допоміжну системну інформацію.
Перш ніж почнеться обмін даними, повинен пройти процес ідентифікації всієї доступною "лідеру" периферії (Enumeration), для чого призначений спеціальний формат пакета, званий "окликом" (Hail). Після ідентифікації пристрою та реєстрації відомостей про його максимально можливий час опитування воно включається в загальний цикл Host-опитування. У залежності від його подальшої активності частота звернень може бути підвищена або знижена.
У режимі співіснування основний пристрій у перші 50 s відводить на здійснення IrDA SIR 1.1-комунікацій, а наступні 10 s виробляє опитування периферії. Пристрої, чутливі до часу затримки, не можуть отримати в цьому режимі належного обслуговування, та й кількість некритичного до циклу опитування обладнання зменшується до двох пристроїв. Над рівнем MAC розташовується шар LLC (Logical Link Control), функції якого зводяться до забезпечення надійного з'єднання для вищих рівнів. Саме LLC відає пересиланням підтверджень про успішну доставку пакетів. Кожному пристрою тут присвоюється чотири кінцеві точки (Endpoints): перша обслуговує "віртуальне" контрольне з'єднання, друга і третя - вхідний і вихідний з'єднання відповідно, а четверта є опціональною і може служити для ще одного вхідного або вихідного з'єднання. На прикладному ж рівні визначено лише два стандартні, обслуговуючих LLC, протоколу - HA (Home Appliances) і HID (Human Interface Device). Останній підтримує підключення USB-периферії за допомогою IrDA Control Transceiver Module (IRB-TM), що також є USB-пристроєм і функціонує як хаб (Hub).
IrLAN. Протокол забезпечує доступ в локальну мережу за допомогою інфрачервоного з'єднання (мережеве середовище IrLAN), де основними є клієнт і провайдер. Провайдер пасивний і чекає прояву ініцатіви з боку клієнта, на якого покладаються всі функції з детектування та конфігурування з'єднання. Для цього використовується контрольний канал - через нього клієнт одержує необхідні відомості про провайдера з його IAS. Передбачено три методи доступу в мережу: через точку доступу (Access Point), типу "порт-порт" (Peer-to-Peer) і режим основного функціонування (Hosted). Access point представляє собою спеціалізований пристрій, що має як доступ до мережі, так і IR-адаптер. При з'єднанні "порт-порт" два пристрої зв'язуються через інфрачервоне з'єднання, а IrLAN лише емулює локальну мережу. У цьому випадку кожен з учасників повинен грати ролі клієнта і провайдера одночасно. У режимі "хост" комп'ютер-провайдер не тільки надає послуги підключення до мережі для віддалених пристроїв, але і сам користується ними, тому що провайдер і клієнт ділять один і той же мережеву адресу і виникає потреба в спеціальному маршрутизуюче і фільтруючому ПЗ. При ініціалізації з'єднання встановлюються два "віртуальних каналу" - даних і контролю, причому обидва використовують TinyTP. У каналі даних зараз підтримуються пакети типів 802.3 (Ethernet) і 802.5 (Token Ring). Формат фрейму даних IrLAN аналогічний формату ретранслюється мережевого протоколу. Драйвер IrLAN зазвичай не модифікує вміст пакетів, за винятком дескрипторів, і лише в режимі Hosted можуть бути внесені певні зміни. У каналі контролю обмін здійснюється на основі фреймів іншого формату. У першому його 8bit-поле міститься команда, в такому ж наступному - кількість супутніх параметрів, а далі йдуть самі параметри, які "вкладаються" в проміжок 0-8160 bit.
Застосування IrDA
Практично, сьогодні вже немає що хоч трохи поважає компанії, яка б не виробляла компоненти для ІК портів. Наприклад, компанія Crystal Semiconductor випускає мікросхему ІК прийомопередавача серії CS8130. Цей прилад є інтерфейсом між блоком UART, що випромінюють світлодіодом і світлочутливим PIN-діодом. Він працює у форматах IrDA, ASK і TV форматі бездротового управління, має функції програмування потужності передачі і порога спрацьовування приймача. Мікросхема виконана в корпусі типу SSOP дуже малого розміру (5х7 mm).
Як приклад "інтеграції" можна розглянути інтерфейс IrDA, доданого на материнську плату звичайного ПК (у зв'язку зі складністю схеми вона не додається). Блок UART, наявний на платі, можна використовувати як для того, щоб управляти проводовим СОМ-портом інтерфейсу RS-232, використовуючи, наприклад, перетворювач напруги МАХ562, так і для управління ІК-портом, що відповідає стандарту IrDA, використовуючи трансивер CS8130. Зовнішній висновок PWRDN # мікросхеми CS8130 використовується для перекладу в третій стан ліній RXD і FORM / BSY, що дозволить використовувати UART. І навпаки, за допомогою висновків EN і SHDN # можна перевести в третій стан виходи R2OUT і R3OUT мікросхеми МАХ562, передаючи управління UART трансивер CS8130. В якості другого прикладу можна навести схему (також не додається) зовнішнього модуля, який можна підключити до наявного СОМ-порту будь-якого комп'ютера. Цей модуль дуже компактний і розташований в кінці метрового кабелю, вільно ориентируемого в просторі. Більш докладно з конкретними реалізаціями інтерфейсу IrDA можна в документах, зазначених в "списку додаткових джерел" ...
Приклади схем IrDA-інтерфейсу.
Приклад організації IrDA-каналу c використанням I / O-інтерфейсу.
I / O - інтерфейс. У комп'ютерних системах для управління периферійними пристроями використовується I / O-інтерфейс. Інтерфейсні мікросхеми останніх розробок, як правило, можуть забезпечувати управління ІК-лінією передачі даних і мають окремий висновок для підключення ИК приймально-передавального модуля. До таких мікросхем слід віднести наступні чіпи:
- PC87334VLJ, PC87334VJG (National Semiconductors);
- FDC37C665IR, FDC37C666IR (SMC).
Приклад подібного роду схеми показаний на малюнку
UART - універсального асинхронного ресівера-трансивера. У цьому випадку для створення IrDA-каналу використовуються мікросхеми:
- HSDL-7000, HSDL-7001 (Agilent Technologies); - TOIM3000 (Vishay).
RS-232. У багатьох схемах буває необхідно і зручно організувати ІК-зв'язок через послідовний порт RS-232. У цих випадках, для кодування сигналу відповідно до IrDA-стандартом, використовуються два елементи: конвертер рівнів RS-232 (наприклад, MAX232, HIN232 тощо) і, власне, мікросхема кодування сигналу: HSDL-7000, HSDL-7001 (Agilent Technologies), TOIM3232 (Vishay). (Мал. 5).
ІК інтерфейси стандарту IrDA вже давно стали атрибутом материнських плат ПК, але тільки в сенсі «електричного роз'єму». Для того, щоб ваш ПК дійсно «знайшов спільну мову» з сучасними принтерами, цифровими фотокамерами, факсами та іншою периферією, пропонується схема кінцевого ланки цього інтерфейсу (рис.1). Пристрій виконаний на сучасній малопотребляющей ІМС IC1 TFDU6102 (Vishay / Farnell), що забезпечує обмін даних з потоком до 4 Мбіт / с. До її складу входить фотодіод, ІЧ-випромінювач і КМОП-формувачі.
Після інсталяції модуля може знадобитися активувати в BIOS вашого ПК роботу UART в режимі IrDA. ОС Windows після цього автоматично інсталює необхідний драйвер.
Якщо потрібно тільки прийом IrDA, то пропонується схема найпростішого IrDA приймача (рис.2), виконаного на дешевих поширених елементах. Воно харчується прямо від ПК і забезпечує дальність прийому від стандартного IrDA передавача всього на кілька десятків см, але цього в більшості випадків виявляється достатньо.
Рис. Принципова схема і зовнішній вигляд ІК-порту
Підключається ІЧ-порт безпосередньо до материнської плати, в большінсктве випадків терморегулятори на платі відповідає схемі і описана в документації на плату, у разі не збіги висновків щодо їх легко переставити. Після установки необхідно включити в BIOS підтримку інфрачервоного порту. ("Chipset Features Setup" -> "UART2 Use Infrared" -> "Enabled"). Якщо використовується операційна система Windows 9X, то вона сама встановить необхідні для роботи драйвера.
Деякі материнські плати не мають можливості інвертувати сигнал, для використання спільно з ними можна іспользовть конвертер: схема у форматі Sprint Layout
Висновки:
Головні переваги ІЧ-технології - мала вартість приемопередающих вузлів при відносно великій радіусі дії (до декількох метрів) і низький рівень енергоспоживання. Не можна також не відзначити і той факт, що стараннями виробників обладнання ІЧ-інтерфейс отримав широке розповсюдження: практично всі випускаються сьогодні моделі портативних комп'ютерів і КПК (а також цілий ряд мобільних телефонів) оснащуються вбудованим приемопередатчиком інфрачервоного інтерфейсу.
До основних недоліків ІЧ-технології можна віднести необхідність забезпечення прямої видимості між оптичними сенсорами приймача і передавача, а також обмежені допуски на кут їх відхилення відносно один одного.
В даний час ІЧ-інтерфейс найбільш часто використовується для оперативного з'єднання двох портативних комп'ютерів, наприклад двох КПК або КПК і ноутбука. Подібна схема хороша для оперативного обміну невеликими об'ємами даних або в тих випадках, коли під рукою немає інтерфейсний кабель. Однак передача файлів великого об'єму (наприклад, аудіозаписів) таким способом потребує значних витрат часу з-за відносно невисокою пропускної здатності оптичного каналу.
Ще одним поширеним варіантом використання ІЧ-інтерфейсу є підключення КПК або ноутбука до мобільного телефону з підтримкою GPRS. У цьому випадку мобільний телефон виконує роль периферійного пристрою (GPRS-модему), що дозволяє реалізувати можливість бездротового доступу до ресурсів Всесвітньої павутини через стільникову мережу. Однак у мобільних умовах використання ІЧ-інтерфейсу для подібних цілей часто пов'язано з низкою незручностей, викликаних описаними вище обмеженнями ІЧ-технології.
Деякі виробники використовують ІЧ-інтерфейс для бездротового підключення клавіатур і маніпуляторів, проте в даний час частка подібних пристроїв у загальному обсязі бездротових моделей невелика.
Можливість підключення по ІК-інтерфейсу передбачена в багатьох моделях портативних принтерів. Правда, як показує практика, при друку з комп'ютера все-таки краще використовувати інтерфейсний кабель (це значно надійніший варіант, та і швидкість друку в цьому випадку буде помітно вище). Однак ІЧ-порт в принтері буде вельми корисний для друку з мобільних пристроїв, у яких можливість підключення принтера по кабелю не передбачена в принципі (таких, наприклад, як КПК).
Список літератури:
http://www.ixbt.com/peripheral/irda.html
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/irda/start.htm
http://msevm.com/main/irda/index.htm