Vestavné mikropočítačové systémy

1. Vestavné mikropočítačové systémy 9. Týden – Datové komunikace III(IR přenos)

2. Infračervený přenos • Typické použití • ovládání spotřební elektroniky (víceméně proprietální řešení) • datové přenosy PDA, noteboky, tiskárny, apod. (standard IrDA) • Vlnová délka 880 nm • Vyzařovací úhel 1030° • Pulzního kódování/modulace • optický signál neodpovídá 1:1 bitům • vysílač krátkodobě „přetěžován“  větší svit = větší dosah • Přizpůsobení bateriovému napájení • pulzní kódování • nesymetrický pracovní cyklus nosné

3. Infračervený přenos • Odrazy, interference • Rušení • optické zdroje 8301100 nm (např. obyčejná žárovka) • elektromagnetické – modulované výkonové signály pracujícís podobnou modulační frekvencí v blízkosti detektoru • Zajištění odstupu signál-šum • pulzní kódování – krátké ale „vydatné“ pulzy, používá se v IrDA • modulace, podobně jako u RF • FSK – logické úrovni odpovídají jiné frekvence, velmi dobrá odolnost proti rušení, ale v IR praxi se téměř nepoužívá • AM + Manchester – dálkové ovladače evropské provenience (RC5) • AM + PWM – dálkové ovladače Sony, Matsushita, NEC, … • nosný kmitočet obvykle 36 nebo 40kHz • detektory se konstruují tak, aby jejich pouzdro opticky filtrovalo

4. IR dálková ovládání • Množství proprietálních formátů • Rámec se zpravidla skládá z • synchronizační sekvence – obdoba start-bitu • adresy – výběr zařízení (TV, CD, DVD, tuner, apod.) • příkazu – odpovídá stisknutému tlačítku • Amplitudová modulace s nosnou 36  40 kHz • Kódování PWM nebo Manchester • V „hobby“ konstrukcích se často používá formát RC-5 • Příklady formátů viz násl. snímky…

5. Synchronizace Data „0“ Data „1“ min. 75T (45ms) T T T 2T 1. rámec 2. rámec 3. rámec Rámec C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 A0 A1 A2 A3 A4 Sync Příkaz(7 bitů) Adresa (5 bitů) 4T IR formát Sony SIRC • Modulovaný signál 480 kHz / 12 = 40 kHz, střída 1:2 • AM + PWM, modulační interval T = 0,6ms (24 period nosné) • Rámce mají minimální rozestup 75T (45 ms)

6. Synchronizace Data „0“ Data „1“ EOT min. 120T (104,7ms) 4T 4T T T T 3T T 1. rámec 2. rámec 3. rámec A0 A’0 A’1 A1 A2 A’2 A’3 A3 A4 A’4 A’5 A5 C0 C’0 C’1 C1 C’2 C2 C’3 C3 C’4 C4 C5 C’5 Rámec Sync Adresa (6 bitů) Příkaz (6 bitů) Adresa inverzně Příkaz inverzně EOT IR formát Matsushita (Panasonic) • Modulovaný signál 440 kHz / 12 = 36,6 kHz, střída 1:1 • AM + PWM, modulační interval T = 0,872ms (32 period nosné) • Rámce mají minimální rozestup 120T (104,7 ms)

7. Synchronizace Data „0“ Data „1“ EOT min. 186T (107,9ms) 15,5T 4T T T T 3T T 1. rámec 2. rámec 3. rámec 15,5T 4T T 6T Rámec A0 A1 A5 A6 A7 A’0 A’1 A’5 A’6 A’7 C0 C1 C5 C6 C7 A’0 A’1 A’5 A’6 A’7 Sync Adresa (8 bitů) Adresa inverzně Příkaz Příkaz inverzně EOT IR formát NEC • Modulovaný signál 455 kHz / 12 = 37,9 kHz, střída 1:2 • AM + PWM, modulační interval T = 0,58ms (22 period nosné) • Rámce mají minimální rozestup 186T (107,9 ms) Po sobě jdoucí rámce se liší v hodnotě tohoto „bitu“

8. Data „0“ min. 128T (113,7ms) T T 1. rámec 2. rámec 3. rámec C1 C2 C3 C4 C5 Rámec Data „1“ 1 1 TG A0 A1 A2 A3 A4 C0 Sync Adresa (7 bitů) Příkaz (6 bitů) T T Po sobě jdoucí rámce se liší v hodnotě tohoto bitu. IR formát RC5 (Philips) • Modulovaný signál 432 kHz / 12 = 36 kHz, střída 1:2 • AM + Manchester, modulační interval T = 0,888 ms (32 period nosné) • Rámce mají minimální rozestup 128T (113,7 ms)

9. Standard IrDA • V roce 1993 představen standard pro IR přenos dat • Dosah 1m při okolním osvětlení 10 kluxů (denní světlo) • Vyzařovací úhel 15° • Pulzní kódování (bez modulace, přenos v základním pásmu) • Rychlosti • výchozí rychlost je 9600 bps • SIR (Serial Infrared) – 2400  115200 bps (odvozeno od UART) • MIR (Medium Infrared) – 0,576 Mbps a 1,152 Mbps • FIR (Fast Infrared) – 4 Mbps • VFIR (Very Fast Infrared) – 16 Mbps • UFIR (Ultra Fast Infrared) – >100 Mbps (zatím ve vývoji) • Poloduplexní komunikace (plný duplex ne kvůli odrazům)

10. OSI model IrDA • IrPHY – fyzická vrstva • fyzikální specifikace, rychlosti, kódování • IrLAP (Infrared Link Access Protocol) – linková vrstva • zapouzdření dat do rámců, odvozeno od HDLC • řízení přístupu, vyjednání role primární (1) vs. sekundární (více) • navazování a ukončování spojení • IrLMP (Infrared Link Management Protocol) • publikování informací o nabízené službě • IrCOMM (Infrared Communication Protocol) • služba, která emuluje klasický sériový a paralelní port • Tiny TP – transportní vrstva • udržuje virtuální kanál mezi zařízeními • řízení toku, segmentace/skládání, opakování (jako TCP) • IrOBEX (Infrared Object Exchange) • jak přenášet datové objekty mezi zařízeními • má nadstavbu pro PDA a mobily (vCard, vCalendar, SMS, dial, voice, …) • IrLAN • access-point/peer-to-peer

11. start-bit datové bity stop-bit U 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 UART ID IrDA IrPHY – fyzická vrstva • SIR • pulzy široké 3/16 bitového intervalu nebo 1,63s • asynchronní přenos jako na UARTu (start-bity)

12. STA STA data linkové vrstvy (IrLAP) FCS STO IrPHY – fyzická vrstva • MIR • rozšíření SIR ve verzi IrDA 1.1 • MIR není oficiální označení skupiny rychlostí 0,576 a 1,152 Mbps • pulzy široké 1/4 bitového intervalu • synchronní přenos (bez start a stop bitů) • HDLC bit-stuffing – po pěti jedničkách se vkládá nula navíc • Formát rámce • STA – C0 pro SIR, 7E pro MIR • STO – C1 pro SIR, 7E pro MIR • FCS – 16-ti bitový CCITT CRC

13. PA STA rámec linkové vrstvy STO A C data CRC-32 IrPHY – fyzická vrstva • FIR • 4PPM (Pulse Position Modulation) • 2 bity  1 symbol  4 chipy • každé kombinaci dvou bitů odpovídá pulz v jedné ze čtyř čtvrtin symbolového intervalu • pulzu (chip) 125 ns, celý symbol (2 bity) 500 ns • Formát rámce • PA – preambule 16 chipová sekvence 1000 0000 1010 1000 • STA – chipová sekvence 0000 1100 0000 1100 0110 0000 0110 0000 • STO – chipová sekvence 0000 1100 0000 1100 0000 0110 0000 0110