AVT5096.pdf

P R O J E K T Y

Konwerter USB<−>IDE

AVT−5096

Czasami uøytkownicy

komputerÛw znajduj¹ siÍ

w sytuacji, gdy musz¹

ìw terenieî przegraÊ

z komputera wiÍksz¹ iloúÊ

danych, ale nie mog¹ tego

zrobiÊ przede wszystkim

dlatego, øe PC jest zamkniÍty

mechanicznie i dostanie siÍ

do úrodka wymaga posiadania

narzÍdzi, no i†zgody

w³aúciciela.

Rekomendacje : konwerter

prezentowany w†artykule

pozwala rozwi¹zaÊ problem

do³¹czenia dysku twardego

lub CD-ROM-u do interfejsu

USB dowolnego komputera.

DziÍki niemu uzyskujemy

moøliwoúÊ realizacji

prawdziwego Plug-n-Play,

niemoøliwego do uzyskania

np. za pomoc¹ ìkieszeniî

na HDD.

rolÍ konwertera sygna³Ûw miÍ-

dzy portem USB komputera

a†dowolnym dyskiem twardym,

CD-ROM-em lub nagrywark¹.

Podstawowe parametry kon-

wertera s¹ nastÍpuj¹ce: wspÛ³-

praca z†interfejsami USB w kaø-

dej wersji (³¹cznie z†2.0), przy

czym stosowanie starszych wer-

sji (1.x) ogranicza maksymaln¹

przepustowoúÊ ³¹cza i†nie po-

zwala na wykorzystanie w†pe³ni

moøliwoúci dysku twardego, u-

moøliwia takøe obs³ugÍ napÍdÛw

zgodnych z†ATAPI, tj. nagrywa-

rek, odtwarzaczy DVD czy napÍ-

dÛw ZIP.

SkrÛtowy opis magistrali USB

by³ zamieszczony w†EP9/2002,

przy okazji opisu konwertera

USB<->RS232. Czytelnikom szcze-

gÛlnie zainteresowanym tematyk¹

USB polecam stronÍ www.usb.org

lub úci¹gniÍcie specyfikacji USB

ze strony internetowej EP ( http:/

/www.ep.com.pl/ftp/usb_doc.exe ).

Takøe na p³ycie CD-EP1/2003B

znajduj¹ siÍ w†miarÍ wyczerpuj¹ce

informacje na temat tej magistrali.

OprÛcz k³opotÛw z†narzÍdzia-

mi, jakie trzeba ze sob¹ nosiÊ, aby

do³¹czyÊ siÍ do kontrolera dys-

kÛw, niebagatelny jest takøe czÍs-

to praktykowany zwyczaj plombo-

wania komputerÛw przez produ-

centÛw - w†takiej sytuacji prÛba

dostania siÍ do úrodka spowoduje

zerwanie umowy gwarancyjnej.

Co zatem zrobiÊ? Moøna kupiÊ

nagrywarkÍ lub dysk twardy ze

z³¹czem USB, lecz nie s¹dzÍ, aby

by³o to najtaÒsze i†najlepsze

(zw³aszcza dla elektronika) roz-

wi¹zanie.

W†artykule postaram siÍ przed-

stawiÊ prosty interfejs spe³niaj¹cy

Elektronika Praktyczna 1/2003

Konwerter USB<−>IDE

Konwerter USB<−>IDE

Rys. 1. Schemat blokowy układu CY7C68013

tj. CY7C68013-56PVC. Jego sche-

mat blokowy przedstawiono na

rys. 2 .

Uk³ad moøe pracowaÊ z†dwie-

ma prÍdkoúciami przesy³ania da-

nych: Full Speed (12 Mb/s) oraz

High Speed (480 Mb/s). Jak

przedstawiono na rys. 2, uk³ad

zawiera rdzeÒ procesora z†rodzi-

ny 8051. Jest to mocno ulepszona

wersja 8051. Procesor ten jest

standardowo taktowany sygna³em

zegarowym o czÍstotliwoúci aø

48†MHz. CzÍstotliwoúÊ sygna³u

jest ustalana przez wbudowan¹

w†uk³ad pÍtlÍ PLL.

Procesory zintegrowane w†uk³a-

dach z†rodziny FX2 s¹ konfigu-

rowane za pomoc¹ programÛw

przechowywanych w†zewnÍtrznej,

szeregowej pamiÍci typu EEP-

ROM. £adowanie tego programu

do pamiÍci programu mikrokont-

rolera odbywa siÍ automatycznie

po w³¹czeniu zasilania.

Moøliwe s¹ cztery przypadki

obecnoúci/nieobecnoúci pamiÍci

zewnÍtrznej:

1. Brak pamiÍci EEPROM do-

³¹czonej do uk³adu . W†tym przy-

padku enumeracja jest przeprowa-

dzana dla standardowego urz¹dze-

nia USB, z†zawartymi fabrycznie

w†kaødym uk³adzie deskryptorami

o†nastÍpuj¹cych wartoúciach:

VID=0x04B4 (Cypress Semicon-

ductor), PID=0x8613 (EZ-USB

FX2), DID=0xxxyy (Revision (dla

Rev. E=0x04)). W†tym przypadku

bit RENUM (odpowiedzialny za

renumeracjÍ) przyjmuje wartoúÊ 0.

2. PamiÍÊ EEPROM jest do³¹czo-

na do uk³adu FX2 za pomoc¹ linii

szeregowych SCL i SDA oraz za-

wiera tylko deskryptory VID/PID/

DID, ktÛre s¹ przydzielane kon-

werterowi. Podobnie jak w†powy-

øszym przypadku, bit RENUM = 0.

3. PamiÍÊ EEPROM zawiera

firmware. Jest on automatycznie

³adowany do wewnÍtrznej pamiÍ-

Opis standardu IDE oraz ATAPI

by³ zamieszczony w†Elektronice

Praktycznej w†numerach 7-8/2002.

steruj¹cymi oraz piÍcioma multi-

pleksowanymi sygna³ami (takøe

steruj¹cymi). Uk³ad montowany

w†obudowie TQFP100 zawiera do-

datkowo jeszcze dwa oúmiobitowe

porty I/O, siedem dodatkowych

sygna³Ûw kontrolnych (CTL) i†go-

towoúci (RDY) dla interfejsu GPIF,

dziewiÍÊ niemultipleksowanych

sygna³Ûw uk³adÛw peryferyjnych

(dwa USART, trzy wejúcia time-

rÛw oraz wejúcia przerwaÒ INT4

i†INT5), osiem dodatkowych syg-

na³Ûw kontrolnych, dziewiÍÊ linii

adresowych interfejsu GPIF oraz

sygna³y RD i†WR. Najbardziej roz-

budowany uk³ad CY7C68013 mieú-

ci siÍ w†obudowie typu TQFP128

i†zawiera w†porÛwnaniu z†po-

przednim dodatkowo 16-bitow¹

(8051) szynÍ adresow¹, 8-bitow¹

(8051) szynÍ danych oraz szynÍ

z†sygna³ami kontrolnymi.

W†konwerterze wykorzysta³em

najmniejszy uk³ad z†tej rodziny,

Specjalizowany interfejs

scalony

Sercem konwertera jest uk³ad

scalony firmy Cypress CY7C68013.

Jego schemat blokowy przedsta-

wiono na rys. 1 . Uk³ad jest

produkowany w†trzech wersjach

rÛøni¹cych siÍ miÍdzy innymi

liczb¹ dostÍpnych linii portÛw

I/O, a†co za tym idzie rÛwnieø

obudow¹. Uk³ad CY7C68013-

56PVC jest montowany w†obudo-

wie typu SSOP56 (o wymiarach

8x18x2,3 mm) i†zawiera: trzy oú-

miobitowe porty I/O, szynÍ kom-

patybiln¹ ze standardem I 2 C, 8-

lub 16-bitowy interfejs GPIF z†piÍ-

cioma niemultipleksowanymi syg-

na³ami kontrolnymi, 8- lub 16-

bajtow¹ pamiÍÊ FIFO z†czterema

niemultipleksowanymi sygna³ami

Rys. 2. Schemat blokowy układu CY7C68013−56PVC

Rys. 3. Program dla mikrokontrolera

znajduje się w zewnętrznej pamięci

EEPROM

Elektronika Praktyczna 1/2003

Konwerter USB<−>IDE

Rys. 4. Schemat elektryczny konwertera

Elektronika Praktyczna 1/2003

Konwerter USB<−>IDE

ci uk³adu CY7C68013. PamiÍÊ ta

ma pojemnoúÊ 8†kB o†adresach

0x0000 - 0x1FFF oraz 512†B

(0xE000 - 0xE1FF). Po tej operacji

nastÍpuje zerowanie urz¹dzenia.

Deskryptory VID/PID/DID s¹ zawar-

te w†firmware. Bit RENUM auto-

matycznie przyjmuje wartoúÊ 1.

Uwaga ! Pierwszy bajt pamiÍci

EEPROM musi zawieraÊ wartoúÊ

0xC2. Loader jest uruchamiany

zawsze z†wewnÍtrznej pamiÍci

RAM.

4. W†przypadku uøycia naj-

wiÍkszego i†najbardziej rozbudo-

wanego uk³adu z†rodziny FX2

(w†obudowie ze 128 wyprowadze-

niami) moøemy zastosowaÊ, oczy-

wiúcie oprÛcz pamiÍci EEPROM,

rÛwnieø pamiÍÊ typu EPROM lub

Flash, pod³¹czaj¹c je do szyny

adresowej/danych. Bit RENUM =

1. Deskryptory VID/DID/PID, po-

dobnie jak w†pkt. 3, s¹ zawarte

w†firmware.

Sygna³ danych magistrali USB

jest podawany poprzez linie D+

i†D- na wejúcia transceivera USB,

ktÛry jest integraln¹ czÍúci¹ uk³a-

du CY7C68013. Zgodnie ze stan-

dardem USB, po pod³¹czeniu in-

terfejsu do komputera zainstalo-

wany na nim system operacyjny

musi przeprowadziÊ enumeracjÍ.

tego momentu urz¹dzenie odbie-

raÊ bÍdzie dane tylko z†tym ad-

resem.

4. Host wysy³a ø¹danie ( Get

Descriptor ), pytaj¹c o†dodatkowe

informacje, takie jak liczba punk-

tÛw koÒcowych, zapotrzebowanie

na pr¹d, przepustowoúÊ, sterow-

niki do za³adowania itp.

Od tego momentu rozpoczyna

siÍ renumeracja:

5. Host uruchamia loader , dziÍ-

ki ktÛremu program z†pamiÍci

EEPROM jest ³adowany do uk³adu

CY7C68013.

6. Wymuszenie renumeracji, co

odbywa siÍ przez symulowane

od³¹czenie i†ponownie pod³¹cze-

nie urz¹dzenia do hosta.

7. System operacyjny zainsta-

lowany na komputerze zaczyna

ponownie procedurÍ enumeracji

(punkty 1†- 4).

Tab. 1. Konfiguracja linii

adresowych US3 w zależności od

pojemności pamięci

Wielkoœæ

pamiêci (bity)

sterownikÛw, odpowiednich dla

danego napÍdu.

Budowa uk³adu

Konwerter, ktÛrego schemat

przedstawiono na rys. 3 , zbudowa-

no w oparciu o nieco zmodyfiko-

wan¹ wersjÍ standardowej aplikacji

firmowej uk³adu CY7C68013. Za-

stosowanie wyspecjalizowanego

uk³adu pozwoli³o radykalnie uproú-

ciÊ budowÍ interfejsu.

Uk³ad moøe byÊ zasilany bez-

poúrednio z†portu USB (wtedy

zworka JP1 musi byÊ zwarta) lub

z†oddzielnego zasilacza (wtedy

zworka JP1 musi byÊ rozwarta,

a†do z³¹cza J1 naleøy doprowa-

dziÊ napiÍcie sta³e o†wartoúci

5†V). PobÛr pr¹du w†obydwu

przypadkach nie przekracza 100

mA. Zworka JP2 ³¹czy pamiÍÊ

z†uk³adem CY7C68013. Do po³¹-

czenia komputera z†przejúciÛwk¹

wskazane jest zastosowanie kabla

ekranowanego. Rezonator kwarco-

wy Y1 powinien mieÊ w†miarÍ

moøliwoúci jak najlepsze para-

metry (jego czÍstotliwoúÊ rezo-

nansowa jest mnoøona dwadzieú-

cia razy!). Elementy R1 oraz C1

s¹ odpowiedzialne za niezawodne

zerowanie po w³¹czeniu zasila-

£adowanie firmware'u

Renumeracja jest uøywana miÍ-

dzy innymi do skopiowania no-

wego firmware'u z†hosta (kompu-

tera) do nieulotnej pamiÍci wspÛ³-

pracuj¹cej z†uk³adem CY7C68013.

Przed renumeracj¹ system opera-

cyjny komputera uøywa do komu-

nikacji z†uk³adem domyúlnych ste-

rownikÛw. W†momencie pod³¹cze-

nia HDD (lub innego urz¹dzenia),

uk³ad identyfikuje je jako urz¹-

dzenie klienta ( custom device ).

NastÍpnie s¹ ³adowane wyspecja-

lizowane sterowniki umoøliwiaj¹-

ce skopiowanie firmware'u. NastÍ-

puje proces renumeracji, podczas

ktÛrego urz¹dzenie jest identyfiko-

wane jako do³¹czony napÍd (tzn.

jako HDD, CD-ROM, ZIP,...), co

wymusza za³adowanie kolejnych

Renumeracja - czyli

oszukiwanie komputera

Program przechowywany jest

w†pamiÍci EEPROM (u nas

24LC65 - rys. 3 ) i†musi zostaÊ

kaødorazowo za³adowany do

CY7C68013 po pod³¹czeniu go do

portu USB (z†jednoczesnym w³¹-

czeniem zasilania). Poniewaø kom-

puter przeprowadzi enumeracjÍ

zaraz po pod³¹czeniu urz¹dzenia

do USB, a†nie jest moøliwe wy-

konanie tej czynnoúci ponownie,

dlatego pojawia siÍ potrzeba re-

numeracji. Proces ten, wymyúlony

przez firmÍ Cypress, polega w³aú-

nie na ìoszukaniuî komputera

i†zmuszeniu go do przeprowadze-

nia ponownej enumeracji. Opera-

cja ta przebiega nastÍpuj¹co:

1. Host (komputer) wysy³a py-

tanie o†deskryptor do³¹czonego

urz¹dzenia ( Get Descriptor-Device )

pod zerowy adres (do³¹czone urz¹-

dzenie musi odpowiedzieÊ).

2. Urz¹dzenie w†odpowiedzi

wysy³a swÛj identyfikator (ID).

3. Host wysy³a ø¹danie usta-

wienia adresu ( Set Address ) i†od

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów

na górnej stronie płytki drukowanej

Rys. 6. Rozmieszczenie elementów

na dolnej stronie płytki drukowanej

Elektronika Praktyczna 1/2003

Wielkoœæ

AA2

AA1

AA0

88k

Konwerter USB<−>IDE

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R3: 100k

Ω

0805

R4, R5: 1k

Ω

0805

R10, R14: 22

Ω

0805

Rys. 7. Widok okna programu EZ−USB Control Panel z wpisanymi

zalecanymi wartościami parametrów

0805

Kondensatory

C1...C4, C8...C12, C16, C17, C18:

100nF 0805

C5, C13: 2,2

Ω

nia. Uk³ad U1 (MAX608) jest

specjalizowanym stabilizatorem,

mog¹cym pracowaÊ przy niewiel-

kiej rÛønicy napiÍÊ miÍdzy wej-

úciem i†wyjúciem (LDO - Low

Drop Out ). Na p³ytce drukowa-

nej, wokÛ³ tego uk³adu znajduj¹

siÍ dwa (po jednym z†kaødej

strony) pola miedzi, maj¹ce u³at-

wiÊ odprowadzanie ciep³a ze sta-

bilizatora. PamiÍÊ US3, w†zaleø-

noúci od pojemnoúci, skonfiguro-

wana jest zgodnie z† tab. 1 .

dysk twardy. Do rejestracji tem-

peratury w†domu to ona moøe

siÍ nie przyda, ale w†zak³adach

przemys³owych, gdzie trzeba nie

tyle monitorowaÊ, co rejestrowaÊ

zmiany wielu parametrÛw,

przyda siÍ znakomicie. Juø te

dwa przyk³ady dowodz¹, iø uk³a-

dy FX2 s¹ naprawdÍ bardzo

wszechstronne i†moøna je zasto-

sowaÊ niemal wszÍdzie.

F/16V 3216

F/16V MELF1

C14, C15: 22pF 0805

Półprzewodniki

U1: MAX604CSA

U2: CY7C68013−56PVC

U3: 24LC65

Różne

Y1: rezonator kwarcowy 24 MHz

JP1, JP2: goldpin 2x1

J1: goldpin 1x4 (raster 2 mm)

J2: złącze USB−B do druku

J3: złącze 2x20 (IDE)

Montaø i†uruchomienie

Uk³ad zmontowano na stosun-

kowo ma³ej (60x52 mm), dwu-

stronnej p³ytce drukowanej, ktÛrej

schemat montaøowy przedstawio-

no na rys. 5† i 6 . Tak ma³e

wymiary p³ytki uda³o siÍ uzyskaÊ

dziÍki zastosowaniu wyspecjalizo-

wanego uk³adu oraz elementÛw

do montaøu powierzchniowego.

Montaø najlepiej jest rozpocz¹Ê

od uk³adu U2 (CY7C68013). Przy-

lutowanie uk³adu maj¹cego 56

Inne moøliwoúci

zastosowania uk³adu

CY768013

Uk³ady z†serii FX2 firmy Cyp-

ress s¹ bardzo elastyczne i†moø-

na je wykorzystaÊ w†wielu urz¹-

dzeniach. Pierwszym pomys³em,

jaki przyszed³ mi do g³owy po

zapoznaniu siÍ z not¹ katalogow¹

tych uk³adÛw, by³ odtwarzacz

plikÛw MP3 z†interfejsem USB.

Pomyúlmy tylko, jak¹ prÍdkoúÊ

przegrywania plikÛw (przy zasto-

sowaniu USB 2.0) i†wygodÍ uøyt-

kowania moøemy uzyskaÊ. In-

nym, rÛwnie ciekawym pomys-

³em, jest autonomiczna stacja

pomiarowa z†zapisem danych na

wyprowadzeÒ i†mieszcz¹cego siÍ

w†obudowie typu SSOP nie jest

³atwe, ale nie jest takøe niemoø-

liwe. Montaø naleøy rozpocz¹Ê od

umieszczenia go na polach lutow-

niczych, a†nastÍpnie przylutowa-

niu (oczywiúcie za pomoc¹ cien-

kiego grota) skrajnych wyprowa-

Rys. 8. Widok okna właściwości

sprzętu dla sterownika USB

MassStorage Device

Rys. 9. Widok okna menadżera sprzętu po dołączeniu interfejsu

do portu USB

Elektronika Praktyczna 1/2003

0805

R2, R7, R8, R12, R13: 10k

Ω

R6: 4,7k

R11: 33

C6, C7: 10

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: