В этой статье я попытаюсь объяснить аспекты, связанные с интерфейсом PS/2 для периферийного устройства типа мышь, включая физический, электрический интерфейс, протокол низкого уровня, режимы работы, команды и расширения…

Евгений Амосов
by Gambit_OZ gambitoz@mail.ru

Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно – на участке поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения. В универсальных интерфейсах (например, в оконных) с помощью мыши пользователь управляет специальным курсором – указателем, то есть манипулятором элементами интерфейса.

В дополнение к детектору перемещения мышь имеет от одной до трёх и более кнопок, а также дополнительные элементы управления (колёса прокрутки, потенциометры, джойстики, трекболы, клавиши и т. п.), действие которых обычно связывается с текущим положением курсора (или составляющих специфического интерфейса).

Фактически все эти устройства общаются с компьютером при помощи двух интерфейсов: универсальной последовательной шины (USB) или интерфейса PS/2.

Интерфейс PS/2 расшифровывается как Personal System/2. Широкую популярность он приобрел благодаря использованию для взаимодействия с манипулятором типа мышь в компьютерах Apple Macintosh и позднее в ОС Windows для IBM PC в конце 80-х. Однако сегодня быстро завоевавший популярность интерфейс USB в конечном итоге практически заменил PS/2 полностью. Тем не менее, протокол PS/2 представляет собой интересную платформу для различных экспериментов научного характера. Например, можно использовать мышку с разъемом PS/2 для управления каким-либо передвижным устройством-роботом или сделать свой манипулятор, который при помощи датчиков-гироскопов, закрепленных на пальцах руки, будет эмулировать передвижение курсора на экране, а щелчком пальцев открывать папки и т. д. В дальнейших статьях будет описано, как это можно реализовать.

Интерфейс мыши PS/2 использует двунаправленный последовательный протокол, по которому передаются данные о движении и состоянии кнопок вспомогательному диспетчеру устройств компьютера (далее по тексту – хост). Диспетчер, в свою очередь, посылает команды для мыши, чтобы установить частоту обмена, разрешение, ее перезагрузку, выключение и т. д. Напряжение питания на линии передачи 5В ~100 мА. На Рис. 1 показано обозначение контактов разъема PS/2, на Рис. 2 – возможное подключение мышки к своему устройству:

Рис. 1. Обозначение контактов PS/2

Рис. 2. Вариант подключения мышки к своему устройству

Входы, разрешение и масштабирование

Стандартный интерфейс мыши PS/2 поддерживает следующие входы: перемещение по координате X (вправо/влево), перемещение по координате Y (вверх/вниз), левая кнопка, средняя кнопка, правая кнопка. Данный тип мыши является стандартом, но сейчас уже не используется. Мышь периодически читает эти входы, обновляет связанные с ними счетчики и устанавливает флаги, чтобы в дальнейшем отправить хосту текущее состояние кнопок и перемещение. Есть много манипуляторов PS/2, которые имеют дополнительные входы и могут сообщить о данных по-другому, чем описано в этом документе. Одним из популярных расширений является Microsoft Intellimouse, которое включает в себя поддержку стандартных входов, а также колеса прокрутки и двух дополнительных кнопок (это уже современные мышки).

У стандартной мыши есть два 9-разрядных счетчика с флагами переполнения, которые отслеживают перемещение: по координате X и по координате Y. Их содержание, а также состояние трех кнопок мыши отправляется хосту в виде 3-хбайтового пакета данных. Счетчики перемещения определяют смещение мыши относительно ее предыдущей позиции, когда было совершено перемещение или когда пришла команда Resend (0xFE).

Когда мышь читает свои входы, она записывает текущее состояние своих кнопок и постепенно увеличивает/уменьшает счетчики перемещения согласно значению перемещения, которое произошло относительно последнего значения. Если любой из счетчиков переполнится, то будет установлен соответствующий флаг переполнения.

Параметр, который определяет величину увеличения/уменьшения счетчиков перемещения, является разрешением. Разрешение по умолчанию равно четырем значениям на миллиметр, и хост может изменить это значение, используя команду Set Resolution (0xE8).

Существует параметр, который не влияет на счетчики перемещения, но влияет на значения, которые снимаются со счетчиков. Этот параметр называется масштабированием. По умолчанию мышь использует масштабирование 1:1. Однако хост может выбрать масштабирование 2:1, используя команду Set Scaling 2:1 (0xE7). Если будет включено масштабирование 2:1, то мышь применит следующий алгоритм к счетчикам перемещения прежде, чем отправить их содержание хосту (см. Таблицу 1).

Масштабирование 2:1 применяется только к автоматически отсылаемым данным в потоковом режиме. Это не влияет на данные, которые отправляются в ответ на команду Read Data (0xEB).

Пакет данных о перемещениях

Стандартная мышь PS/2 посылает информацию о движении/кнопках хосту, используя следующий 3-хбайтовый пакет (см. Таблицу 2):

Значения перемещения – это два 9-разрядных целых числа, где старший значащий бит, появляется битом “X/Y знак” в 1-м байте из передаваемого пакета данных. Их значение представляет смещение мыши относительно ее предыдущей позиции, определенной текущим разрешением. Диапазон отсылаемых значений лежит в пределах от -255 до +255. Если этот диапазон будет превышен, то установится соответствующий бит переполнения.

Режимы работы

Создание отчетов данных обработано согласно режиму, в котором работает мышь. Есть четыре режима работы:

• сброс (Reset) – начальный режим, в котором мышь выполняет инициализацию и самодиагностику;
• поток (Stream) – рабочий режим по умолчанию, в котором мышь отправляет пакеты данных о перемещениях, когда происходит перемещение или изменяются состояния кнопок;
• удаленный (Remote) – хост должен упорядочить пакеты данных о перемещениях;
• обратный (Wrap) – диагностический режим, в котором мышь отправляет каждый полученный пакет назад к хосту.

Режим сброса (Reset)

Мышь переходит в режим сброса при включении питания или в ответ на команду Reset (0xFF). После ввода этого режима мышь выполняет диагностическую самопроверку и устанавливает следующие значения по умолчанию:

Частота дискретизации =100 значений в секунду
Разрешение =4 значения на 1мм
Масштабирование =1:1
Создание отчетов данных = отключено

После режима самодиагностики мышь отправляет хосту результат проверки – 0xAA (успешно) или 0xFC (ошибка).

Следующим значением после 0xAA или 0xFC мышь отправляет свой ID=0×00. Это значение указывает на то, что это мышь, а не клавиатура или иное устройство. В некоторых описаниях протокола указано, что хост не должен передавать данные, пока тот не получит ID устройства. Однако некоторые BIOS’ы отправляют команду Reset (0xFF) сразу после команды 0xAA, полученной после того, как включенное питание было сброшено.

Как только мышь отправила свой ID устройства хосту, она входит в потоковый режим.

Потоковый режим (Stream)

В потоковом режиме мышь отправляет данные перемещения, когда обнаруживается перемещение или изменение в состоянии одной или более кнопок мыши. Максимальная частота, на которой можно сообщить об этих данных, известна как частота дискретизации. Этот параметр изменяется в пределах от 10 до 200 значений в секунду (по умолчанию – 100 значений в секунду). Хост может изменить это значение, используя команду Set Sample Rate (0xF3).

Отметим, что создание отчетов отключено по умолчанию. Мышь не будет фактически слать пакеты данных о перемещениях, пока она не получит команду Enable Data Reporting (0xF4).

Потоковый режим – рабочий режим по умолчанию или режим, в который можно установить, используя команду Set Stream Mode (0xEA).

Удаленный режим (Remote)

В удаленном режиме мышь читает свои входы и обновляет счетчики/флаги на текущей частоте дискретизации, но не отсылает автоматически пакеты данных, если произошло перемещение. Вместо этого хост опрашивает мышь, используя команду Read Data (0xEB). После получения этой команды мышь отсылает единственный пакет данных о перемещениях и сбрасывает свои счетчики перемещения.

Мышь входит в удаленный режим при получении команды Set Remote Mode (0xF0). Удаленный режим используется редко.

Обратный режим (Wrap)

Это “эхо”-режим, в котором каждый байт, полученный мышью, отсылается назад к хосту. Даже если полученный байт будет соответствовать системной команде, то мышь не станет отвечать на эту команду, а только отправит данный байт назад хосту. Однако есть два исключения: команды Reset (0xFF) и Reset Wrap Mode (0xEC). Мышь обработает их как допустимые команды и не отправит назад хосту.

Обратный режим используется редко.

Расширения Intellimouse

Популярное расширение стандартной мыши PS/2 – Microsoft Intellimouse – включает в себя поддержку в общей сложности пяти кнопок мыши и трех осей перемещения (вправо/влево, вверх/вниз и колесо прокрутки). Эти дополнительные функции требуют использования 4-хбайтового пакета данных перемещения, а не стандартного 3-хбайтового. Так как стандартные драйверы мыши PS/2 не могут распознать этот пакетный формат, Intellimouse обязан работать точно как стандартная мышь PS/2. Таким образом, если Intellimouse будет использоваться на компьютере, который поддерживает только стандартную мышь PS/2, то она (мышка) будет все еще функционировать, за исключением колеса прокрутки и 4-й и 5-й кнопок.

После включения питания или сброса Microsoft Intellimouse работает точно так же, как стандартная мышь PS/2 (то есть использует 3-хбайтовый пакет данных о перемещениях, отвечает на все команды таким же образом, как на стандартную мышь PS/2, и сообщает о ID устройства 0×00).

Чтобы включить колесо прокрутки, хост отправляет следующую последовательность команд:

1. Установить частоту дискретизации =200
2. Установить частоту дискретизации =100
3. Установить частоту дискретизации =80

Хост отправляет команду Get device ID (0xF2) и ожидает ответа. Если это стандартная мышь PS/2 (то есть не IntelliMouse), то она ответит ID устройства 0×00. В этом случае хост распознает факт, что мышь действительно не имеет колеса прокрутки, и будет продолжать обрабатывать ее как стандартную мышь PS/2. Однако если будет подключена Microsoft Intellimouse, то она ответит ID =0×03. Это сообщит хосту, что у присоединенного манипулятора есть колесо прокрутки, и хост перейдет в режим ожидания 4-хбайтового пакета данных о перемещениях (см. Таблицу 3):

“Z-перемещение” – дополнительное значение, которое представляет собой перемещение колеса прокрутки начиная с последнего отчета данных. Допустимые значения находятся в диапазоне от -8 до +7. Это означает, что число фактически представлено как четыре младших, значащих бита; старшие четыре бита – только как расширение знака.

Чтобы включить колесо прокрутки, а также 4-ю и 5-ю кнопки, хост отправляет следующую последовательность команд:

• установить частоту дискретизации =200
• установить частоту дискретизации =200
• установить частоту дискретизации =80

Хост шлет команду Get device ID (0xF2) и ожидает ответа. Microsoft Intellimouse отвечает ID устройства =0×04, затем использует следующий 4-хбайтовый пакет данных перемещения (см. Таблицу 5):

4-я кнопка =1, если нажата 4-я кнопка мыши, и 5-я кнопка =1, если нажата 5-я кнопка мыши. “Z-перемещение” представляет собой значение движения, которое произошло начиная с последнего отчета данных. Действительные значения изменяются в пределах от -8 до +7.

Набор команд

Следующее – набор команд; он является стандартом для мыши с интерфейсом PS/2. Если мышь находится в потоковом режиме, хост должен отключить создание отчетов данных (команда 0xF5) прежде, чем отправить какие-то команды.

• 0xFF (Reset) – мышь отвечает командой (0xFA) и входит в режим сброса.
• 0xFE (Resend) – хост отправляет эту команду всякий раз, когда он получает ошибочные данные от мыши. Мышь отвечает, посылая последний пакет, который она отправила хосту. Если мышь отвечает на команду Resend другим недопустимым пакетом, хост может или дать другую команду Resend, или сформировать команду Error (0xFC) и произвести сброс питания с мыши. Эта команда не буферизована, что означает, что Resend никогда не будет отправляться в ответ на команду Resend.
• 0xF6 (Set Defaults) – мышь отвечает командой (0xFA) и устанавливает следующие значения: частота дискретизации =100, разрешение =4 значения на 1 миллиметр, масштабирование =1:1, создание отчетов данных = отключено. Мышь сбрасывает все свои счетчики перемещения и входит в потоковый режим.
• 0xF5 (Disable Data Reporting) – мышь отвечает командой (0xFA), отключается создание отчетов данных и сбрасываются счетчики перемещения.
• 0xF4 (Enable Data Reporting) – мышь отвечает командой (0xFA), включается режим создания отчетов данных и сбрасываются счетчики перемещения. Эта команда может быть получена в тот момент, когда мышь находится в удаленном режиме, но будет выполнена, только если мышь переключится в потоковый режим.
• 0xF3 (Set Sample Rate) – мышь отвечает командой (0xFA) и ожидает один байт из хоста. Мышь сохраняет этот байт как новую частоту дискретизации. После получения частоты дискретизации мышь снова отвечает командой (0xFA) и сбрасывает свои счетчики перемещения. Допустимые частоты дискретизации – 10, 20, 40, 60, 80, 100 и 200 значений в секунду.
• 0xF2 (Get Device ID) – мышь отвечает командой (0xFA), сопровождая его ID устройства (0×00 для стандартной мыши PS/2). Мышь должна также сбросить свои счетчики перемещения.
• 0xF0 (Set Remote Mode) – мышь отвечает командой (0xFA), сбрасывает свои счетчики перемещения и входит в удаленный режим.
• 0xEE (Set Wrap Mode) – мышь отвечает командой (0xFA), сбрасывает свои счетчики перемещения и входит в эхо-режим.
• 0xEC (Reset Wrap Mode) – мышь отвечает командой (0xFA), сбрасывает свои счетчики перемещения и входит в режим, в котором она была до эхо-режима (в потоковый или удаленный).
• 0xEB (Read Data) – мышь отвечает командой (0xFA) и отправляет пакет данных перемещения. Это единственный способ считать данные в удаленном режиме. После того, как пакет данных был успешно отправлен, мышь сбрасывает свои счетчики перемещения.
• 0xEA (Set Stream Mode) – мышь отвечает командой (0xFA), сбрасывает свои счетчики перемещения и входит в потоковый режим.
• 0xE9 (Status Request) – мышь отвечает командой (0xFA), затем передается следующий 3-хбайтовый пакет состояния (см. Таблицу 6):
  

  Таблица 5. Пакет состояния

  Байт	Бит 7	Бит 6	Бит 5	Бит 4	Бит 3	Бит 2	Бит 1	Бит 0
  1	Всегда 0	Режим	включение	масштабирование	всегда 0	левая кнопка	средняя кнопка	правая кнопка
  2	Разрешение
  3	частота опроса

  Правая, средняя, левая кнопка =1, если соответствующая кнопка нажата; 0, если кнопка не нажата. Масштабирование =1, если масштабирование 2:1; 0, если масштабирование 1:1 (см. команды 0xE7 и 0xE6).

  Включение =1, если включено создание отчетов данных; 0, если создание отчетов данных отключено (см. команды 0xF5 и 0xF4).

  Режим =1, если удаленный режим включен; 0, если включен потоковый режим (см. команды 0xF0 и 0xEA).

• 0xE8 (Set Resolution) – мышь отвечает командой (0xFA), читает один байт из хоста и снова отвечает командой (0xFA), затем сбрасывает свои счетчики перемещения. Побайтовое чтение от хоста определяет разрешение следующим образом (см. Таблицу 7):
  

  Таблица 6. Расшифровка данных, принятых с хоста

  Байт, считанный с хоста	Разрешение
  00	1 значение/мм
  01	2 значения/мм
  02	4 значения/мм
  03	8 значений/мм

• 0xE7 (Set Scaling 2:1) – мышь отвечает командой (0xFA), затем включает масштабирование 2:1.
• 0xE6 (Set Scaling 1:1) – мышь отвечает командой (0xFA), затем включает масштабирование 1:1.

Инициализация

Мышь PS/2 обычно обнаруживается/инициализируется, только когда компьютер загружается. Таким образом, мышь не может использоваться в горячем подключении; в результате приходится перезапускать свой компьютер всякий раз, когда устанавливается/удаляется мышь PS/2.

Начальное обнаружение мыши PS/2 происходит во время включения компьютера. Если мышь будет обнаружена, то BIOS позволит операционной системе конфигурировать/использовать мышь.

Иначе устанавливается запрет на передачу по шине мыши. Если загружать компьютер с присоединенной мышью, отключить мышь и повторно ее включить в то время, когда загружается Windows, ОС в состоянии обнаружить мышь и дать с ней работать.

Рассмотрим передачу данных между компьютером и стандартной мышью PS/2 во время процесса начальной загрузки (Листинг 1).

Теперь рассмотрим обмен данными между компьютером и мышью Intellimouse (при загрузке компьютера).

После установки драйвера IntelliMouse Microsoft с поддержкой 4-х и 5-х кнопок была найдена следующая последовательность:

Заключение

Удалось выяснить принцип работы мышки – протокол обмена с компьютером. Благодаря полученной информации представилась возможность использовать мышь не только по ее прямому назначению, но и для поделок, как я говорил выше. Самый простой пример – это прикрепление мышки под днище самодельного робота, а так как мы знаем протокол обмена, можно, например, сделать дешевый импровизированный GPS-навигатор, и ваш робот будет всегда знать, где он находится, а заодно и шарики мышки будут использоваться как дополнительные колеса. Другой пример. Подключаем мышку к тому же самому роботу и управляем им: двинул мышь вперед – робот поехал вперед, кликнул мышкой – робот выстрелил импровизированной ракетой.

Ресурсы

Статья в Википедии
http://ru.wikipedia.org/wiki/Компьютерная_мышь

Мышь, которая всегда под рукой. Веб-архив журнала “Наука и жизнь”
http://www.nkj.ru/archive/articles/8810

Принцип работы компьютерной мыши
http://www.molodinfo.n-vartovsk.ru/insite/mouse/mouse_tech.htm

The PS2 protocol
http://pcbheaven.com/wikipages/The_PS2_protocol

Подключение PC AT клавиатуры к AVR
http://radioded.ru/content/view/53/49

Описание протокола PS/2 для мыши и клавиатуры
http://marsohod.org/index.php/ourblog/11-blog/57-ps2proto

Adam Chapweske. The PS/2 Mouse/Keyboard Protocol
http://www.computer-engineering.org/ps2protocol

Adam Chapweske. The PS/2 Mouse Interface
http://www.computer-engineering.org/ps2mouse

Статья из шестого выпуска журнала “ПРОграммист”.

Итак, сегодня мы с вами продолжим наш материал по промышленной автоматизации, рассмотрим реализацию алгоритма энкодера на ПЛИС, особенности прошивки модулей Faswell UNIOxx-5 и создадим тестовую утилиту визуализации состояния шифратора приращений.

Продолжение. Начало цикла смотрите в четвертом выпуске журнала…

Сергей Бадло
by raxp http://raxp.radioliga.com

Согласно требований из прошлого материала [1], приведем реализацию алгоритма энкодера на ПЛИС в среде Xilinx Foundation 3.1i [2] (см. рисунки 2…8).

Каждая микросхема FPGA обрабатывает сигналы от двух датчиков. По каждому четвертому сигналу чтения READ и нулевому адресу (битовая последовательность А0…А2) передаются: младшие 8- бит 11-ти разрядной последовательности, содержащей информацию о текущем количес- тве импульсов поступивших с канала А (угловом положении). По первому адресу (А0…А2) переда- ются (с младшего по старший бит DO0…DO7): старшие 3- бита 11-ти разрядной информации о текущем количес- тве импульсов поступивших с канала А, признак отказа канала А (в течении длитель- ности стробирую- щего импульса (одного оборота), признак отказа канала В (в течении длитель ности стробирую- щего импульса (одного оборота)), признак направления вращения (определяется с началом стробирующего импульса по приходу сигналов с канала А и В (в течении одного оборота)), признак отказа канала строба О. По второму и третьему адресу (А0…А2) передаются (с младшего по старший бит DO0…DO7) 16- бит информации о количестве оборотов. По четвертому и пятому адресу (А0…А2) передаются (с младшего по старший бит DO0…DO7) 16- бит информации о количестве ТИ за длительность строба (относительной* скорости).

Рис. 1. Тестируемый пациент

Рис. 2. Общая схема энкодера (дешифратор адреса, формирователь кода схемы, генератор ТИ, 2 канала энкодера, 16 каналов дискретного ввода-вывода)

Рис. 3. Схема одного канала энкодера (антидребезг, задатчик идентификатора схемы, реверсивный счетчик импульсов, узел формирования выходного пакета данных)

Каждая из схем энкодера (алгоритм) осуществляет:

• измерение относительного углового положения датчика (по количеству импульсов поступивших с канала A);
• индикацию в соответствующем бите признака наличия импульсов (исправность A, B, Q);
• подсчет числа оборотов (количества импульсов строба), максимальное ограничено величиной 215, далее осуществляется сброс, и счет начинается заново;
• измерение относительной скорости*, т.е. подсчета количества ТИ, поступивших за длительность строба (погрешность ограничена длительностью ТИ и нестабильностью тактового генератора).

Рис. 4. Модуль задержки на 8 тактов встроенного генератора

Информация о текущей скорости определяется сразу же по истечении импульса строба, т.е. после первого оборота и далее по каждому последующему стробу.

Рис. 5. Схема определения направлени вращения ротора датчика PDF

Рис. 6. Схемы нарезки сигналов A/B

Рис. 7. Схема регулирования (СР) ширины ЗИ

Рис. 8. Внутренняя схема узла адресации СР

Рис. 9. Реализация RS-триггера

Запустим наш проект на компиляцию. После проверки схемы, среда создаст битовый файл прошивки (файлы bitstream фирмы XILINX), который нужно прошить в соответствующую матрицу FPGA. Как это сделать?

Программирование платы UNIOхх-5

Обычно, для загрузки конфигурационной информации в ПЛИС используется JTAG интерфейс [3]. При этом последовательность действий следующая. Откройте приложение «JTAG Programmer» пакета Xilinx Foundation Series 3.1i. В меню «Edit» выберите пункт «Add Device», после чего появиться вспомогательное окно, в котором необходимо отыскать наш файл прошивки и открыть его. В меню «Operations» выберите пункт «Program». В появившемся окне нажмите кнопку «OK». После удачной загрузки, должна появиться фраза «Programming completed successfully». На этом программирование завершено (см. рисунок 10):

Рис. 10. Загрузка прошивки через JTAG

Однако этот способ не лишен недостатков: требуется наличие JTAG программатора практически все время «под рукой».

Второй способ, получивший название ISP (In System Programming), более удобен, так как не требует извлечения микросхемы конфигурационного ПЗУ (или самой ПЛИС) из платы или наличия дополнительного разъема на плате под ПЛИС. Программирование каждой матрицы FPGA1…FPGA4 модуля UNIOxx-5 осуществляется с помощью программ: <isp.exe> (загрузка схемы с записью в EEPROM), <isl.exe> (загрузка схемы без записи в EEPROM). Программы позволяют осуществить загрузку файлов схем *.bit матриц FPGA. Рассмотрим на примере…

Для записи схемы и загрузки в модуль необходимо запустить программу <isp.exe> с указанием Базового Адреса (Hex) модуля и кодов схем матриц FPGA, например (см. рисунок 11):

Рис. 11. Результат

Рис. 11. Окно командной строки. Запуск утилиты ISP

Питание и установка

Модуль с прошивкой энкодера устанавливается в слот (ISA) промышленного компьютера и запитан от напряжения ±5В. При этом требуется обеспечить стабильность питающего напряжения с пульсациями не более 200 мВ. Выходной сигнал – однополярное напряжение (цифровая последовательность) с током нагрузки до 10 мА. Максимальная длина шлейфа, соединяющая выход модуля энкодера (платы UNIOxx-5) к входному разъему до 1.5 м. Проверка прошитой платы UNIOxx-5 производится на рабочем месте следующим образом. Земли шасси, платы UNIOxx-5, осциллографа, генератора импульсов и генератора сигналов высокочастотного должны быть объединены (заземлены) в одной точке проводником минимальной длины сечением не менее 2 мм2 (см. рисунок 12):

Рис. 12. Схема проверки платы UNIOxx-5 с прошивкой энкодера

Плата UNIOxx-5 при выключенном питании шасси вставляется в ISA слот. С помощью соединительного шлейфа присоединяют выход датчиков с соответствующими входами модулей гальванической развязки или модулей связи, сигнал с которых подан на вход платы UNIOxx-5. Далее производится включение промышленного шасси и загрузка обслуживающей прошивки. Осциллографом контролируют наличие напряжения питания (+5 В) на плате модуля UNIOxx-5. С помощью осциллографа производится контроль ТИ с тактового генератора платы. Включив генератор импульсов с заранее выставленными выходными уровнями сигналов, подают импульсы по входу строба для каждой из матрицы модуля (поочередно), контролируя одновременно с помощью программы обслуживания (или осциллографом) наличие признака строба в последовательности (бит DO7 при втором адресе А0…А2).

Кроме того, тестирование прошивки энкодера желательно провести в условиях, приближенных к «реальным». Для этого необходимо, подключить шифратор приращений через наш модуль связи, используя несколько десятков метров кабеля UTP 5-й категории обмотанного вокруг работающего частотного привода под нагрузкой. Для визуализации положения ротора и подсчета количества импульсов с датчика приращений, реализуем на языке С простейшую утилиту приема данных с платы UNIO по шине ISA…

Реализация тестовой утилиты приема данных с энкодера и визуализация

Прежде всего, на основе схемы (алгоритма) энкодера составим таблицу распределения его выходных сигналов (см. таблицу). Для упрощения написания программы можно воспользоваться библиотечными функциями языка С. В качестве примера рассмотрим фрагмент программы, осуществляющей тестовое считывание данных с контроллера и вывод графического отображения положения ротора датчика PDF. В начале программы необходимо определить адрес считывания, согласно таблице (см. листинг 1):

Таблица. Расшифровка выходных сигналов энкодера

код:

Адрес считывания по ISA = BA+BAx+Ar, где BA – базовый адрес платы UNIOxx (выставлен 0x110), BAx – базовый адрес матрицы FPGA:

• для FPGA-1 (BAx=0xA000)
• для FPGA-2 (BAx=0xA400)
• для FPGA-3 (BAx=0xA800)
• для FPGA-4 (BAx=0xAC00)

Рассмотрим подробнее…

Запустим среду Turbo C++ IDE ver.3.0 от Borland и создадим пустой проект. Далее необходимо провести инициализацию графического режима через InitGraph() и зациклить опрос порта INP(). Причем предусмотреть выход из цикла по нажатию определенной комбинации клавиш во время опроса, к примеру, использованием функций Kbhit() и Getch(). В основном цикле необходимо осуществить считывание двухбайтного кода идентификатора схемы, положения ротора, признаков отказа и направления вращения. После чего, произвести отображение выделенных параметров в графическом виде. Оптимальным с точки зрения наблюдения – является имитация положения ротора датчика приращений с выводом дополнительной служебной информации. Реализация подобного подхода представлена в листинге 2:

код:

Запустим проект на компиляцию и выполнение командой <Ctrl>+<F9>. При этом, появится экран с запросом параметров считывания (см.рисунок 13). Задав номер FPGA = 3 и максимальное количество импульсов для подключенного датчика = 2048 (для нашего датчика RV-58N), нажмем <ENTER> и получим экран с визуализацией состояний двух энкодеров (см. рисунок 14-15). На рисунке 14 представлен экран состояния датчиков приращений при удаленном просмотре через сеть TCP/IP, но это уже тема отдельной статьи…

Рис. 13. Экран задания параметров считывания

Рис. 14. Удаленный просмотр датчиков приращений

Рис. 15. Экран визуализации состояний двух датчиков PDF

Заключение

Вот в принципе и все. Наслаждаемся аппаратным декодированием состояния шифратора приращений и визуальным просмотром…

Рассматриваемые в данной статье прошивка энкодера для ПЛИС в пакете XILINX 3.1, исходники и компиляция тестовой утилиты визуализации состояния датчика приращений и загрузчик ISP полностью приведены в виде ресурсов в теме «Журнал клуба программистов. Пятый выпуск» или непосредственно в архиве с журналом [4].

Ресурсы

• С. Бадло. Энкодер датчика PDF на ПЛИС. – ПРОграммист, Клуб ПРОграммистов, 2010, №4, с.40 http://raxp.radioliga.com/cnt/s.php?p=pro4.pdf
• Сайт производителя Xilinx http://www.xilinx.com
• С. Бадло. JTAG.Xilinx программатор. – Радиолюбитель, Минск, 2008, №7, с.38 http://raxp.radioliga.com/cnt/s.php?p=jtag.pdf
• Модули и проекты, использованные в статье http://raxp.radioliga.com/cnt/s.php?p=pro5.pdf

Статья из пятого выпуска журнала «ПРОграммист».
Скачать этот номер можно по ссылке.
Ознакомиться со всеми номерами журнала.

При разработке микроконтроллерных устройств с внешней памятью типа AT45DBxx приходится сталкиваться с ситуацией, когда блоки данных (файлы) записываются редко, обычно при обновлении ПО устройства, а иногда вообще только один раз — при изготовлении устройства. В таких случаях нет необходимости в использовании файловой системы дискового типа, таких как FAT…

Вячеслав Мовила
http://movilavn.narod.ru

Проще и эффективнее использовать файловую систему последовательного доступа, наподобие ленточной. При этом файлы вместо названия имеют только индексы – последовательный номер файла на устройстве. Данные файла при записи записываются в конец свободного адресного пространства устройства, в этом случае при закрытии файла ему назначается уникальный номер (индекс). Доступ к файлу при чтении происходит по его индексу. На устройстве может находится не более 62 записанных файлов. Рассматриваемая библиотека организует такую файловую систему для микросхемы AT45DB161, порт CodeVision. Листинги библиотеки подробно прокомментированы [1…3]. Так, что при желании не потребуется больших усилий для портирования на другой компилятор и для внесения изменений с целью применения для другого типа микросхем серии AT45DBxx.

Краткое описание AT45DB161

AT45DB161 (см. рис.1) — является Flash памятью с последовательным интерфейсом, и идеально подходит для широкого спектра цифровых голосовых приложений, приложений визуализации, и приложений хранения программного кода и данных. 17 301 504 бит памяти данной ИС организованы в 4096 страниц по 528 байт каждая. Кроме памяти общего назначения ИС, также, имеет два SRAM буфера данных по 528 байт. Буферы обеспечивают возможность приема данных в режиме перепрограммирования страницы основной памяти, или считывание, или запись непрерывных потоков данных. Режим эмуляции EEPROM (с побитным или побайтным изменением) прост в применении, благодаря встроенной, трехступенчатой системе команд Read — Modify — Write. В отличие от стандартных типов Flash памяти, обращение к которым, происходит произвольным образом в режиме многочисленных адресных строк и при помощи параллельного интерфейса, память типа DataFlash использует последовательный интерфейс для обращения к своим данным в режиме последовательного доступа. ИС поддерживает SPI — режимы типа 0 и 3. Простой последовательный интерфейс облегчает разводку платы, увеличивает отказоустойчивость системы, минимизирует коммутационные шумы, а также, уменьшает размер корпуса и число необходимых активных выводов. ИС оптимизирована для использования в широком круге коммерческих и индустриальных приложений, для которых существенную роль играют высокая плотность размещения, малое число выводов, низкое напряжение питания, и низкое энергопотребление. ИС функционирует с тактовыми частотами, вплоть до 20 МГц при типовом потребляемом токе в режиме активного чтения 4 мА.

Рис. 1. Распиновка ИМС

Предпосылки выбора

Для обеспечения удобства внутрисистемного перепрограммирования, ИС AT45DB161 не требует высоких входных напряжений в режиме программирования. ИС питается от однополярного источника с напряжением от 2.5 В до 3.6 В, или от 2.7 В до 3.6 В, как в режиме программирования, так и в режиме чтения. Выборка ИС AT45DB161 производится по входу CS (активный низкий), а доступ к ИС обеспечивается посредством 3-х проводного последовательного интерфейса, состоящего из сигнала последовательного входа SI, последовательного выхода SO и последовательного тактового сигнала SCK (см. таблицу):

Таблица. Расшифровка сигналов ИМС

Все циклы программирования имеют встроенный контроль временных характеристик, а для проведения программирования предварительный цикл стирания не требуется. При поставке ИС от Atmel, старшая значащая страница массива памяти может не быть чистой. Другими словами, содержимое последней страницы может быть заполнено содержимым, отличным от FFH.

Отличительные особенности

• Однополярное напряжение питания от 2.5 В до 3.6 В, или от 2.7 В до 3.6 В
• Совместимость с последовательным периферийным интерфейсом типа SPI
• Максимальная тактовая частота 20 МГц
• Постраничный режим программирования:
• Одиночный цикл перепрограммирования (стирание плюс программирование)
• 4096 страниц основной памяти (528 байт на страницу)
• Поддержка страничного и блочного режимов стирания
• Два 528-ми байтных буфера данных SRAM, обеспечивающих прием данных в режиме перепрограммирования энергонезависимой памяти
• Поддержка режима непрерывного считывания полного массива данных
• Идеально для приложений теневого дублирования кода
• Низкое энергопотребление:
  4 мА — типичный ток в режиме активного чтения
  2 мкА — типичный потребляемый ток в режиме ожидания
• Аппаратная функция защиты данных
• Входы сигналов SI, SCK, CS (активный низкий), RESET (активный низкий) и WP (активный низкий) устойчивы к логическим уровням 5 В
• Коммерческий и индустриальный диапазоны температур

Схема подключения

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная тестового модуля считывания данных

Несмотря на то, что напряжение питания микросхемы AT45DB161 указано от 2.7 до 3.6 В, микросхема нормально работает при напряжении 5 В. В реальном проекте – используется питание 3 В. Поэтому подключил AT45DB161 на свою макетницу с микроконтроллером ATMega162 с 5-ти вольтовым питанием. Все тесты прошли исключительно хорошо: от самых простых до более сложных – воспроизведение звука с использованием ШИМ- модуляции. Микросхема AT45DB161 использовалась в корпусе SOIC, в котором отсутствует отдельный вывод BYSE, что видно на схеме принципиальной (см. рисунок 2) и было учтено при написании библиотеки.

Структура файловой системы

Первая страница (528 байт) отводится для хранения системной информации о файловой структуре устройства.

Первые 11 байт — это строка *AT45DB161#. Строка является идентификационной записью, которая показывает, что устройство отформатировано и готово к работе. В 12-ом байте содержится число, показывающее количество файлов на устройстве.

Далее идут 8-ми байтовые структуры, выполняющие функцию описателей файлов:

• в первых 2-х байтах адрес 1-ой страницы файла
• следующие 2 байта содержат количество страниц в файле
• последние 4 байта структуры — размер файла в байтах

Функции библиотеки

1. Инициализация файловой системы AT45DB161. unsigned char InitialFlash();
Возвращает значения:
0 — инициализировано.
1 — устройство отсутствует в системе.
2 — устройство не форматировано.

* Комментарий автора.
Внимание! При 6 В быстро выгорает, по крайней мере так было у меня.

2. Форматирование файловой системы AT45DB161 void FormatFlash();

3. Закрыть файл void CloseFile();
4. Открыть файл unsigned char OpenFile(char mode, unsigned char nfile);

Параметр mode:
r — Открыть файл в режиме чтения.
w — Открыть файл в режиме записи.

Параметр nfile:
В режиме чтения указывает индекс (номер) файла. В режиме записи не имеет значения, следует указать 0.

Возвращает значения:
0 — ошибка при открытии файла.
N(1…62) — индекс успешно открытого файла..

После успешного открытия файла будут доступны глобальные переменные статуса файла:

код:

5. Считать из файла count байт в буфер dest unsigned int ReadFile(char * dest, unsigned int count);

dest — Указатель на буфер чтения.
count — Количество байт для считывания.

Возвращает значения:
N — количество считанных байт.

6. Записать в файл count байт из буфера source. unsigned int WriteFile(char * source, unsigned int count);
source — Указатель на буфер записи.
count — Количество байт для записи.

7. Читать файл побайтно unsigned char ReadByte(unsigned char * flag);

flag — Указатель на переменную типа unsigned char. При чтении первого байта должен из вызывающей функции установлен в 0. При успешном чтении байта внутри функции ReadByte устанавливается в 1. При ошибке чтения или достижении конца файла внутри функции ReadByte устанавливается в 2.

Несмотря на то, что функция выглядит несколько неуклюже, она очень удобна при побайтном считывании по прерыванию.

Применение библиотеки

Для того, чтобы использовать библиотеку в проект ПО следует включить файлы: <at45db161.c> и <at45db161.h>. В файле <at45db161.h> следует скорректировать 2 настройки:

Первая:
код:

В строке 7 указать бит порта вывода который Вы будете использовать в качестве сигнала CS микросхемы AT45DB161:

Вторая:

Переопределить настройки интерфейса SPI в строке 38:

код:

Простой пример применения библиотеки:

код:

Заключение

Как видите, использование библиотеки последовательного доступа значительно упрощает разработку целого ряда устройств с голосовым сопровождением на основе Flash- памяти.

** Важное замечание.
При считывании последнего блока данных из файла в буфер заносится действительное оставшееся количество байтов, а их количество указывается в возвращаемом функцией значении.

*** Комментарий автора.
Программа, которая умеет открывать файлы мультимедиа типа WAV, идентифицировать их, на соответствии требованиям закачки (частота дискретизации, количество каналов и т.д.) и пересылать их в микроконтроллерную систему.

Рассматриваемые в данной статье исходники библиотеки файловой системы последовательного доступа полностью приведены в виде ресурсов в теме «Журнал клуба программистов. Пятый выпуск» или непосредственно в архиве с журналом.

Ресурсы

• Ссылка на скачивание библиотеки LIB_AT45
  http://movilavn.narod.ru/LIB_AT45.rar
• Проект для микроконтроллера ATMega162 — загрузка файлов в AT45DB161
  http://movilavn.narod.ru/AT45LOAD.rar
• Проект для ПК (Builder C++ 6). LoadAT45DB***
  http://movilavn.narod.ru/LoadAT45DB.rar
• Модули и проекты, использованные в статье
  http://programmersclub.ru/pro/pro5.pdf

Статья из пятого выпуска журнала «ПРОграммист».
Скачать этот номер можно по ссылке.
Ознакомиться со всеми номерами журнала.

Здравствуйте. В этой статье я хочу рассмотреть создание движка динамического освещения с помощью графической библиотеки OpenGL. Писаться движок будет на Delphi, но это не мешает переписать его на любой другой язык, так как главное, рассматриваемое в статье, это алгоритмы…

Вадим Буренков
vadim_burenkov@mail.ru

Чтобы не тратить время на инициализацию OpenGL и избежать других проблем (например, с настройкой таймеров и рендера в текстуру) я буду использовать движок ZenGL [1]. Впрочем, от него нам многого не понадобится. Итак, приступим…

Инициализация OpenGL в ZenGL

Первым делом качаем ZenGL и создаем в нем простейшее приложение (вы можете найти его в папке LightEngine ресурсов статьи, там же вы найдете ZenGL):

код:

При инициализации мы указываем процедуры в которых будут производится различные действия (инициализация/обработка/очищение) а также параметры окна.

В инициализации загружается текстура и настраивается тайлинг (количество и размер настроен так, чтобы текстура закрывала весь экран). В обработке обновляются состояния мыши и клавиатуры, а также стоит проверка на нажатие ESC. Процедура очищения пока пуста, так как ресурсы движка очищаются самостоятельно.

Другие непонятные процедуры можно посмотреть в справке, которая находится в папке doc движка. Чтобы при компиляции не возникло проблем необходимо указать расположение модулей движка в Project->Options- >Directories/Conditionals->SearchPath, а именно папки zengl/src и zengl/src/PasZLib (см. рис.1). Можно скомпилировать проект, увидеть вы должны следующее (см. рис.2).

Рис. 1. Пути

Рис. 2. Тайлинг

Немного теории

Теперь перейдем к теории вопроса. В движке мы должны реализовать два типа – источники света и объекты, которые отбрасывают тени (см. рис.3):

Рис. 3. Тень от объекта

Источник света обладает параметрами:

• положение
• радиус
• цвет
• интенсивность

Все объекты являются невыпуклыми многоугольниками. Они имеют:

• локальные координаты вершин
• мировые координаты вершин
• количество вершин
• положение
• угол поворота

Локальные координаты нужны, так как через положение и угол поворота объекта его можно разворачивать.

Для хранения данных об освещенности нам понадобятся два буфера размером в экран. Первый – альфа буфер. В него выводится круглый источник света (см. рис.4):

Рис. 4. Источник света

После этого альфа буфер рисуется во второй буфер – буфер аккумуляции. При этом используется аддитивный режим блендинга, то есть цвета смешиваются. В буфере мы получаем такую картинку (см. рис.5):

Рис. 5. Смешивание источников света

В нем светлые участки – там где свет, а темные – там где тьма. А теперь мы выводим буфер аккамуляции на экран с блендингом MULT. Получается так, что чем светлее цвет, тем он прозрачнее (см. рис.6):

Рис. 6. Рисование с блендингом MULT

Как же делаются тени от объектов? При выводе источника света в альфа буфер на него рисуется форма тени черным цветом. Получается что от круга света «отрезают» кусок (см. рис.7):

Рис. 7. Форма тени на свете

С помощью такого алгоритма получаются тени любой сложности, причем их количество, как и источников света с объектами неограниченно (см.рис.8).

Да будет свет!

Под следующий код сделаем модуль, который и будет отвечать за тени. Назовем его ZGLShadows.

Рис. 8. Сцена с большим количеством теней

Напишем тип света:

код:

Все данные будут храниться в “prev-next” (двухсвязных) списках (см. рис.9):

Рис. 9. Списки

Каждый элемент является звеном цепи и имеет указатели на предыдущее и следующее звено. Нам же нужно иметь первый элемент и длину цепи для управления списком:

код:

Более подробно о такой системе хранения данных можно почитать в Интернете. Как мы видим, у нас появились новые типы данных:

код:

Данный тип нужен для хранения цвета в формате rgb, так как его использует OpenGL. ZenGL использует integer для хранения цветов (например $FFFFFF соответствует 1,1,1 в RGB), поэтому нам может понадобится процедура для перевода цвета в RGB:

код:

Все координаты будут храниться в типе:

код:

Подробнее о нем будет написано позже, пока нам понадобится только формирование вектора по x и y:

код:

Перейдем к процедурам управления источниками света:

код:

Функция создает источник света в памяти и возвращает указатель на него. Большую часть кода занимает работа со списками.

В следующей процедуре происходит рисование круга света как на рисунке 4. Он рисуется через GL_TRIANGLE_FAN. Первая точка в центре имеет цвет и интенсивность света, далее идут точки по радиусу окружности с нулевым цветом, благодаря чему мы имеем плавный переход цвета:

код:

Количество треугольников, из которого рисуется круг, задается константой:

код:

Следующая процедура рассчитывает и рисует тень для объектов, но о ней я напишу позже:

код:

Далее напишем процедуру, которая освобождает память, занятую источником света:

код:

Следующая процедура вспомогательная, она обрабатывает каждый источник света передаваемой в нее процедурой:

код:

le_proc – тип процедуры:

код:

Например, данная строчка нарисует все источники света:

код:

Хочу заметить, что при попытке передать в le_EachLightSource процедуру очищения возникнет ошибка, связанная с памятью, поэтому для очищения всех источников света напишем отдельную процедуру:

код:

Заставим это работать

С типом света мы управились, теперь надо заставить его работать. Объявим следующие переменные:

код:

В этой процедуре инициализируются буферы для рендеринга. К проекту нужно также подключить модули:

• zgl_textures – создание текстуры-буфера
• zgl_render_target – управление рендерингом
• zgl_primitives_2d – очищение рендер target. Хотя можно было бы просто рисовать QUAD на OpenGL.
• zgl_fx – процедуры управления блендингом
• zgl_sprite_2d – рисование текстур

Напишем процедуру инициализации буферов:

код:

le_DarkColor – переменная, которая отвечает за освещенность. К ее смыслу и принципу работы я еще вернусь. Обобщающая процедура полной обработки света:

код:

И завершающая процедура – вывод буфера с использованием MULT блендинга:

код:

Хочу заметить, что очищение le_AccBuffer проводится цветом le_DarkColor. Следовательно, чем светлее этот цвет тем прозрачнее тени (см. рис.10). На изображении видно, что справа фон просвечивается даже там, где света нет, так как le_DarkColor не черный, а серый ($1f1f1f).

Рис. 10. Различный DarkColor

Все, система света написана. Правда, пока без теней от объектов. Теперь проверим ее в действии.
Добавим переменную под управляемый свет:

код:

Создадим его, и еще 4 света в Init:

код:

Теперь в Draw напишем рисование теней:

код:

В Update привяжем UserLight к мышке, сделаем изменение размера при нажатии на кнопки мыши и цвета при нажатии на колесико:

код:

И наконец, в Quit очищаем источники света:

код:

Запускаем, любуемся результатом (см. рис.11).

Рис. 11. Результат

Заключение

В следующей части статьи я рассмотрю создание теней от объектов, а также оптимизирую код, чтобы добиться большей производительности. Весь исходный код проекта приложен к журналу «ПРОграммист. Пятый выпуск».

Продолжение следует…

Ресурсы

• Страница разработчика ZenGL http://andrukun.inf.ua/zengl.html
• Михалкович С.С. Основы программирования.

Второй семестр 08-09, 2 часть

Общаясь с друзьями и знакомыми, работающими в области ИТ, не раз приходилось слышать заявление, что Wi-Fi подходит только для сетей масштаба квартиры или небольшого офиса. В качестве аргументов приводились малая дальность, зависимость от погодных условий, ненадежность оборудования. Примерно такое же мнение бытует о том, что для провайдерских сетей не подходит платформа Windows. Аргументы: высокая ресурсоемкость, ненадежность и вообще неспособность работать в качестве системы биллинга.

Александр
by WildHunter http://airnet.sytes.net

А так ли это? Этот вопрос нас всерьез заинтересовал и подтолкнул к попытке создания беспроводной сети как раз на базе Wi-Fi и Windows. Оговорюсь, что некоторый опыт создания беспроводных сетей у нас уже был, правда, немного другого назначения – корпоративных.

Начали мы естественно с постановки самим себе техзадания:

1. Сетевая технология WiFi IEEE 802.11b/g, возможно в будущем 802.11a и 802.11n википедия
2. Серверы на базе Windows Server. В качестве основной ОС был выбран Windows Server 2003, как достаточно надежная и неприхотливая система, при этом обеспечивающая нужный функционал википедия
3. Максимальная простота развертывания, эксплуатации и администрирования сети.
4. Минимальные затраты, поскольку проект некоммерческий и финансирования со стороны не будет, придется обходиться собственными силами и средствами.
5. Надежность, производительность и пропускная способность, достаточные для обслуживания городского микрорайона.

Выбор оборудования

Основательно изучив рынок предложений недорогого Wi-Fi оборудования, мы остановили свой выбор на нескольких моделях точек доступа (ТД) от D-Link: DWL-2100AP, DAP-1150 и DAP-1160 http://www.d-link.ru. Основными причинами выбора именно этих точек стали их приемлемая цена, накопленный в России и на Украине большой опыт их эксплуатации, а также наличие большого количества альтернативных прошивок, как от различных производителей оборудования, так и open-source.

Для тестирования было закуплено несколько экземпляров указанных выше точек доступа, а также различных антенн к ним. Началось тестирование в различных режимах, на разных расстояниях, с различными антеннами и прошивками. От «родных» прошивок мы отказались практически сразу, поскольку они рассчитаны как раз на применение в домашних или условиях небольшого офиса, не позволяют менять многие важные параметры (ACK timeout, мощность передатчика, чувствительность приемника и т.д.), а также практически не обеспечивают возможности мониторинга беспроводных соединений.

Точки DWL-2100AP оказались хороши для построения мостов на большие расстояния (до 50 км), но капризными в эксплуатации и несовместимыми со многими другими моделями Wi-Fi устройств. Также у них обнаружилась неприятная проблема: довольно часто при большой нагрузке «слетали» прошивки, а их восстановление оказалось довольно непростой процедурой. В итоге DWL-2100AP была признана нами годной к применению только для организации мостов. Хотя вполне возможно, что нам просто достались неудачные экземпляры.

DAP-1150 – очень простое и надежное устройство, тем не менее отвечающее всем основным критериям хотспота. А с немного доработанной прошивкой от Conceptronic http://www.conceptronic.net эта точка стала практически полностью соответствовать нашим требованиям.

Рис. 1. Точка доступа DAP-1150

Основные характеристики DAP-1150 с прошивкой Conceptronic:

• Стандарты: 802.11b/g, 802.3/802.3u 10Base- T/100Base-TX Ethernet, ANSI/IEEE 802.3 NWay auto-negotiation.
• Интерфейсы: 802.11b/g беспроводная LAN, 1 порт 10/100Base-TX Ethernet LAN
• Диапазон частот: 2.4 – 2.4835 ГГц
• Количество каналов: 13 (ETSI)
• Схемы модуляции:
  802.11b: DQPSK, DBPSK, DSSS, CCK
  802.11g: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, OFDM
• Режимы работы: Station – Ad Hoc, Station – Infrastructure, AP, AP Bridge – Point to Point, AP Bridge – Point to MultiPoint, AP Bridge – WDS, Universal Repeater.
• Скорость передачи данных:
  802.11g: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с
  802.11b: 1, 2, 5.5, 11 Мбит/с
• Чувствительность приемника: до -100dBm
• Выходная мощность передатчика: 20dBm
• Безопасность: WEP, WPA/WPA2, фильтрация МАС-адресов, SSID broadcast disable.
• Дополнительные возможности: IAPP, встроенный Radius-сервер.

DAP-1160 с прошивкой AProuter http://aprouter.com.br превратилась в довольно серьезное устройство с широким функционалом, включающим в себя массу полезных возможностей, от контроля качества WDS- соединений википедия до многофункционального шейпера википедия.

Рис. 2. Точка доступа DAP-1160

Основные характеристики DAP-1160 с прошивкой AProuter:

• Стандарты: 802.11b/g, 802.3/802.3u 10Base- T/100Base-TX Ethernet, ANSI/IEEE 802.3 NWay auto-negotiation.
• Интерфейсы: 802.11b/g беспроводная LAN, 2 порта 10/100Base-TX Ethernet LAN
• Диапазон частот: 2.4 – 2.4835 ГГц
• Количество каналов: 13 (ETSI)
• Схемы модуляции:
  802.11b: DQPSK, DBPSK, DSSS, CCK
  802.11g: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, OFDM
• Режимы работы роутера: WISP Client, Bridge, Gateway, Router (WAN Ethernet), Router (WAN Wireless).
• Режимы работы Wireless: Wireless Client, AP, WDS+AP, WDS-Bridge.
• Скорость передачи данных:
  802.11g: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с
  802.11b: 1, 2, 5.5, 11 Мбит/с
• Чувствительность приемника: до -100dBm
• Выходная мощность передатчика: 20dBm
• Безопасность: WEP, WPA/WPA2, фильтрация МАС-адресов, SSID broadcast disable.
• Дополнительные возможности: IP Aliases, IAPP, Block Relay, Firewall, Traffic Control (шейпер), DDNS, Watchdog.

Антенны ANT24-0700C производства D-Link были выбраны по наилучшему показателю цена/качество в своем классе и из-за небольших размеров:

Рис. 3. Антенна ANT24-0700C

Основные характеристики ANT24-0700C:

• Диапазон частот: 2,4-2,5ГГц
• Сопротивление: 50 Ом
• VSWR: 1.92 (макс.)
• Максимальное усиление: 7dBi
• Допустимая мощность: 1 Вт
• Диаграмма направленности в вертикальной плоскости (Вектор Е): 24 градуса.
• Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости (Вектор Н): 360 градусов.
• Разъем: Reverse SMA «мама» (встроенный в антенну), переходник с RP-SMA на RP-TNC (внешний).
• Материал корпуса: ABS, ABS+PC
• Рабочая температура: От -20 до 65 градусов.

Построение сети

После завершения тестирования мы приступили к созданию собственно сети. В качестве базовой была выбрана классическая топология «звезда», центральной точкой которой стала DAP-1160 в режиме Bridge WDS, а «лучами» DAP-1150 в режиме WDS + AP. Использование технологии WDS позволяет получить на каждой точке доступа скорость передачи данных на уровне 1.2-1.4 Мбайт/с, максимальная скорость у клиентов составляет порядка 550-600 кБайт/с. Реальная скорость передачи данных зависит от типа клиентского оборудования и качества беспроводного соединения клиент-ТД, а также от количества клиентов и общей загрузки сети.

Рис. 4. Общая схема сегмента сети

Покрытие каждой ТД составляет (в радиусе, значения указаны при наличии прямой видимости или незначительных препятствий, например деревьев):

• Мобильные устройства (смартфоны, КПК, PSP и т.п.) – до 200м
• Ноутбуки, нетбуки, USB-устройства со встроенными антеннами – до 300м
• Ноутбуки, USB-устройства с внешними (или внутренними дипольными) антеннами – до 1500м
• ТД в режиме клиента с направленными антеннами – до 10км

Установка точек доступа

Естественно, что мы старались устанавливать ТД как можно выше, но не всегда это удается. Кроме того, при установке ТД на самую высокую мачту в округе, есть риск получить прямое попадание в нее молнии, от которого не спасет никакая грозозащита. Поэтому второй фактор, который мы старались учитывать – наличие поблизости громоотводов или более высоких мачт.

Все наши хотспоты стоят на мачтах высотой 4-6 метров, которые расположены на крышах зданий высотой в 5-6 этажей. Рядом есть небольшой массив из 9-этажных зданий, но нам не удалось договориться с местным ОСМД*.

Питание на точки подается по витой паре, обычно из квартир наших клиентов (чтобы избежать бюрократии с ЖЕКами и ОСМД), по этому же кабелю клиенты входят в сеть. Взаимовыгодное сотрудничество: мы получаем место для установки и запитки точки, а клиенты получают VIP-доступ к сети

* Комментарий автора. Объединение совладельцев многоквартирного дома (ОСМД). Юридическое лицо, созданное владельцами для содействия использованию их собственного имущества и управления, содержания и использования неделимого и общего имущества.

Качество

На следующем скриншоте показаны характеристики соединения с ТД на расстоянии ~1000 метров при прямой видимости (см. рисунок 5):

Рис. 5. Качественные характеристики соединения в Atheros Client Utility

ТД: DAP-1150, мощность 20dBm, антенна штыревая 7dBi. Клиент: ноутбук Asus X51RL, WiFi-плата Atheros AR2425, антенна встроенная дипольная 4dBi.

Линк стабильный, текущая скорость линка «гуляет» в пределах 18-36 Мбит/с, это нормально. Скорость загрузки файла с сервера сети держится в пределах 400-500 Кбайт/с. Может показаться, что при средней скорости линка в 24 мегабита это немного, но нужно учитывать особенности технологии Wi-Fi, в которой мегабиты совсем другие, чем в кабельных сетях. Кроме того, режим WDS также вносит свои коррективы, и не в большую сторону. Если вы ожидаете от Wi-Fi волоконно-оптических скоростей, то вам действительно лучше посмотреть в сторону оптики. А Wi-Fi это простая, недорогая, удобная и достаточно качественная связь для всех.

Как это ни странно, но на качество связи почти не влияют погодные условия. Если линк стабилен в хорошую погоду, то он таким и останется в дождь, снег или туман. Возможно, немного снизится скорость, но связь будет. Наш опыт практической эксплуатации показывает следующие результаты: в дождь (даже сильный) или снег уровень сигнала между ТД снижается в среднем всего на 1-4 dBm, туман никакого заметного влияния вообще не оказывает. Замечу, что все точки стоят на примерно одинаковом расстоянии от центральной, которое составляет 800-1200 метров. Для Wi-Fi при прямой видимости это расстояние несерьезное. Так что мнение о влиянии погоды на Wi-Fi сильно преувеличено. Влияние погодных условий становится заметным только на больших расстояниях, от 5 км и более. А вот что действительно отрицательно влияет**: преграды, помехи в эфире, избыточная мощность радиоустройств. Данные факторы обсуждались и не раз, например на http://www.lan23.ru, поэтому подробно мы их здесь рассматривать не будем.

** Комментарий автора. В последнее время технология Wi-Fi в наших краях сделала явный рывок, но непонятно, вперед, назад или «налево». В эфире полный бардак, огромное количество различных устройств, большинство из которых настроены как попало или вообще не настроены. Все это снижает качество связи, а если так и будет продолжаться дальше – связь вообще станет невозможной… Вот какая картина открывается с некоторых наших хотспотов:

Каждая ТД нормально выдерживает до 20 одновременно работающих клиентов, если нет «тяжелого» трафика, в первую очередь P2P. Если есть, то даже один клиент в состоянии через минуту сделать для всех остальных вход в сеть недоступным, а минуты через 3-5 отправить точку на перезагрузку. ТД почти не критичны к скорости или общему объему трафика, но очень критичны к количеству подключений. Это не значит, что использовать «тяжелый» трафик невозможно. Вполне возможно, если предпринять определенные меры для защиты сети от перегрузок. К таким методам защиты, например, относятся ограничение количества подключений на хост, работа по VPN, а также использование адаптивных шейперов и QoS. Но об этом поговорим в другой раз, так как это более относится к серверным технологиям, а не к Wi- Fi.

Несколько слов о клиентских устройствах

Сейчас на рынке представлена масса самых разнообразных устройств 802.11b/g/n. Из них довольно трудно, но возможно выбрать оптимальный*** вариант. Некоторые устройства, например USB-брелки со встроенной антенной, рассчитаны на работу только внутри помещения и обладают очень ограниченным радиусом действия. Даже одна стена или дерево под окном, для них уже неодолимая преграда.

Другой класс – это устройства с внешними антеннами. Даже со штатными антеннами они показывают неплохую дальность при прямой видимости, а при установке хорошей антенны вполне могут работать на расстояниях, измеряемых километрами. Поэтому при выборе Wi-Fi устройства стоит обратить внимание не только на дизайн, размеры и цену, но в первую очередь – на технические характеристики.

При покупке ноутбука, КПК или любого другого устройства, оснащенного встроенным Wi-Fi, также обязательно интересуйтесь характеристиками Wi- Fi платы, типом и характеристиками встроенной антенны. Зачастую, встроенные платы подходят только для связи внутри комнаты или на расстояниях до 100 метров на открытой местности. Хотя есть и большое количество устройств, оснащенных качественным Wi-Fi и вполне способных поддерживать связь на приличных расстояниях.

Основные характеристики Wi-Fi устройств

1. Стандарты, поддерживаемые устройством. От этого зависит универсальность и максимальная скорость передачи данных. В настоящее время в Европе поддерживаются следующие стандарты:
   • 802.11b (максимальная скорость 11 Мбит/с)
   • 802.11g (максимальная скорость 54 Мбит/с)
   • 802.11n (максимальная скорость 150/300 Мбит/с)
2. Мощность передатчика и чувствительность приемника. Не стоит чрезмерно увлекаться мощностью, слишком мощный сигнал в городских условиях скорее вреден, так как вызывает многократные отражения и наложения, а также создает массу помех. Да и для здоровья он не очень полезен. На наш взгляд оптимальные значения составляют до 100 мВт (20 dBm) мощности и -95 dBm чувствительности.
3. Возможность подключения внешней антенны и характеристики штатной. «Главная часть любого радиоустройства – антенна», это вам скажет любой специалист по любому виду радиосвязи. К Wi-Fi это тоже относится в полной мере. Для нормальной работы (приличной дальности и скорости) любого Wi-Fi-устройства необходима антенна с коэффициентом усиления не менее 4dBi.
4. Функционал устройства. К этому относится все, что устройство умеет делать и насколько удобно его использовать. По этому критерию выбор огромный, от самых простых до сложнейших устройств, которые «умнее» вашего компьютера. Главное – достаточно четко представлять, чего вы хотите и сколько вы согласны за это заплатить.

*** Комментарий редакции. Многие задаются вопросом: «Как увеличить дальность связи?». Перво-наперво, при выборе WLAN-аппарата, обратите внимание на то, чтобы выходная мощность была как можно ближе к разрешенной 20 dB. Следующим решающим фактором является чувствительность. У лучших современых аппаратов она находится на уровне -97 dB. Чем выше чувствительность к слабым сигналам, тем выше дальность. Но это палка о двух концах, так как мы не учитываем при этом помеховую обстановку вокруг.

Как влияют эти величины на дальность связи? К примеру, аппарат с мощностью в 20 dB сможет обеспечить в два раза большую дальность приема по сравнению с 14 dB, т.е. разница в 6 dB дает двойной выигрыш. Если к этому прибавить, что аппарат с чувствительностью -97 dB, позволяет получить выигрыш в 4 раза по сравнению с аппаратом, у которого чувствительность равна -76 dB, то общий выигрыш будет 8-ми кратным.

Заключение

Это основные характеристики, но существует еще масса различных тонкостей, специфических моментов и технических особенностей. Рассказать здесь обо всех нереально, поэтому выбор оборудования – совсем непростое дело, в котором не помешает консультация специалиста. Если вы, конечно, сами не являетесь таковым

Продолжение следует…

Ресурсы

• Сетевая аутентификация на практике http://www.citforum.ru/nets/articles/authentication
• Крупнейший и самый активный сайт рунета по Wi-Fi http://www.lan23.ru/index.html
• Антенны, много антен… хороших и разных http://radiowolna.narod.ru

Статья из пятого выпуска журнала “ПРОграммист”.
Скачать этот номер можно по ссылке.
Ознакомиться со всеми номерами журнала.

ее стоит прочесть хотя бы для того, чтобы понять основные принципы «юзабилити» и того, как не стоит делать интерфейс. Кто-то скажет, – но она же только для тех, кто создает веб-сайты, Отвечу, – а кто сказал, что создание интерфейса программы сильно отличается от создания интерфейса веб-сайтов? Я бы сказал иначе, создание веб-сайтов выросло из принципов создания программ, именно поэтому внешний вид может быть разным, но подходы, принципы, правила одни и те же. Но, как ни странно, думать надо в любом случае и при создании сайта, и при создании программы. Хорошо думать, когда есть знания. Замечательно думать, когда знания перешли в умения. Надеюсь, уважаемый читатель, ты меня понял.

2. Джеф Раскин. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем

считаю весьма полезными для разработчиков, желающих стать профессионалами. Я бы не сказал, что по году создания и издания книга нова. В найденной мною версии она датируется 1996 годом, но только что это меняет? В книге весьма интересно разложены по полочкам элементы интерфейса их плюсы и минусы, и порой высказывается совершенно иной взгляд на привычные, казалось бы, вещи: отказ от GUI, отказ от использования мыши, отказ от разбиения задач по приложениям. В определенном смысле программы интернет-браузеры реализуют эту идею, когда в одном окне выполняется все – звук, графика, редактирование, просмотр видео и прочие действия.

3. Иоханнес Иттен. Искусство цвета

книга тоже не новая, но привожу я ее из тех соображений, что дизайнеру, просто глупо ничего не знать о свете и цвете и не уметь применять эти знания на практике. Да и просто это повод открыть интернет и поискать любую литературу на тему рисования, цвета, способов изображать предметы. Скажу вам – очень интересная тема. Исследуйте на досуге, а я как-нибудь позднее чего-нибудь вам об этом расскажу. Искусство художника оказывается полезным для дизайнера – это основа его творчества.

4. В.В. Головач. Дизайн пользовательского интерфейса

Скажу сразу, она попалась мне на глаза гораздо позже других книг и понравилась намного больше тем, что в ней нет строгой теории, а сразу идет разбор конкретных ситуаций – ошибок и решений. Как ни странно, на фоне прочтения первых трех книг, эта – четвертая книга как будто подвела итоги решений, описанных теоретически в «умных» книгах.

Мало того, изложение материала таково, что я бросил чтение других книг и продолжил чтение только этой книги. При этом, на основании изложенных примеров, я реализовал несколько удобных «фишек» для своих программ на будущее, и они мне понравились. Советую прочесть эту книгу, просто потому, что это полезно и интересно.

Есть более новая версия этой книги – «Дизайн пользовательского интерфейса 2. Искусство мыть слона».

Начав читать, и, почти дочитав эти книги, я понял, что дизайн это бесконечный процесс слияния знаний, фантазии и ресурсов, которыми обладает дизайнер, в котором многое зависит от личности и ее таланта. Задумавшись, решил, что точнее назвать этого человека дизайнера – создатель: во-первых – это по-русски, а во-вторых – более отражает процесс дизайна (создавать нечто удобное, новое и оригинальное).