하드웨어 인터페이스

인터페이스(상호 작용)는 마이크로프로세서 시스템의 구성 요소와 참여자 간의 연결입니다.

V 마이크로프로세서 시스템 포함: 하드웨어, 소프트웨어 및 사람... 따라서 다음 유형의 인터페이스가 구별됩니다.

• 하드웨어 인터페이스;

• 소프트웨어 인터페이스;

• 사용자 인터페이스.

운영 체제에서 제공하는 프로그래밍 인터페이스(있는 경우). 가장 일반적인 사용자 인터페이스는 그래픽 인터페이스(예: Microsoft Office Word 편집기의 아이콘 또는 명령 단추가 있는 컴퓨터 바탕 화면)와 메뉴를 탐색하여 필요한 명령을 선택하는 조이스틱 인터페이스(예: 휴대폰)입니다. , 프로그래밍 가능한 컨트롤러) GUI 유형이기도 합니다.

하드웨어 인터페이스는 마이크로프로세서 시스템의 모든 부분 간에 통신을 제공하는 버스, 커넥터, 매칭 장치, 알고리즘 및 프로토콜로 구성된 시스템입니다. 시스템의 성능과 신뢰성은 인터페이스의 특성에 따라 달라집니다.

임베디드 마이크로프로세서 시스템에서 하드웨어 인터페이스는 CPU 오프로드 컨트롤러에 의해 제공됩니다.컨트롤러 모니터링 및 제어 기능을 수행하도록 설계된 특수 마이크로 회로입니다. 컨트롤러는 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리, 키보드와 같은 장치의 작동을 관리하고 이 장치를 MS의 다른 참가자와 연결합니다.

타이어는 브리지로 제어됩니다... 예를 들어 개인용 컴퓨터와 같은 복잡한 MS에서 중앙 위치는 브리지 및 컨트롤러 세트인 «ChipSet»(칩셋)이 차지합니다. 칩셋에는 전통적으로 사우스 브리지와 노스 브리지라고 하는 두 개의 주요 칩이 포함되어 있습니다(그림 1). 노스브리지는 시스템 버스, 메모리 버스, AGP(가속 그래픽 포트) 역할을 하며 컴퓨터의 주 컨트롤러입니다. 사우스 브리지 핸들은 외부 장치(PCI 버스 — 주변 장치 연결용 I/O 버스)와 함께 작동합니다.

그림 1 — 개인용 컴퓨터(PC)의 데이터 교환 조직

프로세서와 외부 장치 간의 상호 작용 구성은 매우 다양하기 때문에 가장 어렵습니다.

병렬 인터페이스는 별도의 신호선을 사용하여 비트를 전송하고 비트를 동시에 전송하는 것이 특징입니다. 클래식 병렬 인터페이스는 LPT 포트입니다.

직렬 데이터 전송 인터페이스는 정보 비트가 차례대로 순차적으로 전송되는 단일 신호 라인을 사용합니다.

컴퓨터와 산업 시스템 모두에서 널리 퍼진 가장 단순한 직렬 인터페이스는 COM에 의해 구현되는 RS-232 표준입니다. — 포트... 산업 자동화에서는 RS-485가 널리 사용됩니다.

USB(Universal Serial Bus) 버스는 휴대폰과 가전 제품을 포함한 다양한 주변 장치를 컴퓨터에 연결합니다.

첫 번째 인터페이스 사양은 USB 1.0이라고 하며 현재 USB 2.0 사양이 사용되며 최신 장치는 USB 3.0 사양에 연결됩니다.

USB 2.0 표준에는 데이터 수신 및 전송, +5V 전원 공급 장치 및 케이스의 4개 라인이 포함됩니다. 이 외에도 USB 3.0은 4개의 통신 라인(수신용 2개, 전송용 2개)과 케이스를 추가합니다.

USB 버스는 높은 대역폭(USB 2.0은 최대 480Mbps, USB 3.0 — 최대 5.0Gbps의 최대 데이터 전송 속도 제공)을 가지며 데이터 전송뿐만 아니라 저전력 외부 장치에 전원 공급(최대 전류 USB 버스의 전력선을 통한 소비 장치는 USB 2.0의 경우 500mA, USB 3.0의 경우 900mA를 초과해서는 안 됩니다.) 이렇게 하면 외부 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다.

무선(무선) 인터페이스를 사용하면 통신 케이블에서 벗어날 수 있으며, 이는 케이블에 필적하는 크기와 무게가 작은 장치에 특히 중요합니다. 무선 인터페이스 사용 전자파 적외선(IrDA) 및 무선 주파수 범위(Bluetooth, USB 무선).

적외선 IrDA 인터페이스는 최대 1m 거리에 있는 두 장치 간의 무선 통신을 허용합니다. 적외선 통신 - IR(적외선) 연결 - 건강에 안전하고 무선 주파수 범위에서 간섭을 일으키지 않으며 전송의 프라이버시를 보장합니다. 적외선은 벽을 통과하지 못하므로 수신 영역이 작고 쉽게 제어할 수 있는 영역으로 제한됩니다.

Bluetooth(Bluetooth)는 짧은 거리에서 실시간 데이터 전송을 제공하는 개인 네트워크를 구성하기 위한 저전력 무선 인터페이스(송신기 전력 약 1mW)입니다. 각 Bluetooth 장치에는 2.4GHz 라디오 송신기와 수신기가 있습니다. 무선 인터페이스의 범위는 약 100m로 표준 주택을 커버합니다.

무선 USB(USB 무선) — 고대역폭의 단거리 무선 인터페이스: 최대 3m 거리에서 480Mbps, 최대 10m 거리에서 110Mbps. 3.1 - 10.6GHz의 주파수 범위에서 작동합니다.

RS-232(RS — 권장 표준) 인터페이스는 컴퓨터와 데이터 전송 장치의 두 장치를 연결합니다. 전송 속도는 115Kbps(최대), 전송 거리는 15m(최대), 연결 방식은 점대점입니다.

이 인터페이스의 신호는 (3 … 15) V의 전압 강하에 의해 전송되므로 RS-232 통신 라인의 길이는 일반적으로 노이즈 내성이 낮기 때문에 수 미터 거리로 제한됩니다. 산업용 장비에서 가장 많이 사용되며 개인용 컴퓨터에서는 "마우스"형 조작기 인 모뎀을 연결하는 데 사용됩니다. RS-232 인터페이스는 일반적으로 2개의 장치만 연결하므로 네트워킹을 허용하지 않습니다.

그림 2 - DB9 유형 RS-232 커넥터

RS-485 인터페이스는 양방향 데이터 전송을 위해 널리 사용되는 고속 방해 전파 방지 산업용 직렬 인터페이스입니다. 산업 디자인의 거의 모든 최신 컴퓨터, 대부분의 센서 및 드라이브에는 하나 또는 다른 RS-485 인터페이스 구현이 포함되어 있습니다.

트위스트 페어 와이어(twisted pair) 하나면 데이터 전송 및 수신에 충분합니다.데이터 전송은 차동 신호를 사용하여 수행됩니다. 와이어 사이의 한 극성의 전압 차이는 논리적인 것을 의미하고 다른 극성의 차이는 0을 의미합니다.

외부 간섭이 있는 경우 인접한 와이어의 탭은 동일하며 신호는 와이어의 전위차이므로 신호 레벨은 변경되지 않습니다. 이것은 높은 잡음 내성과 최대 1km의 통신 회선 길이를 제공합니다(특수 장치인 리피터를 사용하는 경우 더 많음).

RS-485 인터페이스는 반이중 모드에서 2선 통신 회선을 통해 여러 장치 간에 데이터 교환을 제공합니다(시분리된 한 쌍의 전선을 통한 수신 및 전송 통과). 공정 제어 시스템을 만들기 위해 업계에서 널리 사용됩니다.

이더넷(ether — ether) — 대부분의 로컬 컴퓨터 네트워크에서 사용되는 데이터 전송 기술입니다. 이 인터페이스는 IEE 802.3 표준을 기반으로 합니다.RS-485 인터페이스는 일대다 기반으로 간주할 수 있지만 이더넷은 다대다 기반으로 작동합니다.

비트 전송률 및 전송 매체에 따라 몇 가지 옵션이 있습니다.

• 이더넷 — 10Mbps

• 고속 이더넷 — 100Mbps

• 기가비트 이더넷 - 1Gbps

• 10기가비트 이더넷

동축 케이블, 트위스트 페어(저비용, 고노이즈 내성) 및 광 케이블(더 긴 회선 및 고속 통신 채널 생성)이 전송 매체로 사용됩니다.

트위스트 페어(Twisted pair) — 통신 케이블의 한 유형으로, 함께 꼬인 절연 전선 쌍을 플라스틱 외피로 덮습니다.

예를 들어, FTP 케이블(유도 전류 배출을 위한 공통 호일 차폐 및 구리 전도체가 있는 트위스트 페어 - 트위스트 페어), 4쌍(단선), 범주 5e(그림 3). 이 케이블은 건물, 구조물에 고정 설치하고 구조화된 케이블 시스템에서 작업하기 위한 것입니다. 상한이 100MHz인 주파수 범위에서 작동하는 애플리케이션용으로 설계되었습니다.

그림 3 - 트위스트 페어: 1 - 외피, 2 - 포일 실드, 3 - 드레인 와이어, 4 - 보호 필름, 5 - 트위스트 페어

물리적 수준에서 이더넷 프로토콜은 시스템을 서로 연결하는 마이크로프로세서 시스템 및 허브에 내장된 네트워크 카드 형태로 구현됩니다.

산업용 네트워크(Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink)는 이전에 개발된 네트워크 Profibus, DeviceNet, CANopen 등과 성공적으로 경쟁하는 이더넷을 기반으로 구축됩니다.