Sposoby zabezpieczania transmisji danych przed zakłóceniami 1-wire.pdf

Pracownia Transmisji Danych, Instytut Fizyki UMK, Toruń

Instrukcja do ćwiczenia nr 9

Sposoby zabezpieczania transmisji danych przed

zakłóceniami

Instrukcję przygotował mgr inż. Jarosław Czoków

I. Cel ćwiczenia

Poznanie wpływu zakłóceń elektromagnetycznych na transmisję danych

Zapoznanie się z metodą CRC detekcji błędów w transmisji danych

Zapoznanie się ze standardem RS232 i transmisja danych w pętli

prądowej

Zapoznanie się z czujnikiem temperatury DS1820

II. Zagadnienia do przygotowania

Przyczyny zakłóceń w szeregowej transmisji danych na duże odległości

Podstawy standardów RS232, 1-Wire

Transmisja danych w pętli prądowej

Sposoby detekcji błędów w transmisji danych (bit parzystości, CRC )

Podstawy języka C, w szczególności operacje bitowe C (^,&,|,

<<,>>)

Uwaga! Dobre opanowanie zagadnień pogrubionych konieczne jest do

wykonania ćwiczenia!

III. Opis zestawu

Rys.1.Zestaw do transmisji danych w pętli prądowej, czerwonymi

ramkami zaznaczono płytki z czujnikami temperatury DS1820

Zestaw Rys.1 demonstruje wpływ zakłóceń elektromagnetycznych na

transmisję danych w standardzie RS232 oraz w pętli prądowej. Na tablicy

znajdują się dwa czujniki temperatury DS1820[1]. Zestaw może pracować

zasadniczo w dwóch trybach wybieranych na panelu czołowym: ”RS232”

oraz „Pętla prądowa”. W obu tych trybach odczytywane są dane tylko z

jednego czujnika. Komunikacja pomiędzy czujnikami a komputerem

odbywa się w następujący sposób:

W trybie „RS232” :

-czujnik DS1820 (interfejs 1 Wire) – układ DS2480 [2] (konwerter 1

Wire/RS232) - port COM komputera

W trybie „Pętla prądowa” :

-czujnik DS1820 (interfejs 1 Wire)- układ DS2480 (konwerter 1

Wire/RS232)- konwersja sygnału napięciowego na sygnały w pętli

prądowej (kluczowanie tranzystorem BD140) – konwersja na sygnały

napięciowe zgodne z RS232 (transoptor HP4200, MAX232)– port COM

komputera

W pierwszym trybie przewody TXD i RXD (standard RS232) owinięte są

wokół elementu zakłócającego, co po jego włączeniu na panelu czołowym

(„Generator ON/OFF”), objawia się błędami w transmisji. W drugim trybie,

transmisja odbywa się w pętli prądowej. Mimo tego, że przewody są

również owinięte wokół elementu zakłócającego, błędy nie występują.

Poprawność transmisji sprawdzana jest za pomocą algorytmu CRC (Cyclic

Redundancy Check) [3].

Zasadniczą częścią pomiaru jest odczyt pamięci czujnika (scratch’a),

mapa pamięci jest pokazana na Rys.2.

Rys.2. Mapa pamięci czujnika DS1820.

Bajt 0 zawiera odczyt temperatury z czujnika. Wartość tego rejestru

podzielona przez dwa daje zgrubną temperaturę w stopniach Celcjusza.

Bajt 1 zawiera znak odczytanej wartości. Bajty 2 i 3 to wartości graniczne

temperatury dla których ma zostać wygenerowany alarm (ustawiane

przez użytkownika). Bajty 6 i 7 służą do zwiększenia rozdzielczości

pomiaru. Program używa ich aby wg specjalnego wzoru wyliczyć

temperaturę z większą rozdzielczością [1].

Bajt 8 zawiera wyliczone CRC dla poprzedzających bajtów.

Komunikacja komputera PC oraz zestawu odbywa się za pomocą

programu Pętla prądowa , napisanego w języku C, który odczytuje

temperaturę, wyświetla informacje na temat stanu transmisji oraz

wyliczoną wartość CRC. Do zmian w kodzie programu używane jest

środowisko Dev-C++. Dodatkowo aby jawnie podejrzeć transmisję na

porcie COM1 komputera używany jest program Portmon.

Obsługa programu Pętla prądowa jest intuicyjna. Należy zwrócić

uwagę na to, że po każdym błędnym odczycie pamięci czujnika

(scratch’a)następuje zatrzymanie programu, aż do naciśnięcia

przycisku „Wznów”. Program zatrzymuje się jedynie w przypadku

błędnego odczytu pamięci czujnika gdy ponownie przeliczone CRC

będzie różne od zera, natomiast w przypadku innych problemów z

komunikacją występujących na skutek zakłóceń, np. z

zaadresowaniem czujnika, program podejmuje automatycznie dalsze

próby komunikacji.

Uwaga!!! Wszystko co jest potrzebne do wykonania ćwiczenia znajduje się na

dysku D w katalogu „PTD09”. Należy skopiować jego zawartość do katalogu

„D:\users\nazwisko_studenta”, a po zakończeniu ćwiczenia skasować zawartość

nowo powstałego katalogu.

IV. Przebieg ćwiczenia

Należy zapoznać się z programem Pętla prądowa i z działaniem zestawu.

Zaobserwować występowanie bądź brak zakłóceń w przypadku

transmisji w obu trybach.

- włączyć najpierw program Portmon i ustawić go na śledzenie

komunikacji na porcie COM (na pasku: computer > conect local , oraz

zaznaczyć: capture > capture events oraz capture > ports > com1 )

- włączyć program Pętla prądowa (Pętla_prądowa>PetlaPrApp.exe)

- zaobserwować wyniki transmisji dla obu trybów („RS232” oraz „Pętla

prądowa”) przy włączonym oraz wyłączonym elemencie zakłócającym

(„Generator On/Off”)

- odczyt pamięci czujnika następuje po komendzie BE hex wysłanej do

czujnika, (przykład Listing.1.), porównać wynik odczytu scratch’a

zakłócony z prawidłowym

Napisać fragment kodu obliczający CRC za pomocą algorytmu

odwzorowującego implementację sprzętową.

- otworzyć źródło programu w środowisku Dev-C++ (Pętla_prądowa >

PetlaPrApp (plik projektu środowiska Dev))

- wskazówki odnośnie pisania samego kodu (gdzie to zrobić i na co

uważać) można znaleźć w samym źródle programu w miejscu

oznaczonym: „//XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX”:))

- po skompilowaniu i uruchomieniu, program powinien wyświetlać

wynik CRC obliczonego wg drugiej metody w odpowiednim miejscu,

zgodny z wynikiem obliczonym wg pierwszej metody

Wskazówki.

Obliczenia CRC dokonuje się na kilka sposobów [3]. Sprzętową

implementację dla ośmiu bajtów danych (CRC8), przedstawia Rys.3. Dane są

kolejno wprowadzane do rejestru przesuwnego, począwszy od najmniej

znaczącego bitu bajta zerowego. Po wprowadzeniu ośmiu bajtów, w rejestrze

znajduje się wyliczona wartość CRC dla otrzymanych danych. Algorytm CRC ma

taką właściwość, że jeżeli wprowadzimy do rejestru jeszcze raz wartość

wyliczonego CRC (czyli taką samą jaka się już w nim znajduje), w rejestrze

będą same zera. Na tej właściwości opiera się mechanizm sprawdzania

poprawności danych odebranych w trakcie transmisji. W pamięci scratch

czujnika znajduje się dziewiąty bajt (o nr 8 na Rys.2.), który jest CRC

wyliczonym dla pozostałych ośmiu bajtów. Po odebraniu danych z czujnika,

dokonujemy ponownego przeliczenia CRC. Jeżeli po wprowadzeniu dziewiątego

bajta z pamięci scratch do rejestru, będą się w nim znajdować same zera, to

znaczy, że transmisja danych odbyła się bez błędów. W przeciwnym wypadku

mamy do czynienia z zakłóconą transmisja. Innym sposobem obliczania CRC

jest wygenerowana w specjalny sposób tablica ze wszystkimi możliwymi

wartościami CRC. Program Pętla prądowa korzysta z tej metody aby obliczyć

CRC. Wyniki CRC obliczone obiema metodami powinny się zgadzać.

Rys.3. Schemat blokowy algorytmu CRC.

194 0.00002430 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: BE

195 0.00381613 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: BE

196 0.00000475 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

197 0.00000587 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

198 0.00002263 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

199 0.00380998 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: 31

200 0.00000587 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

201 0.00000531 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

202 0.00002291 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

203 0.00382563 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: 00

204 0.00000503 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

205 0.00000559 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

206 0.00002291 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

207 0.00379518 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: 1A

208 0.00000559 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

209 0.00000531 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

210 0.00002319 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

211 0.00379490 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: 18

212 0.00000559 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

213 0.00000531 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

214 0.00002347 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

215 0.00384881 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: FF

216 0.00000670 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

217 0.00000531 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

218 0.00002430 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

219 0.00380719 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: FF

220 0.00000726 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

221 0.00000615 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

222

0.00002291 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

223

0.00380970 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: 07

224 0.00000531 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

225 0.00000475 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

226 0.00002207 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

227 0.00380523 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: 10

228 0.00000447 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

229 0.00000503 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

230 0.00002263 Petla.exe IRP_MJ_WRITE Serial0 SUCCESS Length 1: FF

231 0.00381026 Petla.exe IRP_MJ_READ Serial0 SUCCESS Length 1: A3

232 0.00000531 Petla.exe IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS Serial0 SUCCESS

233 0.00001425 Petla.exe IOCTL_SERIAL_PURGE Serial0 SUCCESS Purge: TXABORT RXABORT

TXCLEAR RXCLEAR

Listing.1. Odczyt mapy pamięci czujnika, 31 hex to odczyt temperatury, a A3

hex to CRC wyliczone dla poprzedzających bajtów, są to dane bez błędów,

mogą zostać wykorzystane jako próbne dane do pracy nad algorytmem

obliczającym CRC

V. Kryteria oceny ćwiczenia

Napisanie kodu liczącego CRC.

Znajomość zagadnień z punktu II

VI. Literatura

[1]. DS18S20 High Precision 1-Wire Digital Thermometer, Nota aplikacyjna

DS1820-DS1820S.

[2] DS2480 Serial 1–WireTM Line Driver, Nota aplikacyjna DS2480ds.

[3].Understanding and Using Cyclic Redundancy Checks with Maxim iButton

Products, Nota aplikacyjna AN27.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: