لغة سي و متحكماتمقالات

تحويل الاتصال التسلسلي إلى يو إس بي عبر MPSSE في شرائح FTDI: الأساسيات مع مثال واجهة مستخدم رسومية

AD Space

لا تمتلك الكثير من المتحكمات الصغريّة الطبقة الفيزيائية اللازمة للقيام بالاتصال المباشر مع يو اس بي USB بينما يتوفر لديها طرفيات الاتصال التسلسلي Serial Interface لذلك إنَّ من أحد الطرق شائعة الاستخدام عند الحاجة الى الاتصال السلكي عبر اليو اس بي USB هي استخدام دارة تحويل اتصال USB Bridge. إن أحد أشهر المصنعين الذين يقدمون مثل هذه الشرائح هي شركة FTDI .

شريحة واحدة لتحويل واحد

تستخدم الكثير من المنتجات المعروفة والدوائر التطويرية شريحة FT232RL من FTDI لتحويل الاتصال بين يو اس بي USB وUAR. ان الشريحه FT232RL تحوّل الاتصال دون الحاجة إلى أي ضبط أو برمجة وتوفر واجهة افتراضية Virtual COM  لتوفير الاتصال مع منفذ اليو اس بي وهذا يعني انك بحاجة الى شريحة مختلفة اذا أردت إجراء تحويل من نوع تسلسلي مختلف الى اليو اس بي، مثل تحويل من SPI إلى USB باستخدام شريحة FT220X أو تحويل من I2C إلى USB باستخدام شريحة FT201X.

شريحة واحدة لتحويلات متعددة

MPSSE أو Multi-Protocol Synchronous Serial Engine هو اسم الجزء المسؤول داخل الشرائح من شركة FTDI  في الأجيال اللاحقة لتوفير ديناميكية في التحويل بين اتصال يو اس بي واتصال تسلسلي من بروتوكولات مختلفة ويقود هذا الجزء ارجل الشريحة للقيام بالتحويل وقيادة الأرجل بشكل مناسب. إن هذه الطريقة الديناميكية في تحويل اليو إس بي إلى أنواع مختلفة من الاتصال التسلسلي وأحد أشهر هذه الأمثلة هو JTAG Debugger معروف باسم OpenOCD ويمكن الاطلاع على المقال التعريفي عن هذا المشروع. 

MPSSE مُوضح داخل FT232H -المصدر Datasheet

 في هذا المقال سوف نتعرف على أساسيات MPSSE و كيف نقوم بإعداده وأيضا كتابة برنامج لقيادة الشريحة التي تحوي MPSSE.

سوف أستخدم الدارة التطويرية الموضّحة في الصورة والتي تحوي شريحة FT2232H أو يمكن استخدام دارة FT2232H mini module الموفّرة من FTDI.

دارة الـ FT2232H المُستخدمة

MPSSE من عين “إدارة الأجهزة”

  يتوفر MPSSE في الأجيال الحديثة من شرائح شركة FTDI على سبيل التحديد: FT232H و FT2232H و  FT4232H وFT2232D.  للقيام بضبط MPSSE فإن الواجهة اليو اس بي USB interface المسماة D2XX سوف تُستخدم وهي مصممة خصيصاً لشرائح شركة FTDI ويمكن استخدام  التوابع المتوفرة فيها باستخدام مكتبة FTD2XX.DLL وعلى كل حال يتوفر ايضاً الواجهة النمطيّة المسمّاة Virtual COM Port  أو VCP ولهذا السبب فإنّنا نرى الواجهتين عند وصل شريحة واحدة إلى الحاسب وهي في الواقع تنتميان لنفس الشريحة.

Windows Combined Driver Model (CDM) Driver Architecture – المصدر D2XX Programmer’s Guide

يمكن الذهاب إلى مدير الأجهزة في ويندوز بعد توصيل الشريحة وسوف ترى الشريحة في مكانين مختلفين وهما: المكان الأول COM & LPT والمكان الثاني Universal Serial Bus controllers وذلك لسبب الذي أوضحنا آنفا.

ومن تفاصيل كل جهاز يمكنه الرؤية بوضوح الاختلاف 

الأرجل المتوفرة

بحسب الشريحة التي سوف تقوم باستخدامها يمكن أن يكون لديك قناة واحدة كما في شريحة FT232H او قناتين كما في FT2232H او الشريحه FT2232D او حتى 4 أقنية كما في الشريحة FT4232H.

يوجد في كل قناه مجموعة من الارجل الثابتة للقيام بالتحويل التسلسلي وهي دخل البيانات Data In وخرج البيانات Data Out وإشارة الساعة Clock وإشارة التحديد Chip Select كما يوضحه الجدول أدناه

Source: Application Note AN 135 titled with “MPSSE_Basics”

 الجدول التالي يوضح وكل رجل ومقابلها في الاتصال التسلسلي من بروتوكولات مختلفة

Source: Application Note AN 135 titled with “MPSSE_Basics”

التحدث إلى MPSSE: الأوامر

إن الخطوة الأولى لقيادة شريحة FTDI  مع MPSSE من برنامجك، هي أن تفهم صياغة أوامر MPSSE وكيفية استخدام المكتبة FTD2XX.DLL .

 سنجد أن MPSSE يُقاد عبر الأوامر ولهذا يسمى معالج أوامر command processor . حيث أن استخدام كل ميزة أو وظيفة موجوده فيه يجب أن يسبقه تعليمة وهذا ينطبق على وضع البيانات على الخطوط أو قيادة دخل/خرج أو قراءة حالة دخل.

التحدث إلى MPSSE: المكتبة

للقيام بالتواصل المطلوب بين برنامجك وبين MPSEE فإن هذا يتم عبر مكتبة FTD2XX.DLL وعلى كل الأحوال لو لا تريد استخدام الأوامر المجرّدة بشكل مباشرة فإنه بالإمكان استخدام مكاتب أخرى أكثر تجريداً من طبقة أعلى توفرها شركة FTDI. هذه المكاتب متوفّرة لـ SPI و  I2C و JTAG  وهي على الترتيب FTCSPI.DLL و FTCI2C.DLL و FTJTAG.DLL.

بالحقيقة يمكنك البدء من هذه المكاتب الأكثر تجريداً إلا أنه من المهم أن تقوم ولو بمثال بسيط باستخدام المكتبة FTD2XX.DLL باستخدام الأوامر بشكل مباشر لترى كيف MPSSE يعمل بالحقيقة.  هذا ما سوف نقوم به في المثال القادم حيث سنقوم بقيادة دخل/خرج بواسطة MPSSE.

المثال: تضمين المكتبة

في المثال القادم سوف نستخدم إطار QT C++ framework ويمكنك استخدام البيئه الاكثر مناسبة لك مثل Visual Studio ويفترض ان تكون الخطوات متشابهة.

 بداية سوف نبدأ في تحميل المكتبه من صفحة التحميلات ومن ثمّ تضمين المكتبة DLL في البرنامج وهذا يتم القيام به في باضافه السطور التالية في الملف .pro في إعدادات مشروع

توجد الملفات المطلوبة FTD2XX.DLL في المجلد CDM v2.12.28 WHQL Certified بعد التحميل وفك الضغط. انسخ المحتويات الموجودة في المجلد amd64 أو مجلد i386 إلى مجلد المشروع الخاص بك. لقد قمت بتخصيص مجلد يسمى LIBs لهذه الحاجة.

 لاحقا قم بتضمين الملف الترويسي ftd2xx.h التالي في المكان الذي سوف تستخدم فيه التوابع من D2XX 

المثال: إرسال الأوامر

توفر الشركة توثيق كامل للتوابع في دليل المبرمجين.

نبدأ بمسح للأجهزة المتصلة عبر اليو اس بي باستخدام التابع التالي لإيجاد أجهزة FT:

 حيث أن numDevs يحتوي على عدد الاجهزه من FT  المكتشفة

 و ثم سوف نحصل على قائمه تفصيليه الاجهزه باستخدام التابع

 حيث أن devInfo هو مؤشر إلى مصفوفه من نوع  FT_DEVICE_LIST_INFO_NODE .   إن FT_DEVICE_LIST_INFO_NODE  يحتوي على العناصر التالية:

لاحقا سوف نقوم بفتح الاتصال مع الجهاز الهدف باستخدام التابع  FT_Open:

حيث إن device_num هو رقم الجهاز المراد الاتصال به إن أرقام الأجهزة هنا مطابقة لترتيب الأجهزة في المصفوفة ‘devInfo’ كما أن ftHandle يشير إلي متحول من نوع FT_HANDLE وهو يحتوي على رقم مرجعي handle سوف يخزن داخل به وهذا الرقم سوف يستخدم لاحقا في البرنامج.

 بعد ان يتم الاتصال يكون MPSSE على استعداد لتلقي الأوامر. تتألف كل تعليمة من رمز وبارامترات.

 قبل البدء في إرسال الأوامر يجب القيام  بخطوتين:

1- الاولى وهي  ضبط بعض الإعدادات في الاتصال MPSSE <-> USB  مثل IN and OUT transfer size و read and write timeouts و latency

 2- ثانيا التأكد من أن MPSSE وتطبيقك على تزامن sync ولهذه الغاية يتوفّر ما يسمّى الأوامر السيئة  ’bad command’ وهي أوامر عندما يجدها MPSSE فإنه يقوم بإرسال القيمة الثابتة متبوعه 0xFA بالأمر السيء Bad Command الذي تسبب بذلك.

إن إرسال الأوامر بين تطبيقك وبين MPSSE عبر اليو اس بي يتم باستخدام التابع FT_Write

 ولقراءة الدخل وما يصل من بيانات عبر اليو اس بي يجب التأكد عبر FT_GetQueueStatus من الحالة لرتل الدخل Queue ويجب أن تعيد قيمة غير صفرية لرقم البايتات التي وصلت

 إن الكود اللازم لإرسال امر سيء Bad Command مثل 0xAA أو 0xAB يكون على الشكل التالي:

المثال: الواجهة الرسومية

 تم تصميم الواجهة التالية لإظهار الأجهزة الموصولة مع اليو اس بي ثم يقوم المستخدم بتحديد الجهاز الذي يريد الذي الاتصال به.

ملاحظة: هذه الواجهة المصممة عبر إطار QT سيتم إدراج إضافات لها مع تقدم المقال في هذا الجزء وفي الأجزاء اللاحقة

ملاحظة إن  الشريحة FT2232H تحوي على قناتين وتُعتبر كل قناة جهاز مستقل.

 ان ملفات هذه المرحلة متوفرة في مستودع المشروع.

المثال: قيادة الأرجل دخل/خرج

والآن لنقوم بتطبيق حقيقي لـ MPSSE وذلك عبر ضبط مداخل/مخارج. على الرغم من أن MPSSE هو بالأساس لتحويل الاتصال USB إلى اتصال تسلسلي إلا أنه يقوم بتوفير مداخل ومخارج  وهذا أمر ضروري الاستخدام في بعض الأحيان مثال في اتصال SPI قد نحتاج الى استخدام رجل إضافية كـ Chip Select 

 إن الأوامر المستخدمة في ضبط وقراءة المداخل والمخارج هي:

0x80 VALUE Direction

 هذا الامر سوف يقوم يضبط الثمانية أرجل الأولى كدخل أو خرج حسب DIRECTION وسوف يفرض القيمه المحدده VALUE عليها عندما تكون خرج. إن القيمة 1 في DIRECTION  تحدد الرجل المقابلة كخرج.

0x82 VALUE Direction

 هذا الامر سوف يقوم يضبط الثمانية أرجل الثانية كدخل أو خرج حسب DIRECTION وسوف يفرض القيمه المحدده VALUE عليها عندما تكون خرج. إن القيمة 1 في DIRECTION  تحدد الرجل المقابلة كخرج.

0x81

 هذا الأمر يقوم بقراءة حالة دخل الأرجل الثمانية الأولى وتعيد بايت واحد.

0x83

 هذا الأمر يقوم بقراءة حالة دخل الأرجل الثمانية الثانية وتعيد بايت واحد.

 مثال

  لضبط TCK/SK وTDI/D0 و TMS/CS كخرج ورجل TDO/DI والأرجل GPIOL0-> GPIOL3 بقيمة منخفضة سوف نقوم بارسال التعليمات التالية

0x80 0x00 0x0B

 مع العلم أن 1 في بايت التوجيه direction تعني جعل الرجل المقابله خرج

 لم أجد في المراجع جدول أو رسم توضيحي لترتيب البتات في البارامترات لذلك قمت بتوضيحها في اثناء التجريب العملي وهذا ما وجدته:

Pins Mode for GPIOlx – WaveDrom Editor
Read GPIOl State – WaveDrom Editor
Pins Mode for GPIOhx – WaveDrom Editor
Read GPIOh State – WaveDrom Editor

تم تحديث الواجهة السابقة للتحكم بالأرجل المتاحة في القناة. إن الملفات الخاصة بهذه المرحلة توجد في المستودع.

 في ما يلي تجربة للواجهة الخاصّة بالمداخل والمخارج وذلك باستخدام  برنامج Waveforms مع خاصية Static I/O لجهاز Analog Discovery 2 ولمعرفة عنها أكثر يمكن الرجوع الى التدوينة السابقة المتوفرة على الموقع.

في ما يلي مثال على كيفية عملية القراءة

ما التالي؟

 حتى الان لقد تعرفنا على أساسيات MPSSE وكيف يعمل وأيضاً كتابة تطبيق بسيط للاتصال مع جهاز FT  والتحكم في المداخل والمخارج. سنقوم في الجزء القادم بإجراء اتصال تسلسلي عبر بروتوكول SPI.

المراجع / قراءة المزيد

AD Space

Yahya Tawil

مهندس نظم مضمّنة مهتم بالعتاد مفتوح المصدر وولد في نفس العام الذي ولد فيه نظام تشغيل لينكس. يحيى هو مدير التحرير في عتاديات ويؤمن بأهمية المحتوى المكتوب المجاني والنوعي والعملي. خبرته في مجال النظم المضمّنة تتركز في كتابة البرامج المضمنة وتصميم الدارات المطبوعة والنظرية وإنشاء المحتوى.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.