Из чего сделать usb uart. Конвертер usb-uart: перепрошивка адаптером
Для управления и настройкой некоторых конструкций на микроконтроллерах PIC и ATMEGA необходимо удобное их подключение к компьютеру или ноутбуку. В серии микроконтроллеров PIC16 (на которых я обычно и делаю свои самоделки) нет аппаратной реализации USB, но есть обычный последовательный порт UART, который является урезанной версией COM-порта старых компьютеров. Работа с ним не вызывает особых трудностей, а также необходимо не много ресурсов самого микроконтроллера, т.к. в отличии от USB в нем более простой протокол, который тем не менее позволяет так же передавать данные. В некоторых компьютерах все еще есть COM-порт, правда иногда он не выведен наружу - в таком случае для подключения необходимо только подключение преобразователя уровней (например, MAX232) , но на более новых материнских платах, а также ноутбуках его нет вовсе.
В таких случаях можно использовать UART-USB переходник на распространенной микросхеме CH340. На сайте Aliexpress ее обычно продают уже в виде готового модуля на плате, но иногда для постоянного использования удобнее заказывать ее отдельно.
В таком случае микросхему можно припаять прямо на свою плату, а там уже установить гнездо micro-USB для удобного подключения кабеля и более законченного вида конструкции.
Подключение микросхемы достаточно простое даже для начинающего радиолюбителя.
Для питания необходимо 3.3V (VCC), кварц на 12 МГц (Выводы XI и XO), остальные выводы используются для работы с COM-портом (для работы достаточно RX и TX, остальные для передачи сигналов готовности устройства и на практике используются редко).
Сборка Z-Duino
Итак, начнем. Выигранный мной набор для сборки включает в себя три пакетика.
В один упакованы разъёмы, панелька для контроллера и сам контроллер - ATmega328P, в него прошит загрузчик и скетч “Blink”. Другой пакетик наполнен “рассыпухой”, среди которой есть “бомбовая” кнопочка с красным толкателем - для сброса. В третьем пакетике: качественная плата и один из светодиодов. В наборе их два: зелёный - по питанию, и жёлтый - на pin13. Внешне одинаковые, и, чтоб их не перепутать, жёлтый упакован вместе с платой, но ничего не мешает запаять их наоборот.
Сборка прошла в два этапа. Сначала запаиваю все SMD компоненты
Затем все выводные
Мне захотелось чтобы джампер выбора питания был установлен перпендикулярно плате, поэтому я выгнул выводы плоскогубцами, припаял и обкусил лишнее.
После сборки платы подаю питание: зелёный светодиод светится, жёлтый мигает. Хорошо, теперь нужен переходник для заливки скетчей. Если есть аппаратный COM порт на материнской плате, то можно взять преобразователь уровней на предназначенной для этих целей MAX232 или собрать на транзисторах (как в Arduino Severino).
Преобразователь на транзисторах повторяет схему из Arduino Severino , а для переходника на микросхеме я выбрал MAX232CPE: вместо электролитов 10uF устанавливаются керамические 100n. У микросхемы, перед монтажом, нужно отломать выводы 7 и 10, или отогнуть их в сторону.
Для использования переходника на транзисторах или на MAXе, необходимо любым удобным способом подать на плату Z-duino 5V. Я взял прямо с USB и воткнул в разъём ICSP. Джампер выбора питания нужно установить в положение 5V.
Внимание! Если Вы что-нибудь спалите или нанесёте любой вред реализуя идеи изложенные в этой статье, то ответственность за негативные последствия несёте Вы, а не автор этих идей (то есть я). Например, в примере выше, 5V с USB на контроллер поступает напрямую, минуя предохранитель и защитный диод. Осознавайте что Вы делаете, соблюдайте полярность подключения и не превышайте максимальный ток, который может выдать большинство USB разъемов компьютера, а именно 500мА.
Если нет COM порта, можно применить переходник USB-COM. Я уже писал о переходнике на mega8 распаяном на самодельной Arduino, будет фото и схема переходника на контроллере в DIP и в TQFP корпусе.
К разъёму подведены все сигналы которые обеспечивает конвертер. На схеме и чертежах плат есть предохранители типоразмера 1206 в цепи 5V от USB. У меня таких нет, вообще нет SMD предохранителей, поэтому я установил перемычки.
На двух платах перепутаны местами RX и TX, пришлось резать дорожки, паять перемычки, в чертежах плат ошибки исправлены.
О реализации варианта этого переходника на ATtiny2313 есть на getchip.net.
Программировать различные ардуино- и не адуино- образные контроллеры, получать информацию на компьютер со всего, что имеет последовательный интерфейс с TTL логикой.
Я в своих проектах использую его с Arduino Pro MIni , Gboard /Iboard и самодельными контроллерами .
Чем он отличается от других подобных устройств
- Дополнительным выводом DTR, который можно напрямую подключить к входу RESET на контроллерах не имеющих USB на плате. После этого при программировании давить кнопку RESET не нужно. Для меня это очень удобно, когда контроллер спрятан недрах моей поделки и доступ к кнопке бывает очень затруднительным.
- Поддержкой производителя, совместимостью с оригинальными драйверами и ПО, в отличие от поддельных FTDI, у которых проблемы с родными драйверами
- Дополнительными выводами (дырками под контакты) на плате, например, позволяющими уводить USB в энергосберегающий режим.
- Интересной возможностью менять VID, PID и текст, с которым опознается плата, собирать свой драйвер со требуемыми параметрами, что довольно интересно в коммерческих проектах. Об этом я расскажу дальше.
Где заказать?
Характеристики
- Чип CP2102 от Silicon Labs
- Скорость обмена данными по UART 300Бит/сек — 1Мбит/сек
- Буфер чтения 576 байт, записи 640 байт
- Поддержка USB 2.0 12Мбит/сек
- Поддержка режима SUSPENDED USB
- Встроенный стабилизатор питания 3.3В 100мА
- EEPROM с конфигурационными параметрами 1024 байт
- Поддерживаемые ОС Windows 8/7/Vista/Server 2003/XP/2000, Windows CE, Mac OS-X/OS-9, Linux, Android
- Возможность настройки параметров платы и драйверов под свои проекты
- Размеры платы 26.5 x 15.6 мм
На плате есть дополнительные отверстия, куда можно впаять выводы дополнительного модемного контроля и перевода USB в режим SUSPENDED
По размеру плата мало отличается от других подобных конвертеров USB/UART
- Плата FOCA 2.2 взята для коммерческих проектов с контроллерами Gboard /Iboard
- Дешевый конвертер FT232 используемый до настоящего времени
- Обозреваемый CP2102
Подключение и установка CP2102
Перед использованием платы необходимо установить драйвера с официального сайта Si-Labs
- Для соединения к контроллеру нужны 5 проводов:
- GND — GMD
- VCC — V5.0 (V3.3) в зависимости от используемой платы
- TX — RX
- RX — TX
- RESET контроллера — DTE
Теперь контроллер можно программировать не нажимая кнопку RESET.
Изменение VID, PID и др. характеристик конвертера
Плата опознается в системе как Silicon Labs CP210X USB to UART Bridge (COM35)
Иногда в коммерческих проектах необходимо, чтобы устройство при программирование имело свое коммерческое название. Чип CP2102 и плата на нем дают большие возможности для этого
Для начала скачиваем и запускаем утилиту для конфигурирования параметров EEPROM CP1202 (мне для запуска утилиты потребовалось еще скачать Java Runtime)
Теперь можно изменить следующие параметры:
- Vendor ID (VID). Идентификатор производителя. Значение «по-умолчанию» 10С4 (шестнадцатеричный формат). В данном случае принадлежит компании SiLabs.
- Product ID (PID). Идентификатор продукта. Значение «по-умолчанию» EA60 (шестнадцатеричный формат). В данном случае обозначает все мосты CP210x.
- Max Power. Максимальный ток потребления, запрашиваемая мостом на шине USB. Значение «по-умолчанию» 32 (шестнадцатеричный формат). Максимальное значение 500мА
- Power use attributes. Режим питания. Bus-powered (питание от шины USB) или Self-Powered (питание от внешнего источника).
- Release Version. Номер выпуска. Значение «по-умолчанию» 1.0. Поля могут принимать значения 1-99 в целой и дробной части.
- Serial Number. Серийный номер. Значение «по-умолчанию» составляет «0001» (текстовый формат). Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 64 символов. Нужно для подсоединение к компьютеру нескольких устройств
- Product string. Поле может принимать любое текстовое значение длиной до 126 символов. Данный идентификатор отображается в операционной системе при первичном подключении моста CP210x к компьютеру и помогает пользователю в выборе подходящего драйвера
- Custom Data Lock. Защита конфигурационных данных.
Ремонт любой сложной электронной техники, в настоящее время можно условно разделить на два варианта: либо программный ремонт, “софтовый”, либо ремонт аппаратный, на уровне “железа”. Если первый подразумевает собой просто настройку аппарата, которую способен выполнить любой пользователь знакомый с техникой, в случае если по каким-либо причинам его настройки сбились в процессе эксплуатации.
Ремонт аппаратный - это чаще всего пайка, замена определенных радиодеталей которые вышли из строя по различным причинам. Будь то перегрев, например из-за набившейся пыли в корпусе устройства, и как следствие худшая теплоотдача, или же попадание влаги и в результате короткое замыкание. Либо то-же самое, любимое всеми мастерами КЗ устроенное на плате поселившимися насекомыми в корпусе устройства), а следы их деятельности, на платах, встречаются нередко.
Но существует и третий вид ремонта, обычно применительно к цифровой технике, в котором эти два вида ремонта бывают совмещены - это перепрошивка устройства. И если смартфон или планшет мы можем перепрошить просто подключив его к компьютеру по USB кабелю, то например, с роутером, материнской платой или видеокартой такой способ не пройдет. Все они содержат в своем составе Flash память, специальную микросхему, обычно 24 или 25 серии, в которой и хранится наша прошивка.
Микросхема памяти 25 серия
С материнскими платами и видеокартами обычно все просто - нужен программатор Flash и EEPROM памяти, например простой и дешевый CH341A о котором и пойдет речь, как одном из вариантов для решения нашей проблемы. Также для прошивания памяти без выпаивания будет нужна специальная клипса, для прошивания микросхем в корпусе SO-8 или SO-16. У меня есть обе клипсы в моей домашней мастерской.
Клипса для прошивания SO-8
Первая из них, для микросхем в корпусе SO-8, обычно бывает нужна во много раз чаще, чем вторая, для микросхем в корпусе SO-16. Которая пригодилась мне всего один раз для перепрошивки роутера Zyxel, они же, к слову сказать, так как считают себя известным брендом, оригинальничают и ставят иногда микросхемы в подобных корпусах SO-16, и хорошо еще если не микросхемы 29 серии, кто в теме - тот сразу поймет.
Разъем клипсы SO-16
Дело в том, что для того чтобы прошить микросхему 29 серии, нам необходим намного более дорогой программатор - MiniPro TL866A, который у меня также есть, но нет ни переходника с корпуса Dip на данный корпус, который имеет очень частое расположение ножек, и по сравнению с пайкой которого паять микросхему в SMD корпусе, те же SO-8 или SO-16 - детская забава. Так вот, мне на ремонт достался как раз роутер Zyxel с микросхемой 29 серии. В первый раз когда я ремонтировал предыдущий роутер Zyxel, микросхема была последовательной памяти, 25 серия, пусть и в корпусе SO-16. Тогда, как вы понимаете, выполнить ремонт было в разы проще.
Микросхема памяти 29 серии
Так как же все-таки мы можем восстановить роутер, если нам “повезло” и у нас стоит именно такая микросхема 29 серии? Производители роутеров, в данном случае, предусматривают аварийное перепрошивание через TFTP сервер. Но проблема в том, что иногда у нас бывает затерт загрузочный раздел в памяти микросхемы, который называется U-Boot. В таком случае вам подойдет вариант прошивки памяти роутера по определенным адресам, которые вы должны будете найти самостоятельно на специализированных форумах по перепрошивке роутеров. Но обычно все бывает намного проще - прошивка сбилась, данные необходимые для работы роутера в штатном режиме потеряны, но загрузочная область и калибровочная область целы. В Таком случае будет нужен простой и дешевый адаптер USB-TTL, стоимость которого на Али экспресс составляет всего порядка 40 рублей.
Адаптер USB-TTL
Также подойдет адаптер на микросхеме CH340A, который используется для заливки скетчей в плату Ардуино Pro mini, которая не имеет распаянного на плате загрузчика CH340A. Так-же подойдут адаптеры на базе pl2303, либо программатор Flash и EEPROM памяти CH341A, про который уже писал выше, и который может после перестановки перемычки работать в режиме USB-UART адаптера.
Программатор Flash и EEPROM памяти + USB-TTL
В крайнем случае можно будет воспользоваться кабелем для прошивания от старого мобильного телефона, также содержащим конвертер USB-COM, только нужно будет обязательно согласовать уровни по питанию. Питание с адаптера необходимо брать строго 3.3 вольта, никаких 5 вольт, которые он может выдавать, с определенного пина. Итак, допустим у нас есть этот адаптер, (вернее любой из перечисленных выше), мы установили для него драйвер, зашли в диспетчер устройств в Windows и определили, какому номеру СОМ порта соответствует наш адаптер. А данный адаптер это и есть не что иное, как виртуальный СОМ порт в вашей системе.
Ищем номер СОМ порта
Затем нам нужна какая-либо программа - терминал, в которой с помощью консольных команд, мы и будем восстанавливать наш роутер перепрошивая его. Но перепрошивать роутер мы будем не через данный адаптер, адаптер используется только для управления процессом прошивки. Как же в данном случае мы прошьем роутер? Существуют, конечно, варианты прошивки роутера через его процессор ARM по интерфейсу JTAG, и у меня есть и этот программатор, приобретенный на Али экспресс - это программатор Wiggler, подключаемый по LPT интерфейсу, но попробовав разобраться с ним решил, что способ перепрошивки с помощью TFTP сервера намного проще.
Программатор JTAG Wiggler
Разберем подробнее данный, более простой вариант, для которого JTAG программатор не нужен, это перепрошивка, как уже писал выше, через TFTP сервер. Для этого нам потребуется, подключить наш адаптер USB-UART к 4 пинам на плате роутера. Правда иногда бывает так, что производитель контактные площадки и дорожки развел, а сами пины не впаял. В таком случае можно самостоятельно впаять гребенку состоящую из 4 пинов, приобретенную в радиомагазине либо выпаянную с донорской материнской платы или какого другого устройства.
Подключение USB-TTL
Эти пины в принципе можно даже не впаивать если нет возможности, а просто аккуратно подпаяться к пятакам на плате, контактным площадкам, куда должны были быть впаяны эти пины. Для этой цели очень удобен тонкий провод МГТФ. Итак, мы подключили адаптер к компьютеру, установили драйвер, обеспечили необходимое нам надежное соединение с этими 3 из 4 пинов на плате.
Джамперы Ардуино для адаптера
Для соединения с гребенкой удобно использовать джамперы, перемычки, используемые для подключения плат Ардуино к шилдам. Каким же образом, нам нужно соединить данные 3 провода? И почему всего три, если контактов четыре? Питание на роутеры не рекомендуют подавать от адаптера, питание должно приходить от собственного блока питания. Поэтому плюс питания лучше отсоединить, даже если вы используете как и положено напряжение 3.3 вольта.
Соединение адаптера и роутера - схема
Земли устройств, соединяемых между собой при перепрошивании, нужно объединять, поэтому землю, пин GND, подсоединить нужно будет обязательно. А вот оставшиеся два пина, RX и TX, нужно подсоединить “перекрестив” их между собой, то есть RX соединить с TX, а TX, с RX. Итак, мы подключили все правильно, затем нам нужно правильно настроить терминал, я предпочитаю пользоваться Putty, для того чтобы иметь возможность управлять нашим роутером через консоль, и соответственно залить в него новую прошивку.
Настройка Putty
Значит мы выбираем в настройках Putty порт Serial, последовательный порт, или СОМ порт, затем устанавливаем нужный номер СОМ порта, который мы предварительно посмотрели в диспетчере устройств. После этого нужно настроить скорость СОМ порта, обычно это 57600, реже 115200 бод. И наконец, убедившись еще раз, что все соединено правильно, ничего на плате не “коротит”, не будет замкнуто, в процессе перепрошивки, мы войдя заранее в настроенную консоль и подаем питания на роутер от родного блока питания.
Кракозябры в терминале
Если у вас на экране, побежали “кракозябры”, значит вы неправильно настроили скорость СОМ порта и нужно либо почитать какая скорость должна быть установлена для вашей модели роутера, либо подобрать ее экспериментально до пропадания “кракозябров” и появления обычного текста. Затем нужно будет нажать, сразу после включения питания роутера, поймав нужный момент, что бывает не так просто, определенную комбинацию клавиш, либо tpl, для роутеров TP-Link, либо цифры 4, вход в консоль, либо цифру 2, для роутеров Zyxel, запуск перепрошивки с TFTP сервера.
Интерфейс TFTP сервера
Сам сервер должен быть запущен от имени администратора в сетевых подключениях, там должен быть указан ip адрес сервера, который подскажет либо консоль, либо можете самостоятельно найти в интернете. В TFTP сервере нужно будет указать ip адрес клиента и папку, в которой находится наша прошивка.
Меняем настройки сетевого подключения
Сама прошивка должна быть обязательно без Boota, то есть когда мы шьем прошивку прицепившись клипсой, через программатор 25 серии SPI, нам необходим Фуллфлеш, или иначе говоря прошивка с загрузчиком, в данном случае прошивка должна быть стандартная, без загрузчика, какую обычно предоставляет производитель, на своем сайте. Имя файла прошивки лучше сделать попроще, например 123.bin, его будет нужно ввести в консоли, при запуске процесса перепрошивания.
Прерываем загрузку
Затем будет нужно согласиться и подтвердить, что вы согласны с перепрошивкой. Если вы все сделали правильно, в консоли пойдет процесс прошивания, после того как он закончится вам нужно будет лишь перезагрузить роутер и если прошивка была строго от соответствующей модели и ревизии железа, у вас все обязательно получится.
Объяснение процесса прошивания получилось конечно объемное, но сам процесс для человека выполнившего его хотя бы пару раз, становится довольно простым делом. А учитывая, что роутеры это техника, которая долго не живет, особенно в период, когда проходят грозы, в мае - июне, думаю данная статья будет полезна новичкам желающим сэкономить средства на покупке нового роутера. Всем удачных ремонтов! Специально для сайта Радиосхемы - AKV.
Обсудить статью КОНВЕРТЕР USB-UART: ПЕРЕПРОШИВКА АДАПТЕРОМ
Истерии появилось множество вопросов, как подключить плату к компьютеру. И многие люди даже не понимают, что же такое UART. И я решил рассказать здесь какой это мощный инструмент.
Роутер превращается в компьютер, если к нему по UART подключить клавиатуру и дисплей
От телеграфа к COM-порту
Протокол UART (Universal asynchronous receiver/transmitter) или, по-русски, УАПП (универсальный асинхронный приемопередатчик) - старейший и самый распространенный на сегодняшний день физический протокол передачи данных. Наиболее известен из семейства UART протокол RS-232 (в народе – COM-порт, тот самый который стоит у тебя в компе). Это, наверное, самый древний компьютерный интерфейс. Он дожил до наших дней и не потерял своей актуальности.
Надо сказать, что изначально интерфейс УАПП появился в США как средство для передачи телеграфных сообщений, и рабочих бит там было пять (как в азбуке Морзе). Для передачи использовались механические устройства. Потом появились компьютеры, и коды ASCII, которые потребовали семь бит. В начале 60-х на смену пришла всем известная 8-битная таблица ASCII, и тогда формат передачи стал занимать полноценный байт, плюс управляющие три бита.
В 1971 году, когда уже начался бум микросхем, Гордон Белл для компьютеров PDP фирмы Western Digital сделал микросхему UART WD1402A. Примерно в начале 80-х фирмой National Semiconductor был создан чип 8520. В 90-е был придуман буфер к интерфейсу, что позволило передавать данные на более высоких скоростях. Этот интерфейс, не претерпев практически никаких изменений, дошел и до наших дней
Физика интерфейса
Чтобы понять, что роднит и отличает разные UART-интерфейсы, разберем принцип работы самого популярного и любимого нами протокола RS-232. Дотошно расписывать все тонкости его работы я не буду. Об этом написан ни один десяток мегабайт статей, и если ты умеешь пользоваться Гуглом, то без проблем найдешь всю необходимую информацию. Но основы я расскажу, благо с ними можно уже круто всем рулить, а всякие фишки используются очень редко.
Основные рабочие линии у нас – RXD и TXD, или просто RX и TX. Передающая линия – TXD (Transmitted Data), а порт RXD (Received Data) – принимающая.
Эти линии СОМ-порта задействованы при передаче без аппаратного управления потоком данных. При аппаратном потоке задействованы еще дополнительные интерфейсные линии (DTS, RTS и пр.). Выход передатчика TX соединен с входом приемника RX и наоборот. Электрический принцип работы RS-232 отличается от стандартной 5-вольтовой TTL логики. В этом протоколе логический нуль лежит от +3 до +12 вольт, а единица от -3 до -12, соответственно. Промежуток от -3 до +3 вольт считается зоной неопределенности. Учти, что все напряжения указаны относительно корпуса компьютера, или земли. Теперь, я думаю, ты понимаешь, зачем в компьютерном блоке питания существует сразу два напряжения: -12 и +12 вольт. Они были введены специально для работы СОМ-порта.
Приём сигнала по RS-232 (взято из книги М.Гук «Аппаратные интерфейсы ПК»)
Такая большая амплитуда рабочих напряжений, целых 24 вольта, нужна в первую очередь для помехоустойчивости линий связи. По стандарту, длина кабеля, по которому у нас бегают данные, может быть 15 м. Хотя на практике люди умудрялись заставлять его работать даже на 25 м. Электрические параметры RS-232 – это главная характеристика, которая отличает его от других протоколов семейства UART.
Следующие характеристики – формат посылки и скорость передачи данных – полностью применимы ко всем видам UART и обеспечивают их совместимость через несложные схемы сопряжения.
Стандартная посылка занимает 10 бит. Но правило это распространяется только на стандартные настройки СОМ-порта. В принципе, его можно перенастроить так, чтобы он даже интерфейс One-Wire понимал. В режиме простоя, когда по линии ничего не передается, она находится в состоянии логической единицы, или -12 вольт. Начало передачи обозначают передачей стартового бита, который всегда равен нулю. Затем идет передача восьми бит данных. Завершает посылку бит четности и стоповый бит. Бит четности осуществляет проверку переданных данных. Стартовый бит говорит нам, что пересылка данных завершена. Надо отметить, что STOP-бит может занимать 1, 1.5, и 2 бита. Не стоит думать, что это дробные биты, это число говорит только о его длительности. Стоповый бит, как и стартовый, равен нулю.
Сигнал UART на экране осциллографа. Виден старт бит, данные и стоповый бит. Спасибо DIHALT за картинку
Скорость работы
Даже если тебе раньше никогда не приходилось работать с СОМ-портом, по крайней мере, в модеме ты должен знать номинальные скорости работы: 9600, 28800, 33600, 56000 и т.п. Сколько бит в секунду убегает из нашего порта? Вот смотри, допустим, скорость у нас 9600 бит в секунду. Это означает, что передача одного бита будет занимать 1/9600 секунды, а пересылка байта – 11/9600. И такая скорость для байта верна только в случае, если стоп-бит будет занимать один бит. В случае, если он занимает два стоп-бита, то передача будет 12/9600. Это связано с тем, что вместе с битами данных передаются еще специальные биты: старт, стоп и бит четности. Линейка скоростей СОМ-порта стандартизирована. Как правило, все устройства работают на трех стандартных скоростях: 9600, 19200, 115200. Но возможны другие варианты, даже использование нестандартных скоростей или скорости, меняющейся во времени, – с этим я сталкивался при разборе полетов очередного устройства.
Такой разный протокол
Видов UART существует великое множество. Я не буду перечислять их наименования, ибо, если ты владеешь английским, то сумеешь и сам нагуглить. Но самые основные не отметить нельзя! Напомню, что главное отличие интерфейсов состоит в среде и способе передаче данных. Данные могут передаваться даже по оптоволокну.
Второй по распространению интерфейс после RS-232 – это RS-485. Он является промышленным стандартом, и передача в нем осуществляется по витой паре, что дает ему неплохую помехоустойчивость и повышенную скорость передачи до 4 мегабит в секунду. Длина провода тут может достигать 1 км. Как правило, он используется на заводах для управления разными станками.
Надо сказать, что IRDA, или инфракрасная связь, которая встроена в большинство телефонов и КПК, тоже по сути является UARTом. Только данные передаются не по проводам, а с помощью инфракрасного излучения.
В SMART-картах (SIM, спутниковое телевиденье, банковские карты) – тех самых устройствах, которые мечтает похачить каждый уважающий себя фрикер – тоже используется наш любимый UART. Правда, там полудуплексная передача данных, и логика работы может быть 1,8/3,3 и 5 вольт. Выглядит так, будто RX запаян с TX на одном конце и на другом – в результате, один передает, другой в этот момент слушает, и наоборот. Это регламентировано стандартом смарт-карт. Так мы точно знаем, сколько байт пошлем, и сколько нам ответит карточка. Тема достойна отдельной статьи. В общем, запомни, что UART есть практически везде.
Устройства, которые имеют на своём борту UART, по часовой стрелке: мышка, ридер-эмулятор SMART-карт, КПК Palm m105, отладочная плата для микроконтроллера ATtiny2313 (или AT89C2051), модем.
Сопряжение интерфейсов
Я уже глаза намозолил разными интерфейсами, но как с ними работать-то? Ну, с обычным RS-232 понятно, а, допустим, с 5-вольтовым юартом как быть? Все просто: существуют различные готовые микросхемы-преобразователи. Как правило, в маркировке они содержат цифры «232». Увидел в схеме микруху с этими цифирями – будь уверен: скорее всего, это преобразователь. Через такие микросхемы с небольшим обвязом и сопрягаются все интерфейсы UART. Я не буду рассказывать о промышленных интерфейсах, а скажу о тех преобразователях, которые интересуют нас в первую очередь.
Самый известный преобразователь интерфейса – это микросхема, разработанная фирмой MAXIM, которая и получила от нее часть своего названия (max232). Для ее работы требуется четыре конденсатора от 0,1 микрофарады до 4 микрофарад и питание 5 вольт. Удивительно, что эта микросхема из 5 вольт генерирует отрицательное напряжение, чтобы сопрягать 5-вольтовый UART с RS-232.
Существуют микросхемы сопряжения USB с UART, например, микросхема ft232rl. В Ubuntu для этой микросхемы уже встроены драйвера. Для Windows их придется качать с официального сайта. После установки драйверов в системе появится виртуальный СОМ-порт, и с ним уже можно рулить различными устройствами. Советую не принимать эти микросхемы, как единственно возможные. Найдется громадное количество более дешевых и интересных аналогов, посему наседай на Гугл и поймешь, что мир UARTа – это круто.
В целом, микросхемы стоят достаточно дорого и порой можно обойтись более сложными, но зато более дешевыми схемами на паре транзисторов.
Что нам это дает?
Как ты понял, интерфейс UART присутствует во многих устройствах, в которых стоит какой-либо процессор или контроллер. Я даже больше скажу: если там стоит контроллер, то юарт есть стопудово (только он не всегда может использоваться). Как правило, по этому интерфейсу идет наладка и проверка работоспособности девайса. Зачастую производитель умалчивает о наличии этого интерфейса в изделии, но найти его несложно: достаточно скачать мануал на процессор и, где находится юарт, ты будешь знать. После того, как ты получишь физический доступ к железяке по нашему интерфейсу, можно его настроить на свое усмотрение или даже заставить работать, так как надо тебе, а не как задумал производитель. В общем, – выжать максимум возможностей из скромного девайса. Знание этого протокола дает также возможность подслушать, что же творится в линиях обмена между различными процессорами, так как часто производители организуют целые юарт-сети в своем устройстве. В общем, применений много, главное – интуитивно понимать, как это делать.
Апдейтим роутер
Намедни я намутил себе WiFi-роутер WL-520GU и, прочитав статью Step’a «Level-up для точки доступа» (][ #106), успешно установил туда Linux. Но у меня возникли проблемы с монтированием swap-раздела жесткого диска. Так появилась необходимость посмотреть лог загрузки точки доступа – подмонтировался раздел или нет – причем, как говорится, на лету, чтобы сразу вносить необходимые изменения. Шестым чувством я подозревал, что в моем роутере просто обязан быть UART. Я взял в руки крестовую отвертку и начал его разбирать. Дело тривиальное, но с заковыркой – потайные винтики находятся под резиновыми ножками (если решишь повторить, помни, что при разборе ты лишаешься гарантии). Моему взору предстала достаточно скучная плата, где все «chip-in-one»: один центральный процессор, в который включено все, внешняя оператива, флеша, преобразователь питания и рядок разъемов с кнопками. Но на плате была не распаянная контактная площадка, точнее сказать, отверстия под иголки. Их было четыре штуки. Вот он UART, это очевидно! По плате даже без мультиметра видно, что крайние иголки – это +3,3 вольта и второй – земля. Средние контакты, соответственно, RX и TX. Какой из них что, легко устанавливается методом научного тыка (спалить интерфейс очень проблематично).
Сразу хочу отметить, что интерфейс UART в каждом роутере выглядит по-разному. В большинстве случаев, это не распаянные отверстия на плате. Правда, в одном роутере от ASUS я даже встретил полностью подписанный разъем.
Собираем преобразователь
Чтобы подключить роутер к компу, необходимо сопрячь интерфейсы RS-232 с UARTом роутера. В принципе, можно подключить к USB, используя указанную выше микросхему FT232RL, – что я и сделал при первой проверке роутера. Но эта микросхема – в достаточно сложном для пайки корпусе, посему мы поговорим о более простых решениях. А именно – микросхеме MAX232. Если ты собираешься питаться от роутера, то там, скорее всего, будет 3,3 вольта, поэтому лучше использовать MAX3232, которая обычно стоит в КПК (схему распайки нетрудно найти в инете). Но в моем роутере присутствовало питание +5 вольт на входе, а указанных микросхем у меня великое множество, и я не стал заморачиваться. Для сборки нам потребуются конденсаторы 0,1 мкФ (4 штуки) и сама микросхема. Запаиваем все по традиционной схеме, и начинаем эксперименты.
Исходники для сборки
На выход я сразу повесил 9-пиновый разъем типа «папа», чтобы можно было легко подключить нуль-модемный кабель. Если ты помнишь, во времена DOSа такими кабелями делали сетку из двух компов и резались в «Дюкнюкем». Провод для наших целей собрать несложно. Правда, получится не полный нуль-модем и через него особо не поиграешь, но рулить точкой доступа будет самое то! Тебе понадобятся два 9-пиновых разъема типа «мама», корпуса к ним и провод, например, от старой мышки или клавы (главное, чтобы в нем было три провода). Сначала соединяем земли ¬- это пятый контакт разъемов; просто берем любой провод и с обоих сторон припаиваем к 5-му контакту. А вот с RX и TX надо поступить хитрее. С одного конца провода запаиваем на 3-й контакт, а с другого – на 2-й. Аналогично с третьим проводом, только с одного конца запаиваем на 2-й контакт, с другого – на 3-й. Суть в том, что TX должен передавать в RX. Прячем запаянные разъемы в корпус - и готов нуль-модемный кабель!
Распаянные иголки на плате роутера.
Для удобства монтажа в материнку роутера я впаял штырьковый разъем, а в монтажку с MAX232 – обратный разъем и вставил платку, как в слот. RX и TX роутера подбираются экспериментально.
Собраная плата
Теперь надо запитать микросхему преобразователя. Общий провод у нас присутствует уже прямо в разъеме на мамке роутера. А вот + 5 вольт находится прямо у входа питания роутера, в месте, где подключается адаптер. Точку нахождения 5 вольт определяем вольтметром, измеряя разные узлы относительно земли роутера.
Подключаем питание. Включаем и начинаем наши злостные эксперименты.
Прожигаем отверстие для вывода проводов
Распаянный СОМ-порт
Всё в сборе. Обратите внимание, что красный провод питания идёт к разъёму адаптера роутера. Узелок внутри сделан, для того чтобы рывком на оторвать припаянные провода.
Настройка терминала
Нам нужно настроить терминальную программу. В Винде все достаточно просто: запускаем Hyper Terminal, отключаем программную и аппаратную проверку данных, выставляем скорость 115200 и один стоповый бит. А вот в Линухе дело обстоит чуть хитрее. У меня Ubuntu, и рассказывать буду про нее. Для начала разберись, как в твоей сборке именуется СОМ-порт. В моем случае СОМ1 был ttyS0 (если использовать к примеру микросхему FT232, то он будет именоваться ttyUSB0). Для работы с ним я использовал софтинку minicom.
Запускай ее с параметрами: minicom -l -8 -c on -s. Далее выбирай «Настройки последовательного порта»:
Последовательный порт /dev/ttyS0
* Скорость/четность/биты 115200 8N1
* Аппаратное управление потоком - нет
* Программное управление потоком - нет
Сохраняем настройки. Софтина попробует проинициализировать модем - не обращай внимания. Чтобы вызвать меню, нажми
Настройка
Я не рекомендую подключать микросхему преобразователя к роутеру, дабы проверить ее функционал. Допускается только брать с него питание. Проверка проходит очень просто - необходимо перемкнуть RX с TX. Сначала перемыкаешь в СОМ-порте 2-й и 3-й контакт - проверяешь настройки терминалки. Пишешь что-то на клаве: если символы возвращаются, значит, все ОК. Также проверяешь кабель, те же контакты. Потом подключаешь микросхему, и уже у нее на выходе ставишь перемычку. Я заостряю на этом внимание, потому что, например, у меня возникли проблемы, и ничего не работало, пока я все не проверил и не нашел ошибку.
После всех настроек можешь смело цеплять к роутеру и искать RX-TX на роутере, периодически выдергивая из него питание. Если все сделано правильно, то при подаче питания ты увидишь лог загрузки роутера. Принимай поздравления, теперь у тебя полный аппаратный рут, так, будто ты сидишь за монитором с клавой роутера.
Лог загрузки роутера в программе minicom
Автономное плаванье
Согласись, делать через терминальную программу то же самое, что удобнее сделать через SSH – не айс. Мне хотелось превратить роутер в автономный Linux-компьютер, со своей хитрой архитектурой. Для этого нужно, чтобы данные с клавиатуры передавались по UART, и по нему же выводились на монитор. Паять и разрабатывать устройство было лениво. Тогда-то и пришла идея заюзать для этих целей пылящийся без дела КПК. По сути, наладонник будет исполнять роль контроллера клавиатуры и дисплея, ну и служить сопряжением интерфейсов.
Сначала я попробовал древнейший Palm m100. Но, видимо, у него очень маленькая буферная память, и от количества данных, которые идут с роутера, ему становилось плохо. Я взял другой - промышленный КПК, с нормальным СОМ-портом и терминалкой. Подключил, вставил в док и, в результате, получил небольшой линукс-компьютер. В принципе, вместо дорогущего промышленного КПК подойдет большинство наладонников, работающих под операционкой WinCE, главное – найти подходящий терминальный софт.
Линукс компьютер:)
Итоги
Итак, я показал небольшой пример использования UART. Если ты вкуришь в этот протокол, то поверь, станешь просто повелителем различных железок. Есть он практически везде, и через него можно сопрягать, казалось бы, совершенно разные вещи. К примеру, к тому же роутеру при небольших настройках подключается мобильный телефон по юарту, – и раздает с него интернет. В общем, применений куча. Не бойся экспериментировать, самообразовываться и реализовать свои идеи.
Этот пост является отредактированной для хабра версией моей статьи в Хакере № 05/09 «Главный инструмент фрикера».
Литература:
1. Михаил Гук «Аппаратные интерфейсы ПК» - просто студенческая библия по персоналке.
