Лабораторна робота № 4 Програмна обробка сигналу з usb-відеокамери
Мета: ознайомитися з принципами роботи пристроїв, які під’єднуються до шини USB; вивчити способи програмної обробки сигналу з USB-відеокамери.
Завдання: згідно варіанту отримати за допомогою USB-відеокамери та програми „USB_Video_11s” зображення відповідних геометричних фігур, виконати розпізнавання кольору, форми та орієнтації фігури, вивчити принципи використання USB-пристроїв.
Обладнання: відеокамера „G-Cube GWL-835B”, тримач відеокамери, персональний комп’ютер.
Програмне забезпечення: програма „USB_Video_11s”, середовище програмування Delphi.
1. Теоретичні відомості
1.1. Шина usb
Універсальний послідовний інтерфейс USB (Universal Serial Bus) дозволяє під’єднувати до комп’ютера всі сучасні периферійні пристрої [1-3]. Створено наступні версії інтерфейсу (шини) USB:
1996 р. – інтерфейс USB 1.0; низькошвидкісний (LS, Low-Speed); швидкість передачі даних 1,5 Мбіт/с;
1998 – USB 1.1; повношвидкісний (FS, Full-Speed), 12 Мбіт/с (передача аудіо потоку);
2000 – USB 2.0; високошвидкісний (HS, High-Speed), 480 Мбіт/с (передача відеопотоку);
2004 – Wireless USB, безпровідний зв’язок, 480 Мбіт/с (до 10 м).
Практично єдиним конкурентом USB є шина FireWire, проте вони реалізують різні схеми під’єднання: FireWire реалізовує схему „Майстер-Майстер”, а USB – „Майстер-Ведений”.
Шина USB розроблялася для домашній користувачів, тому вона забезпечує з’єднання на досить короткій відстані. У більшості випадків USB – мережа для одного комп’ютера.
Архітектура USB передбачає під’єднання до комп’ютера одного чи кількох пристроїв. Комп’ютер є головним пристроєм і називається хостом (рис. 1.1). Для з’єднання комп’ютера і пристрою використовують хаб. Комп’ютер має вбудований хаб, який називається кореневим.
Рис.1.1. Архітектура USB
Фізична архітектура USB (рис. 1.2) визначається наступними правилами:
Пристрої під’єднуються до хоста.
Фізичне з’єднання виконується по топології багатоярусної зірки, вершиною якої є кореневий хаб.
Допускається 5 рівнів каскадування хабів (крім кореневого)
Деталі фізичної архітектури приховані від користувачів, тому логічна архітектура USB – звичайна зірка, центром якої є програмне забезпечення, а вершинами – набір кінцевих точок (рис. 1.3).
Шина USB складається з наступних елементів:
Хост-контролер (Host Controler) – головний контролер шини, входить до складу системного блоку ПК.
Пристрій (Device) – це хаб, функція або їх поєднання.
Порт (Port) – точка під’єднання.
Хаб (hub, концентратор) – пристрій, що забезпечує додаткові порти (розгалужує шину). Хаб розпізнає під’єднання і від’єднання пристроїв, конфігурує швидкість передачі і струм споживання пристроїв.
Кореневий хаб (Root Hub) – хаб, що входить до складу хоста.
Функція (Function) – периферійний пристрій, здатний приймати і передавати інформацію по шині USB. Перед використанням функція повинна бути конфігурована хостом.
Логічний пристрій (Logical Device) – набір кінцевих точок.
Кінцева точка - найменша частина пристрою, що має унікальний ідентифікатор.
Рис. 1.2. Фізична архітектура USB Рис. 1.3. Логічна архітектура USB
(рівні нумеруються зверху вниз,
рівень кореневого хаба – 0)
Відносно живлення є три класи USB пристроїв:
Мале споживання (менше 100 мА – 1 блок).
Не більше 100 мА при включенні і не більше 500 мА (5 блоків) в робочому режимі.
З власним блоком живлення.
Якщо на шині відсутня активність 3 мс, то пристрій переходить в режим малого енергоспоживання (500 мкА).
Існує чотири типи передач по шині USB:
Керуючі передачі (для конфігурування мережі).
Передачі масивів даних (низький пріоритет, використовуються принтерами і сканерами).
Передачі по перериваннях (маніпулятор миша, клавіатура та ін.).
Ізохронні передачі (в режимі реального часу, передача аудіо- та відеопотоку).
Довжина з’єднання між пристроями – до 5 м, тому для п’яти хабів максимальна відстань – до 30 м. До шини дозволяється під’єднання до 127 функцій (адреса функції – 7 біт) та 16 кінцевих точок для кожної функції (адреса кінцевої точки – 4 біт).