CC BY
12
20. Separating the Wheat from the Chaff: How to Tell the Good Sites from the Bad, http://school.discovery.com/schrockguide/chaff.html, перегляд 06.04.2008.
21. Teaching Web Evaluation, http://lrs.ed.uiuc.edu/wp/credibility/page4.html, Date Last Modified: 7/01/2002 by Valarie Pozen, перегляд 05.09.2007.
22. 21CIF Lesson Plans and Action Research Repository, http://21cif.imsa.edu/resources/lessondb, перегляд 12.10.2007.
Олег ПУСТОВИЙ, АнатоЛй ШМОРГУН
РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНО1 РОБОТИ, ПРАЦЮЮЧО1 В РЕЖИМ1 ON-LINE ЧЕРЕЗ USB-ШТЕРФЕЙС
У cmammi наведено алгоритм програми для USB мтроконтролера, який пристосовано до лабораторной роботи, працюючог в режимм on-line. Показано переваги USB шини перед шиною RS-232 та май-буттй розвиток цього напрямку.
Бурхливий розвиток шформацшних технологш зумовив широке використання !х в освт. Стосовно лабораторних практикумiв, викладачами створюються в основному вiртуальнi лабо-раторт роботи. Можна навести лише поодиною приклади створення реальних лабораторних робiт, в яких використовуеться комп'ютер для реестрацп та обробки експериментальних даних. Навiть у всесвпньо вiдомiй фiрмi PHYWE з 321 лабораторно! роботи менше 10% спряжено з комп'ютером.
Переxiд на Болонську систему вимагае збiльшення обсягу матерiалу, який студенти ма-ють опрацьовувати самостiйно. Якщо лабораторнi практикуми курсу загально! фiзики методично необхвдно виконувати студентам безпосередньо в лабораторп, то спецпрактикуми на старших курсах iнодi доцiльно виконувати дистанцшно.
У Чернiгiвському державному педагогiчному утверситет iменi Т. Г. Шевченка впродовж десяти роюв iснуе лабораторний практикум з фiзики рiдкиx кристалiв. Рашше для з'еднання лабораторно! роботи з комп'ютером використовували шину RS232, а зараз для одше! з робгт [1. 397-398] авторами розроблено USB-пристрш на основi АТ89С5131.
Шина USB з'явилась на початку 1996 року як спроба виршення проблеми рiзноманiтнос-т iнтерфейсiв. На той час персональт комп'ютери були обладнанi великою кшьюстю зовшш-нix iнтерфейсiв, яю були кориснi та необxiднi, але мали один недолж: всi вони потребували свого специфiчного з'еднання i видiленого апаратного переривання.
Перша специфжащя USB [2, 9-11] (версiя 1.0) була опублжована на початку 1996 року, а восени 1998 року з'явилась специфжащя 1.1, що виправляла проблеми першо! редакци. Навеснi 2000 року була опублжована версiя 2.0, де пропускна здатнiсть шини збшьшувалась в 40 разiв. Так, специфжаци 1.0 i 1.1 забезпечують роботу на швидкост 12 Мбiт/с i 1,5 Мбiт/с, а специфь кащя 2.0 — на швидкостi 480 МбпУс. При цьому передбачена зворотна сушсшсть USB 2.0 c USB 1.x, тобто «старЬ> USB 1.x пристро! будуть працювати з USB 2.0 контролерами, але на швидкост 12 МбпУс.
Даний пристрiй мае багато переваг, а саме:
• можливкть легко тдключати периферiйнi пристро!;
• дешеве рiшення, що дозволяе передавати дат зi швидюстю до 12 МбпУс для USB 1 .х i 480 Мбiт/с для USB 2.0;
• повна тдтримка в реальному чаи голосових, аудю- та вiдео потоков;
• гнучюсть протоколу змшано! передачi iзоxронниx даних i асинхронних повiдомлень;
• штеграцш з новими пристроями;
• охоплення всix можливих конфiгурацiй конструкций ПК;
• забезпечення стандартного iнтерфейсу;
• створення нових клас1в прилад1в, що розширюють ПК;
Науков1 записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №7
107
Специфiкацiя USB визначае наступт функцiональнi можливостi iнтерфейсу:
> простота використання для кiнцевого користувача:
• простота кабельно! системи i тдключень;
• пристро! iдентифiкуються i конф^уруються автоматично;
• приховуються подробицi електричного пiдключення вiд кiнцевого користувача;
• динамiчне пiдключення i переконфiгурування перифершних пристро!в;
> широкi можливостi роботи:
• пропускна здатнiсть вiд кшькох Кбiт/с до кiлькох Мбiт/с;
• тдтримка одночасно як iзохронноl, так i асинхронно! передачi даних;
• тдтримка одночасних операцiй з багатьма пристроями (multiple connections);
• тдтримка до 127 пристро!в на шит;
• передача рiзноманiтних потокiв даних i повiдомлень;
• пiдтримка перифершних пристро!в, що виконують кiлька функцш;
• низьк накладнi витрати передачi даних;
> рiвномiрна пропускна здаттсть:
• гарантована пропускна здатнiсть i низькi затримки голосових i аудю даних;
• можливiсть використання вЫе! пропускно! смуги;
> гнучкiсть:
• тдтримка рiзних розмiрiв пакетiв, що дозволяють настроювати функцп буфериза-ци пристро!в;
• можливiсть настройки стввщношення розмiру пакета i затримки даних;
• керування потоком (flow control) даних на рiвнi протоколу;
> надiйнiсть:
• контроль помилок i вiдновлення на рiвнi протоколу;
• динамiчне додання i видалення пристро!в прозоре для кiнцевого користувача;
• тдтримка вдентифжацп непрацюючих пристро!в;
• виключення можливостi неправильного з'еднання пристро!в;
> вигода для розробникiв:
• простота реалiзацil i впровадження;
• об'еднання з архiтектурою Plug and Play;
> дешева реалiзацiя:
• дешевi канали зi швидкiстю роботи до 1,5 Мбгг/с;
• оптишзащя для штеграцп з периферiею;
• дешевi кабелi i з'еднання;
• використання випдних товарних технологiй.
> можливiсть простого оновлення.
Майже вм поставленi задачi були вирiшенi, i навеснi 1997 року з'явились комп'ютери, обладнат з'еднаннями для пiдключення USB пристро!в.
Для спряження комп'ютера з лабораторною роботою автори вибрали мжроконтролер Atmel AT89C5131 з декiлькох причин. По-перше, це недорогий, але достатньо швидкодгочий мiкроконтролер з широко вщомим ядром 8051, що мае 6 кшцевих точок. По-друге, для реалiза-цil схеми потрiбний мiнiмум додаткових пристро!в. Важливим е i наявтсть безкоштовного асемблера, компiлятора мови С, програматора i драйверiв для Windows/Linux. Дуже зручною е можливiсть програмування мiкроконтролера не по SPI, а «напряму» по USB-каналу.
AT89C5131 мктить спецiальний апаратний модуль, який дозволяе йому забезпечувати обмiн даними по USB. Для цього необхвдт опорт синхроiмпульси з частотою 48МГц, яю гене-руються контролером синхронiзацil. Щ синхроiмпульси використовуються для формування та-ктових iмпульсiв з частотою 12 МГц iз прийнятого диференцiального потоку даних USB i пере-
108
Науков1 записки. Сер1я: Педагог1ка. — 2008. — №7
дачi даних на велиюй швидкостi, що вiдповiдае вимогам до USB пристро!в. Формування синх-роiмпульсiв виконуеться цифровою системою ФАПЧ (DPLL, Digital Phase Locked Loop). Кое-фщент пропорцiйностi задаеться бiтами USBCDx регiстра USBCLK.
Для реалiзацil основно! програми автори використали основний алгоритм програми мж-роконтролера [2, 183-235].
На початку роботи програми викликаеться функщя Usblnit. Ця функцiя достатньо проста i полягае у виконанш наступного алгоритму:
1. Iнiцiалiзацiя змшних.
2. Iнiцiалiзацiя внутрiшнього генератора.
3. Увiмкнення USB-iнтерфейсу.
4. Iнiцiювання процесу нумерацп (для цього USB-пристрiй ввдключаеться вiд шини i тд-ключаеться знову не ранiше нiж через 5мс).
5. Конфiгурування нульово! юнцево! точки (нульова кiнцева точка конфшуруеться як управляюча).
6. Обнулення нульово! юнцево! точки (reset).
7. Дозвш переривань вiд нульово! юнцево! точки (при цьому переривання не викликаеться, осюльки бiт IE обнулено, але ввдповщш бiти в регiстрi UEPINT виставляються).
Пiсля виконання цих операцiй USB-пристрiй готовий до конфшурування через канал нульово! юнцево! точки.
Шсля iнiцiалiзацil програма цимчно виконуе обробку сигналiв побудки, переривань, обнулення i т.д. При цьому контролюеться виникнення переривань ввд кiнцевих точок за допомо-гою перевiрки регiстра UEPINT. Звичайно, основний цикл можна замшити на пустий, а всю роботу перенести в обробники переривань, але лшйна структура програми бшьш зручна i зрозу-мiла.
У програмi ми читаемо 8 байлв запиту i згiдно з його кодом виконуемо виклик того чи шшого обробника. Ви байти запиту зберiгаються у спещальному буферi, описаному таким чином, щоб можна було легко отримати доступ як до окремих байпв, так i до полш запиту.
Важливо вiдмiтити, що коли запит не тдтримуеться USB-пристроем, то для нього обов'язково мае бути виконана процедура вдаилення STALL(), як, наприклад, у гшщ default.
Найскладтший обробник — обробник запиту GET_DESCRIPTOR. Для обробки цього запиту слвд виконати наступну послiдовнiсть дiй:
1. Визначити тип дескриптора вiдповiдно до старшого байту поля wValue.
2. В залежност вiд типу дескриптора отримати вказiвку на потрiбну структуру (pbuffer) i розмiр блока даних, що передаеться (data_to_transfer).
3. Роздшити данi, що передаються, на блоки розмiром максимального пакету (константа EP_CONTROL_LENGTH).
4. Виконати поблочну передачу даних хосту.
Основна складнiсть полягае у роздiленнi пакета на блоки по EP_CONTROL_LENGTH байт. При цьому якщо розмiр пакета буде кратним цьому числу, то необхвдно додатково пере-дати порожнш пакет, що повiдомляе хост про завершення передачi даних.
Функцй опрацювання iнших пакетiв е значно простшими.
Опрацювання запиту GET_CONFIGURATION зводиться до передачi номера поточно! конфшурацп, що зберiгаеться у змiннiй usb_configuration_nb. Цей номер зберiгаеться при опра-цюваннi запиту SET_COFIGURATION. Окрiм збереження номера поточно! конфшурацп в об-робнику SET_CONFIGURATION мае вiдбуватись iнiцiалiзацiя iнших кiнцевих точок, якщо вони юнують.
Запит GET_STATUS дозволяе визначити стан USB-пристрою, iнтерфейсу чи юнцево! точки. Стан, що повертаеться по запиту GET_STATUS, представляе собою 2 байти, один з яких повертае жт^бну iнформацiю, а другий зарезервований i завжди рiвний нулю. Стан USB-пристрою визначае його реакщю на сигнал побудки i тип живлення, стан штерфейсу зарезерво-вано i завжди рiвний нулю, а стан к^нцево! точки поки таоруеться.
За допомогою запиту SET_ADDRESS хост передае USB-пристрою його адресу на шиш USB. Починаючи з моменту отримання цього запиту, USB-пристрш може ввдповвдати хосту,
Науков1 записки. Сер1я: Педагог1ка. — 2008. — №7
109
лише якщо хост звертаеться за щею адресою. На отримання свое! адреси USB-пристрiй мае вь дповiсти установкою прапорця «пристрiй адресовано».
У процес опису дескрипторш слвд пам'ятати, що двобайтовi числа мають описуватись «навпаки», тобто спочатку молодший байт, потам старший. Для зручност запису можна вико-ристовувати спещальний макрос wSWAP.
Отже, по запиту дескриптора конфтурацп повертаються дескриптори конфтурацп, тте-рфейсiв i кiнцевиx точок.
Залишаеться зiбрати увесь код, вщкомпшювати i завантажити на мiкроконтролер. Шсля подачi сигнала Windows мае знайти новий пристрш та почати пошук i установку драйверiв.
Довгий час USB 2.0 був одним iз найбiльш популярних iнтерфейсiв, але нещодавно була сформована група USB 3.0 Promoter Group, яка займаеться розробкою ново! версп популярного iнтерфейсу. До ще! групи увiйшли спiвробiтники таких вщомих компанiй як Microsoft, Intel, Hewlett-Packard i NEC.
В Intel стверджують, що ткова продуктивнiсть USB 3.0 сягне 5 ГбпУсек. Новий стандарт тдтримуватиме довшi сполучнi кабел^ а також буде обернено сушсним з усiма попереднiми USB. Першу реалiзацiю стандарту буде виконано на апаратному рiвнi у виглядi окремих мiкро-схем.
За рахунок пiдвищення швидкост порту, до нього можна буде тдключати все бiльше пристрош, причому високошвидкiснi пристро!, такi як зовшшш жорсткi диски, флеш-карти, вь деокамери можна буде через концентратор тдключати до одного фiзичного роз'ему i його сму-ги пропускання буде достатньо для роботи вЫх пристро!в одразу.
единий мiнус, який так i залишився у USB, — це високий ввдсоток завантаження проце-сора комп'ютера. Але розробники стверджують, що швидюсш характеристики USB 3.0 дозво-ляють пожертвувати частиною вшьних ресурсiв.
Поеднання розробленого авторами пристрою з USB 3.0, який розробляеться, дае перспек-тиви на майбутне i дозволяе розробляти вiдповiдне програмне забезпечення для лабораторних робiт, яю можуть працювати в режимi on-line через USB-штерфейс.
Л1ТЕРАТУРА
1. Гриценко М. I., Кучеев С. I., Пустовий О. М. Дослщженя холестерико-нематичного переходу в оп-тичшй ко]шрщ клиновидно! форми., Матерiали дев'ято! ¡шжнародно! конференцй' «ФИЗИКА В СИСТЕМЕ СОВРЕМЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» (ФССО — 07), м. Санкт-Петербург, 4-8 червня 2007 р. — т. 1. — С. 397-398.
2. Агуров П. В. Практика программирования USB. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 624 с.
Тетяна Б6ЛЯВЦЕВА, Оксана МЕНЬШИКОВА ЗАСТОСУВАННЯ 1Т ТЕХНОЛОГ1Й НА УРОКАХ В ПОЧАТКОВ1Й ШКОЛ1
Розглянутi рiзнi аспекти впровадження тформатики та 1Т технологш в початкову школу. Наведет приклади використання комп 'ютерних презентацш, вжторин, кор на уроках з тформатики, математики, природознавства, укратськоЧ та англшськог мови, охорони здоров'я, малювання, читання. Приведем варiанти до^дницьких проектiв для молодших школярiв.
У сучасному суспiльствi стрiмко зростае кшьюсть шформацп i, внаслщок цього, житте-вою необхщшстю для кожного стае умшня отримувати, переробляти i збертати !!. В цьому сени курс тформатики та тформацшних технологш ввдграе особливу роль. На сьогодтшнш момент в свт iнформацiйниx теxнологiй, що вивчаеться у загальноосвгшш школi, використо-вуються все бшьш складнi, наукоемкi моделi взаемодп «людина — комп'ютер». Першорядною метою викладача тформатики та тформацшних технологш е, не тшьки довести до кожного учня суму знань i умшь, але i розвинути навички професiйноl роботи iз застосуванням тформацшних технологш. Навчання повинне бути направлене на закршлення i розвиток у учтв зда-тностi засвоювати в оргатчнш едностi природничонауковi та гуматтарт знания. Необxiдними завданнями у викладант iнформатики i iнформацiйниx технологш повинт бути: освоення уч-нями сучасних iнформацiйниx теxнологiй, зокрема шляхом оргатзацп продуктивно! працi уч-
110
Науков1 записки. Сер1я: Педагог1ка. — 2008. — №7
