USB, LAN, Wi-Fi или портативен осцилоскоп?

COM и LPT

В зората на персоналните компютри основните интерфейси за комуникация с периферни устройства бяха т. нар. Сериен порт (Communication Port, COM) и Паралелен порт (Line Printer Terminal, LPT). Както подсказва самото им име, при серийния интерфейс битовете текат последователно, един след друг, докато при паралелния порт те се предават едновременно. В първия случай имаме по-малко проводници (COM използва 9-пинов конектор), но трансферът на данни е по-бавен, докато във втория случай трансферът е много по-бърз, но и проводниците са повече (LPT използва 25-пинов конектор). Важното при тази по-стара технология за комуникация е, че тези портове са свързани директно към портовете на централния процесор (CPU) и работят на принципа на прекъсванията. Какво означава това? Всеки път, когато на определен вход на процесора се появи цифров фронт породен от наличието на пакет с данни чакащ да бъде приет или предаден, централният процесор прекъсва своята работа и обработва пакета, след което се връща към мястото до прекъсването и продължава с изпълнението на инструкциите по-нататък. Този механизъм е осигурен от самия хардуер. Това гарантира, че данните се предават винаги и се обработват както трябва. Затова при този вид комуникации е характерен безпроблемният трансфер на данните и липсват неприятните зависвания, които понякога смущават работата на по-модерните интерфейси, като USB или LAN.

Описаната архитектура има и една съществена отрицателна страна. Централният процесор остава без защита за външни въздействия през пиновете на серийния и паралелния порт. Достатъчно е едно докосване с ръка на някой от портовете и насъбраното статично електричество (например от събличане на дреха или просто от търкането на ръката в облеклото) ще повреди безвъзвратно компютъра. В онази епоха персоналният компютър беше много по-просто устройство в сравнение с днешно време и затова нямаше толкова добри защити, каквито притежават сегашните компютри.

В автомобилните среди са добре познати примери за диагностични осцилоскопи от близкото минало, изполващи комуникация чрез паралелен порт и по мнението на сервизните специалисти са наистина добри и надеждни инструменти. Много от тях и досега се използват успешно в диагностиката и обслужването на коли.

USB

Поради гореописаните недостатъци на серийния и паралелния порт (а и поради много други причини), през годините са разработени по-съвременни интерфейси за комуникация между персоналния компютър и външните устройства. Най-използваният в наши дни е USB интерфейсът, който напрактика се е превърнал във вездесъщ стандарт при модерните компютри. Universal Serial Bus (USB) или Универсална Серийна Шина е разработен в края на 90-те години на миналия век от специално сформиран международен консорциум, в който влизат някои от най-големите световни производители на компътърна техника и софтуер по онова време. Интерфейсът е специално предназначен за свързване на множество външни устройства към персоналния компютър. Вътрешно е базиран на PCI интерфейса и работи като абстрактен драйверен стек върху основния PCI драйвер. Много от съвременните автомобилни цифрови осцилоскопи използват USB интерфейса.

Като негови най-важни предимства могат да се посочат:

• Висока скорост на трансфер на данните, достигаща до 10 Gb/s.
• Малко на брой проводници в свързващия кабел (интерфейсът е сериен).
• Осигурено захранване на външните устройства през кабела. USB стандартът предвижда захранване от +5 V, 500 mA при всеки порт.
• Вградена защита от късо съединение по захранването.
• Здрав и надежден конектор, позволяващ многократно включване и изключване на външното устройство. Последното е много важно, когато говорим за работа в индустриална среда, какъвто е случаят с автомобилните осцилоскопи.

Сред най-важните му недостатъци са:

• Нуждата от специален драйвер за работа с повечето видове периферни устройства. В случая при цифровите осцилоскопи, използвани в модерната автомобилна диагностика, той е задължителен.
• Ограничена дължина на кабела до 5 m, като при последните стандарти е дори по-кратка. Дължи се на факта, че USB интерфейсът по същество е диференциална шина по напрежение и поради огромните скорости на трансфер е чувствителен към външни електромагнитни смущения.
• Липсата на вградена галванична изолация. Последното налага разработването на специална галванична защита при всяко външно устройство, когато това е необходимо. Като пример могат да бъдат посочени нашите автомобилни осцилоскопи BOSA. Повече за галваничната изолация при тях и за техническите им параметри можете да прочетете от страницата с описание на хардуера на осцилоскопите.

LAN

Както самото наименование подсказва, Local Area Network или съкратено LAN, е интерфейс предназначен за свързване на компютрите в локална мрежа, като тази в домовете или в офис сградите. Най-използваната в наши дни технология за осъществяването на LAN е Ethernet. Широката употреба на LAN интерфейса в днешните компютри прави съвсем разбираем неговия избор, като възможна технология за комуникация между персоналния компютър и външните устройства.

Като негови основни предимства могат да бъдат посочени:

• Висока скорост на трансфер. За най-разпространения в момента стандарт (Fast Ethernet, IEEE 802.3u) тя достига 100 Mb/s, като може да достигне до 10 Gb/s (10 Gigabit Ethernet, IEEE 802.3ae). Видно е, че е сравнима с тази при USB интерфейса. Това е съвсем разбираемо, като се има предвид факта, че и двата интерфейса са съвремени и използват максимално възможностите на модерния хардуер. Просто софтуерните архитектури в основата им са различни.
• Не се нуждае от инсталиране на специални драйвери. Базиран е на TCP/IP архитектурата, която е в основата на целия Интернет. От тук, всяка съвременна операционна система поддържа софтуерен TCP/IP драйверен стек, който може да се използва направо от устройствата.
• Дължината на кабела може да достигне 100 m. Дължи се на факта, че хардуерно е реализиран като токов кръг и е много по-устойчив на външни смущения.
• Вградена галванична защита в LAN конектора.

Сред базовите му недостатъци са:

• Липсва захранване по LAN кабела. Това налага използването на допълнителни кабели за захранване на периферните устройства или на батерии, било то акумулаторни или за еднократн аупотреба, с цялото произтичащо от това усложняване и оскъпяване на изделието.
• Конектор с много малка здравина, предназначен за работа в статична среда. Работата е там, че LAN интерфейсът е предвиден за свързване между отделните компютри и не предполага чести цикли на включване/изключване. Допълнително изисква и неподвижност при работата си, и затова не е подходящ при непрекъснато движещи се и подложени на вибрации устройства, какъвто именно е случаят с автомобилните осцилоскопи използвани в сервизната диагностика.
• При прекъсване на комуникацията в следствие на възникнали смущения, изисква по-дълго време за възстановяване на нормалния режим на работа на периферното устройство.

И още нещо важно. Съществува мнение, че LAN интерфейсът, за разлика от USB, не прекъсва и не позволява на външното устройство да зависне. Това не е точно така. Нека отново напомним, че Ethernet технологията стои в софтуерно отношение върху TCP/IP архитектурата, която пък от своя страна, движи целия Интернет. Така TCP/IP протоколът е много търпелив по отношение на предаването на пакетите с данни. Неговата задача е да намери заявената от крайния потребител количество информация и да му я достави в пълнота. Например, ако искате да отворите в браузъра си някаква уеб страница, която се намира на сървър в другия край на света, TCP/IP технологията е тази, която поема отговорността да я открие и да ви я достави, така че да я разгледате на екрана си. По пътя до вашия компютър или смартфон, информацията преминава през много други сървъри и рутери, където може да възникнат какви ли не ситуации, които да забавят предаването на пакетите с данни. Дори и тези посредници да работят перфектно в хардуерно отношение, забавяне или блокиране на преносът може да възникне поради претоварване на сървърите с много заявки и задръстване на потока през рутерите. Наистина, Интернет е глобална мрежа с чудовищни размери и невероятно количество информация съхранено в нея!

Затова TCP/IP технологията е създадена не с едно на ум, а с много наум за подобен род проблеми. По подразбиране в настройките си, тя поглъща възникналите неприятни ситуации при трансфера на данните и не бърза да издаде съобщение на екрана на крайния потребител. Просто чака и се опитва да достави пакета. Спомнете си колко пъти сте стояли търпеливо пред екрана, в очакване да се покаже някаква страница. А тя не идва, защото има проблем с връзката. Да, в този момент, от вашата гледна точка на краен потребител, цялата Ethernet технология е зависнала и вие не можете да направите нищо. Същото е и в случая на периферно устройство, като цифров осцилоскоп, изполващ LAN свързване към компютъра. Ако възникне проблем с връзката, а това се случва понякога, преносът на данни спира и картината на екрана замръзва, дори и за дълго време от порядъка на десетки секунди. Съгласете се, че това не е никак приятно за крайния потребител. И чак когато връзката се възстанови, измерването продължава и екрана отново оживява.

По-различен е случаят с USB интерфейса. Разликата идва от факта, че USB е замислен да свързва периферни устройства, намиращи се физически близо до компютъра и най-често, свързани директно към него. Ако възникне прекъсване в трансфера на данни, това най-вероятно е сигнал за възникнал хардуерен проблем, а не просто претоварване на интерфейса. За пример може да дадем използването на USB диагностичен осцилоскоп за наблюдение на картините във вторичната верига на запалването при бензинови двигатели. Поради високочестотните импулси в измервания сигнал, могат да се индуцират смущения, блокиращи нормалната работа на микроконтролера, а от там и преносът на данни по USB. В този случай причината е чисто хардуерна. Затова и правилно, USB интерфейсът подава изключение и потребителят вижда на екрана си съобщение за грешка. След стартиране на измерването отново, работата на осцилоскопа продължава в нормален режим.

По-големият проблем е, ако осцилоскопът няма галванично разделяне на USB интерфейса. Тогава високочестотните смущения могат да достигнат самия компютър и да предизвикат по-сериозни проблеми, изискващи рестарт на операционната система. Точно, за да се избегнат подобен род неприятни ситуации, в автомобилните диагностични осцилоскопи BOSA е предвидена пълна галванична изолация на USB интерфейса, както по линиите за данни, така и по захранването. Прочетете повече за вътрешната архитектура на осцилоскопите BOSA.

Wi-Fi

Казано с най-малко думи, Wi-Fi е безжичeн вариант на Ethernet технологиите. Е добре де, не е точно същото като Ethernet, но върши подобна работа използвайки не кабели, а електромагнитни вълни. С масовото навлизане във всекидневния ни живот на таблетите и смартфоните и разпространението на мобилния интернет, всички свикнахме с удобството на безжичните устройства и комуникации. Съвсем естествено се появи и използването на Wi-Fi технологията за връзка между периферните устройства и компютрите, било то настолни компютри, лаптопи, смартфони или таблети. Модерните автомобилни осцилоскопи не правят изключение от тази тенденция и много производители предлагат на пазара различни варианти на диагностична апаратура използваща безжични технологии.

Нека изброим някои от най-важните предимства на Wi-Fi интерфейса:

• Отсъствие на свързващи кабели. Комуникацията протича чрез радиовръзка.
• Възможност за свързване с периферното устройство от компютър, таблет или смартфон. Съответно и по-голяма гъвкавост при работа с подобна техника.
• Естествена галванична изолация.

Сред основните недостатъци бихме споменали:

• Невисока скорост на трансфер. В сравнение с кабелния Ethernet или USB, Wi-Fi комуникациите са в пъти и дори десетки пъти по-бавни.
• Връзката е много несигурна, често е накъсана или пропада изцяло. Податлива е на електромагнитни смущения от произволен характер. Това затруднява работата с Wi-Fi устройствата в индустриална среда, какъвто е случаят с автомобилните сервизи.
• Липсва захранване. И както е при LAN интерфейса, това налага използването на допълнителни кабели за захранване или батерии.

Вижте техническите спецификации на нашите автомобилни осцилоскопи.

Портативни осцилоскопи

Във всички разгледани досега интерфейси винаги говорихме за връзка между периферното устройство и компютъра, независимо дали става дума за персонален компютър, лаптоп, таблет или смартфон. Съществува и един отделен клас диагностична апаратура. Това са т.нар. портативни (handheld) устройства, които са много разпространени в съвременното сервизно обслужване на автомобилите. При тях липсва компютъра, а повечето от неговите задачи се поемат от самото устройство.

Като най-важни техни предимства можем да посочим:

• Липсва изискването за наличие на компютър и свързаните с него разходи.
• Лесна и удобна работа. Портативните устройства могат да бъдат пренасяни свободно и използвани дори и в труднодостъпни места.
• Липсват проблемите със зависването, характерни за другите комуникационни интерфейси.

Като главни недостатъци се открояват:

• Усложняване и оскъпяване на хардуера. Това, което притежава компютърът, като процесорна мощ, изчислителна бързина, голяма налична памет и дисково пространство, несравними графични способности, удобна потребителска среда, операциона система, стандартни входно/изходни интерфейси, като клавиатура, мишка или сензорен екран, тук липсват и разработчиците трябва сами да осигурят техни заместители. Това не е лесна задача и със сигурност повишава значително цената на устройството. Разработката на подобна апаратура често е вид компромис между крайната цена и качеството на използваните компоненти. Като пример, в автомобилната диагностика са доста разпространени портативни осцилоскопи с малки екрани, с ниска разделителна способност, а в много от случаите и монохромни, чието качество на картината и удобство за работа едва ли могат да се нарекат добри.
• Затруднено съхраняване на база данни от измерванията. Поради това е необходим допълнителен интерфейс към SD карта или USB флаш памет за съхранение на записаната при измерванията информация.
• Необходимост от външно захранване или вътрешна акумулаторна батерия. В последния случай се налага усложняване на хардуера заради електронните компоненти управляващи процеса на зареждане на батериите.

Въпреки изброените недостатъци, портативните диагностични осцилоскопи имат своето заслужено място в сервизното обслужване на автомобилите и са добре познати сред професионалистите в бранша.

Голямото разнообразие от съвременни технологии правят изборът на диагностична апаратура нелек процес, изискващ внимателен подход и разбиране. Доброто познаване на комуникационните компютърни интерфейси е важна предпоставка за взимане на правилното решение при този избор.

Нучете повече за възможностите, работните режими и настройките за измерване при автомобилния диагностичен софтуер StudioBOSA. На страницата на нашата библиотека можете да прочетете повече за накои интересни научни изследвания, които провеждаме. Обадете ни се, ако имате още въпроси към нас.