Compréhension des protocoles série

Exemples de protocoles série

Les protocoles série sont utilisés dans une très large gamme d'applications. Les trois principaux protocoles série utilisés pour les applications génériques sont UAR, I²C et SPI..

Une catégorie spéciale de protocoles série sont ceux utilisés dans l'industrie automobile, tels que CAN, LIet FlexRay. Ces protocoles ont été conçus pour relever les exigences des véhicules, telles que la fourniture d'un fonctionnement fiable d'un mélange de vitesses à la fois lentes et rapides et dans un environnement bruyant.

Caractéristiques des protocoles série

Bien que les détails de mise en œuvre diffèrent entre les protocoles, tous les protocoles série possèdent quatre caractéristiques de base, qui sont également importantes pour l'analyse et le décodage des données série :

• Niveaux: comment les tensions sont utilisées pour représenter les zéros ou les uns
• Durée: comment les bits sont souvent envoyés (bit de temps)
• Tramage: comment les bits sont organisés en groupes et le rôle de chaque bit ou groupes de bits
• Protocole: quels messages sont échangés sous quelles circonstances

Niveaux

Avant de faire tout type de décodage numérique, nous devons pouvoir distinguer les uns et les zéros. En d'autres termes, comment sont déterminées les valeurs des bits à partir des niveaux de tension ? Une approche simple consisterait à définir qu'une “faible” tension est égale à zéro et qu'une tension “élevée” est égale à un. En effet, c'est ainsi que certains protocoles série fonctionnent.
Les protocoles série utilisés dans des environnements difficiles, tels que l'automobile, utilisent souvent une tension différentielle, car les signaux différentiels tendent à être plus résistants au bruit. Différentiel signifie qu'un 0 ou un 1 est défini en se basant sur la différence entre deux tensions, plutôt que par rapport à la terre.

Note : Les sondes différentielles sont très pratiques pour ces mesures.

Durée

La définition des niveaux de tension “0” et “1” n'est pas suffisante pour déterminer quels sont les bits reçus. De plus, il est important de comprendre comment les bits rapides sont générés, ou en d'autres termes, quel est le “bit de durée” ou “le taux de bit”.
Afin de décoder les données série, le récepteur ou l'instrument doit utiliser le même taux de bit que l'émetteur.

Tramage

Les protocoles série organisent généralement les bits sous forme de ce que l'on appelle des trames. Les bits individuels ou groupes de bits dans la trame ont des significations définies. Afin de décoder correctement les trames, certaines connaissances de cette structure sont nécessaires.
Par exemple, lors du décodage du protocole série UART, il est important de savoir que l'état d'inactivité de la ligne est un niveau de tension élevé. Une transition d'un état haut à bas est un “bit de départ” indiquant le démarrage de la trame. D'ailleurs, il est nécessaire de comprendre combien il y a de bits de données à lire, ainsi que le fait qu'il y ait un bit d'arrêt de niveau haute tension qui termine la trame, suivi par un retour à l'état d'inactivité. En connaissant la structure de la trame, les données de l'utilisateur peuvent être extraites du flux de bit série, tout comme d'autres informations relatives à la transmission.

Protocole

Le dernier aspect à considérer peut être appelé le “protocole”. Une définition générique du protocole serait un ensemble de règles dédié à l'encodage et l'échange d'informations. Il existe des règles sur la manière dont les données sont envoyées et quand, et les types et significations des messages échangés entre les terminaux.
Un protocole simple pourrait envoyer des données dès qu'elles sont disponibles, peu importe si le récepteur est prêt pour les données ou pas. Un protocole plus sophistiqué utiliserait un certain mécanisme pour demander l'autorisation avant l'envoi des données. Un protocole encore plus sophistiqué impliquerait que l'expéditeur attende un acquittement explicite que les données aient correctement été reçues avant d'envoyer plus de données ou de renvoyer les données manquantes ou erronées.

Protocoles de décodage série

Par le passé, les protocoles série étaient généralement décodés en utilisant des testeurs de protocoles dédiés spécifiques. Aujourd'hui, la méthode la plus courante est l'utilisation d'un oscilloscope numérique moderne ,avec une ou plusieurs voies. Après avoir sélectionné le protocole série concerné, les niveaux, la durée et le tramage doivent être configurés pour correspondre au signal série analysé. En utilisant ces informations, l'oscilloscope produit des résultats sous forme de niveaux de tension, de bits détectés, et de trames dont les contenus peuvent être affichés de manière binaire, hexa ou ASCII. Le décodage série sur les oscilloscopes intègre souvent également des fonctionnalités supplémentaires telles que le déclenchement sur des symboles spécifiques au sein de la trame, l'attribution d'étiquettes humainement lisibles aux patterns définies par l'utilisateur et à l'exportation de données.