DESAIN ANTAR MUKA USB (
UNIVERSAL SERIAL BUS
)
KELAS HID (
Human Interface Decive
)
Trisno Yuwono Putro
Jurusan Teknik Elektro,Politeknik Negeri bandung trisno.yuwono@yahoo.com
Abstrak
Dewasa ini, sebagaian besar komputer modern dan laptop hanya menyediakan terminal USB (Universal Serial Bus) untuk keperluan akses devais input/output eksternal. Fenomena ini memaksa para perancang dan pengembang full-custom devaisinput/outputselalu berbasis pada teknik antar muka USB. Sistem USB terdiri atas pengontrol (PChost) dan beberapa Devaisinput/output.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat sebuah devais input/output USB kelas HID (Human Interface Decive). Untuk perancangan dimulai dengan mengkaji protokol USB versi 1.1 dan 2.0 sebagai dasar dalam perancangan perangkat lunak pada sisi Devais (firmware) dan perangkat lunak pada sisi host. Di dalam perancangan ini devais input/output USB dilengkapi dengan terminal analog dan digital yang dapat diakes dan dikontrol oleh host, serta dikenali sebagai USBHuman Interface Device (HID). Sebagai rangkaian pengontrol dipilihMicrocontrollerPIC18F4550.
Pengujian hasil rancangan dilakukan menggunakan perangkat lunak USBTrace. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kecepatan transaksi yang dicapai adalah 12 Mbps (full-speed). Penentuan kecepatan transaksi full-speeddapat dipilih melaluiCompiler MikroCpada menu Project,Edit Project,dengan ketentuan Project SettingdipilihclockMCU 48 Mhz dan kristal yang terpasang secara hardware 8 Mhz.
Kata kunci: antarmuka , USB, HID
1. PENDAHULUAN
Dewasa ini, sebagian besar komputer modern dan laptop hanya menyediakan terminal USB (Universal Serial Bus) untuk keparluan akses Devais input/output eksternal. Fenomena ini memaksa para perancang dan pengembang full-custom Devais input/output selalu berbasis pada teknik antar muka USB[2]. USB adalah standar bus serial sebagai perangkat penghubung antara komputer dengan peripheral eksternal. Kelebihan utama antar muka USB adalah hot plugable, yang berarti Devais USB dapat di plug sementara PC dalam kondisirunningdan mengkonfigurasi secara otomatis[1]. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat devais input/output USB kelas HID yang dilengkapi dengan akses peripheral digital dan analog, serta merancang firmware dan descriptorpada Devais dengan kecepatan transaksi 12 Mbps (Full-speed).
Transaksi melaui USB ini dikontrol oleh microcontroller, microcontroller yang dipilih adalah Microchip PIC18F4550. Pemilihan Microcontroller ini di dasarkan pada kekhususan fiturnya untuk menangani antar muka USB, karena Microcontrollerini memiliki USB Serial Interface Engine (SIE) [5]. SIE kompatibel dengan transaksi low-speed dan full-speed yang memungkinkan komunikasi dengan USB host v 1.1. SIE dapat di
interface secara langsung ke bus USB dengan memanfaatkantransveiverinternal.
USB 1.1 dapat mendukung kecepatan transaksi bawah 1.5Mbs (low speed) dan atas 12Mbs (full-speed). Skema transaksi low-speed ditunjukkan dalam Gambar 1. Transaksi data dapat mencapai ke seluruh devais yang terpasang, baik devaislow-speedmaupun devaisfull-speed. Devais full-speeddapat melakukan transaksi low-speed.
Gambar 2. Transaksi DevaisFull-speed Sumber: Don Anderson, 2001
Skema transaksi Full-speed ditunjukkan dalam Gambar 2. Transaksi data hanya dapat dilakukan pada devais full-speed, karena devais low-speed tidak dapat melakukan transaksifull-speed.
Semua devais USB mempunyai hirarki descriptor yang menguraikan berbagai fitur dari devais.Descriptor USB yang paling umum adalah:
• Device descriptors
• Configuration descriptors
• HID descriptors
• Endpoint descriptors
Herarki struktur descriptor ditunjukkan di dalam Gambar 3.
Gambar 3. HerarkiDescriptor Sumber: Dogan Ibrahim, 2005
Penambahan setiap devais I/O USB-HID dilakukan dengan penambahan address pada Endpoint descriptor.
Untuk deteksi kecepatan pada bus full-speed, resistor dihubungkan dari D+ ke 3,3V, dan pada bus low-speed, resistor dihubungkan dari D- ke 3,3V. Ketika tidak ada devais yang disambungkan, host akan melihat kedua jalur data dalam keadaan rendah (single ended reveiver) seperti ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Interface USB 1.1
Kecepatan devais ditentukan dengan observasi jalur data mana yang dihubungkan ke resistor pull-upseperti ditunjukkan dalam Gambar 4.
Kerangka penelitian ditunjukkan dalam Gambar 5.
Gambar 5. Kerangka Penelitian
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen di dalam Lab Microprocessor, dengan diawali studi literatur lebih dahulu untuk mempersiapkan penelitian ini.
2. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI A. PerancanganHardware
pengujian, disini sebagai peripheral ditambahkan input analog berupa sensor suhu LM35.Controller merupakan pengontrol antar muka USB antara devais denganhostPC.
Gambar 6. Rangkaian Devais Input/Output USB
B. PerancanganSoftware
Software dalam sistem ini terdiri atas dua bagian, firmware dalam Microcontroller dan softwaredalamhostPC.
1.FirmwaredalamMicrocontroller
Firmware dibangun menggunakan compiler MikroC pro 3.2. Ada dua bagian firmware, descriptor dan program aplikasi. Setiap program aplikasi harus menyertakan program descriptor pada saat melakukan kompilasi. Konsep penalaran dalam perancangan firmware ditunjukkan dalam Gambar 7.
Gambar 7. Diagram AlirFirmware
a. FirmwareAplikasi Sensor Suhu
Di dalam aplikasi ini dirancang sebuah firmware yang disertai descriptor sedemikian rupa sehingga terjadi satu arah input. Data yang dibaca olehhostberupa tegangan analog yang berasal dari sebuah sensor suhu LM35. Bentuk form transaksi
yang dihasilkan ditunjukkan dalam Gambar 8. Dalam aplikasi inifirmwareselalu membaca sensor LM35 dan mengkonversikannya dalam bentuk digital serta memprosesnya menjadi suhu untuk dikirimkan kehostviaportUSB.
Gambar 8.FormPembacaan Suhu
Flowchart firmwareditunjukkan dalam Gambar 9.
Gambar 9. Diagram AlirFirmwareAplikasi Input Analog
b.Descriptor
sebagainya. MikroC menyediakan tools terminal HID yang di dalamnya memuat form untuk membuat descriptor seperti ditunjukkan dalam Gambar 10.
` Gambar 10.FormPembentukanDescriptor
2. PerancanganSoftwarepadaHost
Software pada host PC dibangun menggunakan Visual BASIC v6.0. Penggunaan program Visual BASIC di dalam rancangan ini berbasis pada USB utility, EasyHID USB Wizard yang dikembangkan oleh Mecanique.
Gambar 11. ProfilEasyHID
Gambar 12.TemplateVisual BASIC
EasyHID dirancang bekerja dengan USB 1.1, dan tidak dibutuhkan pengembangan driver. Utility ini membangkitkan template code untuk Visual BASIC, Visual C++, atau Borland Delphi, untuk keperluan aplikasi interfacing USB-HID.Di dalam penelitian ini dipilih Visual BASIC. Profil EasyHID ditunjukkan dalam Gambar 11. Untuk membangkitkan template Visual BASIC seperti dalam Gambar 12 click Next Gambar 11 hingga finish.TemplateVisual BASIC yang di bangkitkan oleh EasyHID kemudian dikembangkan sesuai aplikasi yang diinginkan.
3. PENGUJIAN DAN SIMULASI Pengujian hasil perancangan dan implementasi devais Input/Out USB-HID bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dan performa hasil perancangan.
A. Pengujian Descriptor
Pengujian firmware descriptor merupakan pengujian tahap awal. Jika devais USB telah diisi descriptordan diplugkeportUSBhost, maka oleh Windows dikenali dengan tampilan berturut-turut seperti ditunjukkan dalam Gambar 13.
Gambar 13. PengenalanWidowsPada Devais
Gambar 13 menunjukkan keberhasilan pemrogra-man descriptor, karena devais telah berhasil dikenali olehWindowsdan di konfigurasi.
B. Pengujian Aplikasi Input Analog
Tabel 1. Hasil Pencatatan Pembacaan Suhu oleh USBTrace.
Hasil pencatatan oleh USBTraceyang ditunjukkan dalam Tabel 1 memperlihatkan bahwa data 4 byte pertama dalam bentuk Hex merupakan data suhu yang dikonversikan ke Ascii. Data ini juga ditunjukan pada hasil capture USBtrace pada Gambar 14 kolombuffer snippet.
Hasil-hasil pembacaan di atas menunjukan bahwa transaksi olehUSBTracebekerja dengan baik.
Gambar 14. HasilCapturePembacaan Suhu OlehUSBTrace
C. PengujianDescriptordanSpeed
Di dalam proses Enumerasi disebutkan bahwa pada saat devais USB-HID di plugpadaportUSB host, maka pertama kalihostmelakukanresetpada devais USB-HID. Kemudian devais USB-HID secara berturut mengirimkan transaksi Descriptor nya ke host PC. Seluruh peristiwa ini juga di capturedan dicatat oleh USBTrace.Sebagian hasil ditunjukkan dalam Tabel 2 dan Tabel 3. Pengujian dilakukan dua kali, pada transaksi low-speed dan transaksifull-speedsesuai dengan batas bawah dan atas kecepatan transaksi USB-HID.
port 2 : USB Human Interface Device
Tabel 2. Hasil Pencatatan Transaksi Descriptor Low-Speed Oleh USBTrace
Parameter Value
Hardware ID USB\Vid_1234&Pid_0001&Rev_0001
Setup Class HIDClass
Class GUID
{745A17A0-74D3-11D0-B6FE-00A0C90F57DA}
PDO Name \Device\USBPDO-6
Service Name HidUSB
Parameter Value
Connection Information
Connectionindex 0x2
CurrentConfigirationValue 0x1
LowSpeed TRUE
DevicelsHub TRUE
DeviceAddress 0x1
port 2 : USB Human Interface Device
Tabel 3. Hasil Pencatatan Transaksi DescriptorFull-SpeedOlehUSBTrace
Parameter Value
Hardware ID USB\Vid_1234&Pid_0001&Rev_0001
Setup Class HIDClass
Class GUID
{745A17A0-74D3-11D0-B6FE-00A0C90F57DA}
PDO Name \Device\USBPDO-6
Service Name HidUSB
Parameter Value
Connection Information
Connectionindex 0x2
CurrentConfigirationValue 0x1
LowSpeed FALSE
DevicelsHub FALSE
DeviceAddress 0x1
Berdasarkan kajian di atas maka semua uji coba berhasil dengan baik termasuk interface internal. Interface internal didalam microcontroller PIC18F4550 dengan diagram yang ditunjukan pada Gambar 15 diaktifkan dengan perangkat lunak (program) untuk mengontrol transaksi low-speed
Gambar 15. Diagram Blok PIC18F4550 Sumber: Microchip, 2004
4. KESIMPULAN
Dari hasil pengujian dan analisis dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:
a. Menurut hasil pengukuran yang dilakukan menggunakan USBTrace, devais Input/Output USB-HID hasil rancangan dapat beroperasi pada USB 1.1 dengan kecepatan transaksi maksimal 12 Mbps (full-speed), dengan memasang kristal eksternal 8 MHz padamicrocontrollernya. b. Program Descriptor harus disertakan dalam
setiap program aplikasi.
c. Program yang dibangun pada host PC untuk menangani transaksi USB, harus dibangun lewat templateyang dibangkitkan olehEasy-HID
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anderson, D., 2001. USB System Architecture (USB 2.0), Mind Share Inc.
[2] Chih-Yuan Huang, Tei-Wei Kuo, dan Ai-Chun Pang, 2004.QoS Support for USB 2.0 Periodic and Sporadic Device Request. International Journal IEEE 1052-8725/04
[3] Hyde,J., 2001. USB Design by Example A Practical Guide to Building I/O Devices, Intel University Press.
[4] Ibrahim,Dogan, 2005. Advance PIC Micocontroller Projects in C (From USB to ZIGBEE with The PIC 18F Series).Newnes. [5] Microchip, 2004. High-Performance Enhanced
Flash USB Microcontrollers with nanoWatt Technology, PIC18F4550,Michrochip.
