Прошивка чипа картриджа Samsung SCX-4200

• Содержание
• Введение
• 1. Восстановление картриджей
• 1.1 Профессиональная регенерация (восстановление и заправка) картриджей
• 1.2 Мировые тенденции
• 1.3 Появление чипов
• 1.4 Микросхемы, используемые в чипах
• 1.5 Характеристика микросхемы 24c04, используемой в чипе картриджа
• 2. Информация о программаторах
• 2.1 Классификация программаторов
• 2.2 Выбор программатора
• 2.3 Аппаратное устройство программаторов
• 2.4 Программное обеспечение программатора
• 2.5 Связь программатора между компьютером и чипом через интерфейс RS232
• 3. Программное обеспечение для работы с программатором
• 3.1 Программа PonyProg
• 3.2 Программа ICProg
• 4. Прошивка чипа картриджа лазерного принтера
• 4.1 Информация о чипе
• 4.2 Сборка программатора
• 4.3 Программирование чипа
• 4.4 Расшифровка значений поля прошивки
• 5. Техника безопасности при работе с ПК и СВТ
• 5.1 Требования пожарной безопасности к содержанию помещений
• 5.2 Содержание электроустановки
• 5.3 Содержание систем отопления, водоснабжения и вентиляции
• 5.4 Требования к содержанию средств пожаротушения.
• 5.5 Обязанности лица, ответственного за пожарную безопасность
• Заключение
• Список использованной литературы

На сегодняшний день принтер является самым популярным периферийным устройством, подключаемым к персональному компьютеру. Пользователей компьютеров при покупке принтеров, как правило, волнует уже не только вопрос, какую именно модель приобрести, но и не менее важные технические особенности и проблемы, связанные, например, с постоянным наличием расходных материалов у фирмы-продавца, дальнейшим сервисным обслуживанием печатающих устройств, надежность, быстродействие.

В последнее время все известные бренды, осознав, насколько это целесообразно, перешли на чипованные расходные материалы. Это предоставляет пользователям ряд удобств при работе с техникой. Именно благодаря электронному интеллекту принтер или многофункциональное устройство вовремя сообщает о необходимости заменить картриджи. Чип следит за ресурсом принтера и регулярно посылает соответствующие команды на главную плату устройства. А та, обработав понятные ей сигналы, выдаёт соответствующие предупреждения пользователю: «Замените картридж» — знакомое сообщение для тех, кто использует оригинальные расходные материалы.

В своей работе я рассмотрел картриджи лазерных принтеров, оснащаемые в наше время небольшими микросхемами — чипами. На них «прошита» информация о расходном материале, «язык» общения с необходимым устройством и ресурс, на который рассчитан картридж. На нём же содержится техническая информация типа серийного номера самого электронного компонента и более специфические данные.

В 1 разделе я рассмотрел восстановление картриджей и историю появления чипованных картриджей. Во втором и третьем разделах своего дипломного проекта дал информацию о программаторах и программном обеспечении к ним. В 4 разделе рассказал, каким образом я прошивал чип картриджа принтера Samsung SCX-4200.

1. Восстановление картриджей

1.1 Профессиональная регенерация (восстановление и заправка) картриджей

Регенерация отработанных картриджей для печатающих устройств, как новый вид бизнеса, начала распространяться более 15 лет тому назад. На протяжении всего этого времени данный вид бизнеса постоянно развивался от небольших фирм, предлагающих потребителям услуги по заправке картриджей, до лабораторий и мини-заводов по переработке отработанных картриджей всех типов печатающих устройств.

Данная продукция, а также услуги вызывают большой интерес у потребителей, т.к. позволяют существенно снизить затраты на поддержание работоспособности офисной печатающей техники:

— стоимость восстановленного картриджа составляет 40%-50% стоимости нового картриджа;

— гарантия качества печати соответствует требованиям к печатающему устройству;

— картриджи можно восстанавливать многократно;

— приобретение и использование восстановленных картриджей — это вклад в защиту окружающей среды, так как в процессе восстановления используются детали, не поддающиеся износу.

В наше время потребителями восстановленных картриджей является 70−80% всех без исключения организаций, частных лиц, фирм, пользующихся печатающей оргтехникой. Некоторые организации даже не подозревают, что работают с восстановленными картриджами, т.к. отличие качественно сделанного восстановленного картриджа от оригинального заметит только профессионал.

Всевозможные принтеры, копиры и многофункциональные устройства достаточно плотно и естественно вошли в нашу повседневную жизнь. Однако, как и всё в этом мире, это IT-направление тоже развивается и совершенствуется. В последнее время всё больше производителей оснащают расходные материалы чипами. Вот о них и пойдёт речь в нашей статье.

1.2 Мировые тенденции

IT-технологии развиваются стремительно и динамично. Это проявляется не только на уровне оснащения населения по последнему слову техники, но и в усовершенствовании каждой отдельной составляющей IT-индустрии. Ноутбуки становятся легче и меньше в размерах, настольный компьютер — быстрее, карманный компьютер — многофункциональнее, телефон превращается в смартфон, принтер и копировальный аппарат объединяются в многофункциональное устройство. Быстрые и серьёзные изменения. Но есть ещё и другие новинки, незаметные на первый взгляд. Вы можете работать с принтером или многофункциональным устройством каждый день и только при замене картриджа заметите небольшую плату на дейвайсах. А ведь эта маленькая штучка многое «знает» и многим способствует обеспечению удобства работы с принтерными решениями многих известных брендов. Вот о таких, если можно сказать микроизменениях, и пойдёт речь. Наибольшее внимание будет уделено известному бренду Hewlett-Packard.

Любой производитель, помимо активной продажи своей оргтехники, старается продвигать и расходные материалы собственного изготовления. В основном это картриджи и бумага. Для конечного потребителя это может выражаться в виде несовместимости расходных материалов от других производителей или в виде промо-акций с целью увеличения спроса. Если с последним всё понятно, то вот с первым решением возникает много нюансов, причём не всегда удобных и выгодных простым потребителям.

Почему же производитель старается искусственно ограничить выбор покупателя своей расходной продукцией? Вопрос риторический. Безусловно, это, прежде всего, прибыль. Кому же захочется продать принтер, получив разовый доход. Куда выгоднее «поддерживать» проданное оборудование расходными материалами, в частности, картриджами. Регулярный и стабильный доход компании-производителя.

Именно поэтому ассортимент рынка расходных материалов такой пёстрый. Существует несколько направлений деятельности компаний, производящих расходные материалы.

Оригинальная продукция. Сам производитель выпускает соответствующие картриджи для своих устройств печати.

Восстановление и заправка оригинальной продукции. В России данное направление достигло своих пиковых показателей. Количество фирм, которые восстанавливают как в заводских, так и в «кустарных» условиях картриджи, достигло катастрофического показателя.

Производство совместимой продукции. Перспективное направление на рынке IT-технологий. Нет, это не новое, но ещё и не достигшее своего пика направление. Существует несколько крупных фирм, организовавших своё производство. В Подмосковье есть крупный завод по производству совместимых расходных материалов, причём это очень интересный проект известной фирмы на рынке.

На рынке расходных материалов идёт достаточно жёсткая борьба. Фирмы-производители борются за потребителя с компаниями, производящими совместимые или восстановленные картриджи. Но на этом конкуренция не заканчивается. Те самые фирмы, производящие совместимую продукцию или занимающиеся воспроизводством расходных материалов, «бьются» друг с другом. Порой конкуренция последних сопоставима с брендовыми компаниями. Никого не удивить очень низкой ценой, полноценной гарантией и большим количеством маркетинговых акций. Да, такого жёсткого экономического соревнования, пожалуй, ни на одном рынке больше не встретишь. И как человек, работающий в данном сегменте не первый год, могу сказать, что даже такая борьба себя окупает. Каким бы экономным и рациональным ни был пользователь, рано или поздно он всё равно столкнётся с проблемой пустого картриджа.

Производители пытаются удержать финансовый интерес потребителей на своей продукции. Но чем дальше, тем тяжелее это сделать. Вот тут-то и начинается самое интересное со стороны производителя.

1.3 Появление чипов

Производители патентуют разработки, которые реализуют в своих расходных материалах. Соответственно, чтобы не нарушать патенты и не судиться с «мастодонтами» мира оргтехники, приходится прибегать к разным обходным путям. Хотя известный бренд по производству совместимой продукции PRINT-RITE всё-таки не избежал такой участи. Иск от компании Epson был удовлетворён в пользу известного производителя. Надо сказать, что таких побед законных производителей достаточно много. Тот же самый производитель выиграл, например, ещё одно судебное дело, на этот раз у компании Environmental Business Products Limited. Как вы понимаете, компания, не продающая расходные материалы к своим принтерам, терпит большие убытки. Поэтому такие судебные разбирательства были и будут до тех пор, пока существует рынок восстановленной и совместимой продукции.

Однако производители оргтехники ограничивают использование сторонних картриджей не только исками против конкурентов-производителей, но и более «красивыми» способами. Речь идёт о чипах. Картридж, оснащённый маленькой микросхемой, как правило, называют «умным». Smart-картриджи удобны для конечного пользователя и выгодны компании-производителю оргтехники. Время, которое будет потрачено конкурентами на освоение новых технологий расходных материалов, а также для поиска решений во избежание повторений запатентованных «моментов» в картридже, позволит получить прибыль, и весьма немаленькую.

Как мы видим, чип — это всего лишь небольшая микросхема. На ней «прошита» информация о расходном материале, «язык» общения с необходимым устройством и ресурс, на который рассчитан картридж. На нём же содержится техническая информация типа серийного номера самого электронного компонента и более специфические данные. Но заострять на них внимание мы не будем. В последнее время все известные бренды, осознав, насколько это целесообразно, перешли на чипованные расходные материалы. Это отсекает многих небольших конкурентов и предоставляет пользователям ряд удобств при работе с техникой. Именно благодаря электронному интеллекту принтер или многофункциональное устройство вовремя сообщает о необходимости заменить картриджи. Чип следит за ресурсом принтера и регулярно посылает соответствующие команды на главную плату устройства. А та, обработав понятные ей сигналы, выдаёт соответствующие предупреждения пользователю: «Замените картридж» — знакомое сообщение для тех, кто использует оригинальные расходные материалы.

Чипы бывают двух видов:

— Контактные. Для связи и построения «общения» с устройством печати используют контакты. Smart-плата, как правило, видна невооружённым взглядом (См. рисунок 1).

Рисунок 1 — Контактные чипы

На рисунке хорошо видно, что контактные платы, в отличие от плат второго вида, открыты.

— Бесконтактные электронные компоненты не требуют непосредственного способа передачи и приёма сигналов. На Hewlett-Packard LaserJet 4200 чип упакован в герметичный пластиковый контейнер. Чтобы в этом убедиться, посмотрим на рисунок 2.

Рисунок 2 — Бесконтактные чипы

Небольшая плата может «общаться» с принтером по беспроводным технологиям. Для этого в принтере НР LJ4200 установлена специальная антенна и обрабатывающая микросхема.

Оба вида чипов крепятся на картриджах НР при помощи клея — простой и надёжный способ разместить микросхему, не прибегая к особым креплениям и изощрённым технологиям. Однако некоторые производители «прячут» электронику от прямого доступа.

В любом случае Smart Chip представляет из себя флэш-память небольшого объёма. В ней прописаны ресурс и опознавательные сигналы, на неё же записываются данные, посылаемые с принтера. Это простая, но всё-таки двусторонняя связь принтера и картриджа. При загрузке картриджа в устройство принтер запрашивает сведения у установленного расходного материала, а чип предоставляет то, что на нём прошито. Если схема «скажи пароль — проходи» сработала, то устройство для печати выходит в готовность. В случае если установлен картридж без чипа или чип стороннего производителя, будет выдана соответствующая ошибка на дисплей принтера или через программное обеспечение на дисплее компьютера. У Hewlett-Packard LaserJet 4100, например, это сообщение «Установлены материалы не производства НР». Если брать модель НР LJ1300, то драйверы будут «ругаться» на то, что картридж пуст. Однако печатать в обоих случаях, естественно, можно. Обменявшись начальными данными, принтерная плата посылает текущий пробег печатного устройства. Этот показатель записывается на «флэшке», начинается отсчёт количества напечатанных страниц, по мере печати идет процентное отражение текущего ресурса картриджа. Как вы понимаете, это очень приблизительное состояние картриджа, и точно быть уверенным в его ресурсе не приходится.

Чип позволяет принять несколько команд по записи на себя. После определённой команды он отправляет «ответ» принтеру, и тот снижает процентное отображение текущего заполнения картриджа тонером. И в самый крайний момент посылает на принтер команду, что тонера осталось мало. На сетевых аппаратах марки НР это выражается уведомлением «Замените расходные материалы». Но тут возникает небольшая проблема: как определить, когда тонер вообще закончился? Ведь принтерные решения, даже у НР, ещё не достигли такого интеллектуального развития, чтобы позволять самостоятельно решать, что печать невозможна из-за отсутствия тонера в картридже. Вот для этой цели на «машинках» Hewlett-Packard по обработке печатных заданий была внедрена удобная и простая схема контроля.

В тонерном бункере НР Color LJ 2600 картриджа расположены два светочувствительных проводника или светодиода. Они «пронизывают» тонерную часть расходного материала.

Внутри между ними есть небольшое расстояние. Учитывая, что эти светодиоды способны передавать свет, здесь используется именно этот принцип. На ввод подаётся световой лучик и, проходя через тонерную массу картриджа, «выходит» наружу или наоборот «остаётся» внутри.

Вот эта система уведомляет принтерное решение НР и пользователя о необходимости поменять картридж. Она, как вы понимаете, работает не по примерному ресурсу, а именно по фактическому наличию тонера в картридже. Если свет прошел через тонерную составляющую картриджа, то, скорее всего, порошка там уже нет.

Сравнивая решения по умным системам контроля за ресурсом картриджа, хочется отметить надёжную и двухуровневую (чип и светодиоды) систему Hewlett-Packard. Как всегда, новая и надёжная выдумка принадлежит основному лидеру рынка печати.

Открытое расположение и лёгкость отсоединения чипа привели к очередному бизнесу в сервис-центрах по ремонту оргтехники и заправки картриджей. Правда, всё это большей частью относится к линейке Hewlett-Packard. Остальные производители стараются скрыть свои интеллектуальные нюансы, исключив возможность их несложной замены, хотя всё это лишь слегка усложнило процесс замены чипов и заправки картриджей. Что, кстати сказать, отразилось и на стоимости таких восстановительных работ. Smart-платы доступны, конечно, не всем пользователям. В основном их импортируют из США и Китая крупные поставщики расходных материалов. Это достаточно качественные компоненты. Многие сервис-центры, осознав выгоду от нового направления, занялись развитием этого бизнеса. Никого уже не удивить, что картриджи даже для лазерных принтеров заправляются в домашних условиях. А вот «обман» чипованных разработок простыми пользователями ещё не освоен — это под силу только сервис-центрам, у которых есть электронные составляющие, опыт и техническая документация.

Просматривая перечень основных поставщиков электронных начинок для принтеров и МФУ, вижу, что производители идут по очень интересному пути — выпускают универсальные схемы. Приведу пример совместимости чёрного универсального smart-чипа для линейки принтеров НР: HP2500/1500, HP2550, HP2300, HP4200, HP1300. Достаточно широкий диапазон возможностей, что очень выгодно сервис-центрам. Не надо возить чипы под каждый картридж, достаточно закупить универсальные решения и реализовывать их на многочисленном оборудовании одного бренда. Работа такого чипа весьма проста — он сам определяет, на каком оборудовании он установлен, и при запросе информации с принтера посылает «правильный» ответ устройству. Проблем при использовании чипов, как правило, не возникает. Это и позволило развиться бизнесу по заправке чипованных картриджей в России. Причём если раньше заправки ограничивались на монохромной линейке производителей, то теперь динамичные сервис-центры освоили и «цветную лазерную» заправку. По собственному наблюдению, проблем с цветопередачей и Smart-чипами не возникает. Система опознаёт картриджи корректно, а принтер печатает на уровне, сопоставимом с оригинальными картриджами.

Российский менталитет таков, что мы всегда стараемся сэкономить. И рынок расходных материалов не стал исключением. А это равнозначно возникновению спроса. Ну, а раз есть спрос, то, по закону экономики, возникнет и предложение. Поэтому развитие заправок чипованных картриджей продолжает активно осваиваться, причём восстановительным работам «поддались» почти все бренды. Получается, что нововведение производителей, нацеленное на ограничение восстановления и перезаправок картриджей, потерпело фиаско.

В итоге пользователи получили удобства лишь при работе с оригинальной продукцией. В остальных случаях заправки или восстановления картриджей — результатом становится некорректное отображение текущего состояния расходных материалов или регулярное напоминание о том, что установлен расходный компонент стороннего производителя. Речь идёт о случае, если чип просто отрывают или не меняют при заправке. Принтер проинформирует потребителя, но всё-таки продолжит печатать.

1.4 Микросхемы, используемые в чипах

Термин «программирование микросхем» обозначает процесс записи (занесения) информации в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микросхемы. Как правило, запись информации (программирование), производится при помощи специальных устройств — программаторов. Хороший программатор позволяет не только записывать, но и считывать информацию, а в ряде случаев, производить и другие действия с микросхемой и информацией находящейся в ней. В зависимости от типа микросхемы со встроенным ПЗУ, это может быть: стирание, защита от чтения, защита от программирования и т. п.

Используя различные признаки, все многообразие микросхем со встроенным ПЗУ можно систематизировать следующим образом:

1. По функциональному назначению:

— Микросхемы памяти;

— Микроконтроллеры с внутренним ПЗУ;

— Микросхемы программируемой логики (программируемые матрицы).

2. По возможности программирования:

— Однократно программируемые — микросхемы, допускающие единственный цикл программирования;

— Многократно программируемые (перепрограммируемые) — микросхемы, допускающие множество циклов программирования (перепрограммирования).

3. По допустимым способам программирования:

— Микросхемы, программируемые в специальном устройстве — программаторе. Для осуществления необходимой операции (запись, стирание, чтение, верификация и т. п.), подобные микросхемы вставляются в специальную колодку программатора, обеспечивающую электрический контакт со всеми выводами микросхемы. Для реализации выбранного режима, программатор формирует в соответствии со спецификацией производителя необходимые последовательности сигналов, которые через колодку подаются на определенные выводы микросхемы.

— Микросхемы, поддерживающие режим внутрисхемного программирования («ISP mode»), и программируемые непосредственно в устройстве пользователя.

Подобные микросхемы допускают выполнение необходимой операции (запись, стирание, чтение, верификация и т. п.) непосредственно в устройстве пользователя. Все действия по программированию (стиранию, чтению, верификации и т. п.) производятся с помощью внешнего программатора, определенным образом подключенного к устройству пользователя. При этом устройство пользователя должно быть разработано с учетом специфических требований данного режима.

— Микросхемы, поддерживающие режим внутреннего самопрограммирования. Подобные микросхемы допускают выполнение необходимой операции (запись, стирание, чтение, верификация и т. п.) непосредственно в устройстве пользователя, без использования какого либо программатора. При этом устройство пользователя должно быть разработано с учетом специфических требований данного режима.

В общем случае, каждая программируемая микросхема обладает своим индивидуальным набором допустимых режимов: программирование (запись), чтение, стирание, защита от чтения, защита от программирования и т. п.

Так, например, некоторые перепрограммируемые микросхемы не имеют отдельного режима «стирание». Для них стирание прежней информации в памяти происходит в теневом режиме, при каждом новом цикле программирования (записи). Во многих микроконтроллерах поддерживаются различные режимы ограничения доступа. Выбор режима ограничения доступа производится при программировании. В зависимости от выбранного режима, либо все ПЗУ, либо его определенная часть могут быть:

— защищены от возможности записи/дозаписи;

— защищены от возможности считывания содержимого извне. При попытке считать информацию, защищенная микросхема будет выдавать либо «мусор», либо «все 0», либо «все 1».

Говоря о программируемых микросхемах, можно считать общепринятой следующую систему мнемонических обозначений:

PROM (Programmable Read-Only Memory) — программируемая пользователем энергонезависимая память (ПЗУ).

EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) — перепрограммируемое ПЗУ. Стирание содержимого производится при помощи ультрафиолетовых лучей, после облучения подобное ПЗУ готово к новому циклу записи информации (программированию). Устаревший тип памяти.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ. Память такого типа может стираться и заполняться данными многократно, от несколько десятков тысяч раз до миллиона.

FLASH (Flash Memory) — одна из технологических разновидностей энергонезависимой перезаписываемой памяти.

NVRAM (Non-volatile memory) — «неразрушающаяся» память, представляющая собой ОЗУ со встроенным источником электропитания. По своей функциональности для пользователя аналогична традиционному ПЗУ.

PLD (Programmable Logic Device) — Программируемая логическая интегральная схема. (ПЛИС).

MCU (Microcontroller Unit) — микроконтроллер. Микроконтроллер это микросхема, содержащая: процессор, память (как правило), и периферийные устройства.

1.5 Характеристика микросхемы 24c04, используемой в чипе картриджа

Микросхемы 24Cxx или Xerox90/01 представляют собой память EEPROM (electricaly erasable programable read only memory — электрически стираемая программируемая читаемая только память) которая использует I2C-протокол (или IIC bus — Inter Integrated Circuits bus).

Мы не будем останавливаться на общих правилах самого протокола, рассмотрим только его некоторые тонкости и особенности, не отраженные в описаниях производителей.

Вся изложенная ниже информация была получена тестированием чипов серии 24xx производителей Microchip, Atmel, Xicor, STMicroelectronics, а также чипов 8-DIP, на корпусе которых написано Xerox90 (…) или Xerox01(…) /записи во второй и третьей строках чипов Xerox по мнению автора не имеют отношения к их свойствам/. Максимально точное описание своей продукции дает Atmel, и больше всего несоответствий datasheet и чипа обнаружено у Microchip.

Зачастую несоответствием параметров чипов с их описанием можно пренебречь (таковы наиболее общие условия использования микросхем).

Чипы выполнены в 8-DIP, SOIC, TSSOP корпусах. Расположение и назначение выводов обозначено на рисунке 3.

Рисунок 3 — Расположение и назначение выводов микросхемы

Вывод 4 — GND (общий, земля). Вывод 8 — Vcc (положительное по отношению к GND напряжение питания чипа). Минимальное значение Vcc, при котором некоторые микросхемы начинали работать +1.3V. Все микросхемы заработали от +2.7V. Типичное напряжение питания при использовании в аппаратуре (магнитофоны, мониторы, принтеры, копировально-множительная техника и т. д.) +5V (-10%,+5%). Кратковременно (до 10 секунд) выдерживают переполюсовку напряжения питания и превышение его до +17V. При этом сильно греются (около 15−20W тепловой энергии). Горят от перегрева. Полевой ключ на выводе SDA слабо-чувствителен к электростатике. Остальные выводы на бытовые статические разряды не реагируют.

В целом, внешними электрофизическими факторами привести в негодность такие микросхемы трудно. Что касается программных факторов, то чипы 24Cxx устойчивы и надежны в работе, а микросхемы Xerox90 и Xerox01 при неумелом обращении очень легко выходят из строя.

Выводы 1, 2, 3 — адресные выводы A0, A1, A2. Для большинства микросхем они определяют адрес чипа на шине I2C. Для 24C01, 24C02, Xerox90, Xerox01 значащими являются все три вывода (до 8 корпусов на шине). Для 24C04 имеют значение только A1, A2 (выводы 2 и 3, до 4 корпусов); для 24C08 — только A2 (вывод 3, может быть две микросхемы на шине); в 24C16 эти выводы не используются. Кроме того, в линейке 24Cxx есть микросхемы, которые не поддерживают такую адресацию, хотя по описанию производителя должны это делать.

Поведение таких чипов объясню на примере 24С04 — чип в 512 байт. Независимо от потенциала на выводах 1,2,3 отвечает на обращение к I2C-EEPROM и при чтении ведет себя так, будто это чип 24С16, четыре области по 512 байт которого содержат одинаковую информацию. При записи по некоторому адресу в этом псевдо-24С16 число данных помещается во все четыре адреса, смежные через 512 байт. То есть, реальной памяти есть 512 байт, а добавить еще три чипа на шину с другими адресами нельзя. Хотя, к примеру, Microchip регламентирует, что выводы 1, 2, 3 чипа 24LC04B не подключены.

Вывод 7 — сигнал WP (защита от записи). Процедура чтения данных из произвольного чипа работает одинаково и независима от логического уровня на этом выводе. Что касается процедуры записи в микросхему, то при низком логическом уровне на выводе WP доступна для записи вся область чипа. Чип всегда выдает сигнал подтверждения (acknowledge), данные записываются по сигналу STOP протокола I2C.

Запись является внутренне-синхронизованной. Во время цикла записи чип не отвечает на обращение к нему. Наименьшая длительность записи 1.6мс у чипов Atmel, наибольшая — 4.3мс у Xicor. Запись одного байта в побайтном режиме и N байт в режиме PageMode (страничная запись) происходит за одинаковый промежуток времени. Если количество байт N превосходит длину страницы, то сохраняются последние K байт, где K — длина страницы. В процессе тестов было получено, что K=1 для 24C01; K=4 или K=8 или K=16 для 24C02;K=8 или K=16 для 24C04; K=16 для 24C08 и 24C16. Величины длины страницы для чипов 24C02 и 24C04 невозможно определить по внешним признакам (есть две микросхемы 24C02 одного производителя с длиной страницы 4 и 8 байт). Информация о страничной записи в чипы Xerox90 и Xerox01 есть в их описании.

При высоком логическом уровне WP микросхемы 24C01, 24C02 защищены от записи. Для чипов 24C04 возможны два варианта: защищен весь чип, или защищена только верхняя половина памяти. Для 24C08 и 24C16 возможным есть защита всей области памяти, либо верхней ее половины, либо им вообще безразлично, что есть на выводе WP.

Кроме того, все микросхемы имеют различную реакцию на попытку записи в защищенную выводом 7 область. Одни микросхемы не подтверждают обращение на запись (не выдают сигнал acknowledge), тем самым показывая невозможность записи. Другие микросхемы дают подтверждение, но запись не происходит. При этом часть этих чипов готова к обмену сразу после сигнала STOP в конце «записи», а часть микросхем будет недоступна на время, равное времени, требуемому для записи (хотя при этом данные в чипе не изменятся).

Вывод 6 — SCL (serial clock) — тактовый сигнал, синхронизирующий обмен по шине I2C. Не могу сказать, есть ли какое-то ограничение на минимальную частоту обмена по шине. Во всяком случае автор проверил работу чипа на частоте 0.1Hz и получил положительные результаты, правда чтение одного байта при этом занимает около шести минут. Относительно максимальной частоты, то микросхемы памяти с I2C-протоколом можно поделить на две категории: с частотой обмена 100kHz — Standard Mode (реально работают до 180−200kHz, возможная форма импульса — меандр) и с частотой обмена 400kHzFast Mode (реально работают на частоте не менее 480 kHz, не исключено, что может быть и выше. Есть аппаратные сложности для проверки более высоких частот. Начиная от 300 kHz требуют иной скважности импульса. На 400 kHz соотношение периода импульсов clock к их длительности должно равняться трем).

Вывод 5 — SDA (serial clock) — последовательные данные. Это двунаправленный вывод, по которому чип принимает команды и данные для записи, и выдает информацию при чтении.

Есть два способа внутренней организации буфера этого вывода. Их можно увидеть на рисунке 4

Рисунок 4 — Способы внутренней организации буфера вывода SDA

В первом случае линия выходных данных через открытый сток полевого транзистора включена параллельно входной линии. Чип корректно реагирует на сигнал START I2C-протокола, сбрасывая внутренний контроллер в независимости от команд и процедур, выполняемых им в текущий момент.

Во втором случае вывод SDA использует двунаправленный буфер, управляемый внутренним контроллером чипа. Микросхема не «видит» сигнала START в процессе выдачи битов данных на линию (когда буфер включен в режим Out). Если неизвестно состояние такого чипа в данный момент, то необходимо послать в него девять тактовых импульсов с высоким (если сам чип позволит) логическим уровнем на линии SDA, потом сигнал START. После этого состояние чипа будет определено.

В первом случае нет необходимости делать это.

В 1989 году по заказу компании Fuji-Xerox, изготовили микросхему памяти в 256 байт. Чип был назван Xerox90 и в основе работы использовал классический I2C-протокол. Он обладает некоторыми оригинальными свойствами как в способе обращения к нему, так и в структуре памяти. При неверном обращении его легко можно заблокировать (или как стало популярным говорить «убить»). Заблокированный (или убитый, мертвый) чип по сути есть чип, все байты памяти которого при классическом I2C чтении имеют неизменяемое нулевое значение. В связи с высокой трудоемкостью восстановления или разблокирования такого чипа его дальнейшее использование нецелесообразно. В 1994 году чип был доработан, но название Xerox90 сохранилось. Изменения от первоначального варианта в большей степени коснулись структуры памяти и способа ее полного перепрограммирования. Последняя известная его доработка произошла в 2000 году. Микросхема незначительно изменила структуру работы по классическому протоколу и способу перепрограммирования. Она получила новое название Xerox01. Вероятно, существовали или есть и другие производители таких чипов, так как численность таких микросхем с несущественными отклонениями от основной идеи защиты памяти достигает трех десятков. Однако все эти микросхемы очень легко привести в «мертвое» состояние. И все они имеют сходную структуру полного перепрограммирования.

Демонстрационная версия программы, представленная на сайте, позволяет Вам прочитать чип Xerox и получить такую же информацию, какую Вы получили бы используя любой другой программатор I2C и убили бы чип. Демо-версия не убивает чип Xerox при установке опции «Устройства» программы в позицию «Xerox» и предупреждает о возможных последствиях при иных установках.

Что касается чипов от HP Business InkJet, они имеют сходный с I2C протокол. Отличия в структуре команд чтения. Оно вместе с адресацией данных в чипе проходит в одну последовательность от Start до Stop. Все чипы одного аппарата (а их там 8 штук) имеют различный адрес устройства, зависящий от установки чипа. В виду отсутствия видимого интереса пользователей к этому чипу, его поддержка не включена ни в демонстрационную версию, ни в полный вариант программы для I2C. Однако если будет такая необходимость, то соответствующие доработки будут произведены.

2. Информация о программаторах

2.1 Классификация программаторов

По типу микросхем программаторы различают:

· Программирующие микросхемы ПЗУ (ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, ППЗУ, флэш-память).

· Программирующие внутреннюю память микроконтроллеров.

· Программирующие ПЛИС (Программируемые логические интегральные схемы).

Универсальные программаторы могут поддерживать все вышеперечисленные типы.

По сложности:

· Если нужно единожды запрограммировать микроконтроллерное устройство, радиолюбители обходятся простейшим программатором, подключаемым к COMили LPT-порту. Например, самый простой программатор для микросхем AVR — это кабель из шести проводов и четырёх резисторов (так называемый программатор PonyProg).

· Те любители, которые занимаются разработкой прошивок или производят свои схемы в больших количествах, используют программаторы посложнее — такие устройства часто содержат свой микроконтроллер. Подобные программаторы удобны тем, что после работы переводят свои выходы в Z-состояние, и запрограммированное устройство можно испытывать, не отключая программатора. Такие программаторы, как правило, работают с одним-двумя семействами микросхем.

· Самодеятельным конструкторам программаторов известна «проблема курицы и яйца» — если программатор содержит запрограммированный микроконтроллер, то как его запрограммировать? Обычно или отдают микросхему профессионалам, или строят простейший программатор и идут к другу, у которого на компьютере есть соответствующий порт (всё больше современных компьютеров вообще не имеют COMи LPT-портов).

· В конструкторских бюро и лабораториях применяются универсальные программаторы. Поскольку в таких устройствах каждый из выводов разъёма (а этих выводов может быть до сотни) может подавать на микросхему напряжения от 0 до 27 В с точностью в 0,1 вольт и частотами до 40 МГц, универсальные программаторы бывают очень дороги — до нескольких тысяч долларов. Зато при появлении новой микросхемы достаточно добавить её поддержку на программном уровне.

По подключению микросхемы:

· Параллельный.

· Внутрисхемный.

Параллельные программаторы содержат разъём, в который и вставляется программируемая микросхема. Внутрисхемные пригодны только для тех микросхем, в которых поддерживается внутрисхемное программирование, но позволяют прошивать микросхему, не вынимая её из устройства.

При покупке параллельного программатора стоит обратить внимание на качество разъёма, в который устанавливается микросхема. Обычный одноразовый разъём долго не прослужит; программатор должен иметь цанговые разъёмы — а ещё лучше ZIF. В дорогих программаторах есть несколько разъёмов — под разные виды корпусов.

Первые программаторы были автономными — для набора прошивки имелась клавиатура или коммутационная панель. С распространением ПК такие программаторы были полностью вытеснены подключаемыми к компьютеру — специальная программа (которая также называется программатором) передаёт прошивку с компьютера, а программатору остаётся только записать её в память микросхемы.

Для подключения программаторов могут применяться:

— Последовательный порт.

— Параллельный порт.

— Специализированная интерфейсная плата (ISA или PCI).

— USB.

Стоит заметить, что в самых простых параллельных и последовательных программаторах управляющему ПО приходится напрямую управлять логическим уровнем на выводах порта. Такое прямое управление в Windows NT запрещено, это обходится установкой специализированного драйвера; через адаптеры USB>COM bitbang-программаторы работают крайне медленно (единицы-десятки байт в секунду). Микроконтроллерные программаторы полностью поддерживают протокол COMили LPT-порта и поэтому свободны от этих недостатков.

Специализированные платы изредка применялись до появления USB, так как позволяли достичь максимальных скоростей обмена данными. Впрочем, одновременно они делали программатор стационарным.

Современные программаторы подключаются через USB (лишь простые дешёвые конструкции используют COMили LPT-порты).

По дополнительным функциям:

— Наличие программного обеспечения под распространённые платформы (обычно под Windows и Linux; остальные ОС среди разработчиков непопулярны).

— Проверка правильности подключения ещё до попытки стереть микросхему.

— Проверка исправности программатора.

— JTAG-адаптеры, пригодные одновременно как для программирования, так и для отлаживания прошивок.

— Полевые программаторы имеют компактные размеры и содержат внутреннюю память для хранения прошивки. 1] Такие программаторы предназначены для обслуживания техники прямо в местах её установки (подчас труднодоступных).

— Встроенный HEX-редактор, позволяющий откорректировать записанную в микросхеме информацию.

— Возможность самостоятельного обновления прошивки самого программатора.

— Возможность одним нажатием кнопки выполнить некоторую последовательность действий — например, стереть, проконтролировать стёртость, записать, проверить правильность записи и установить конфигурационные биты (так называемое автоматическое программирование).

В программаторах для массового программирования может применяться скриптовый язык, на котором можно реализовать, например, автоинкремент серийных номеров — таким образом, каждая микросхема будет иметь уникальный номер.

2.2 Выбор программатора

Прочитав название статьи каких-нибудь 10−15 лет назад, мы бы очень удивились: нам бы ваши проблемы. Работая на «ящиках», мы и понятия не имели, что в этом вопросе бывает какая-то неопределенность. Перечень разрешенных к применению микросхем был настолько «широк», что приходилось выбирать практически из одной позиции, да и вопрос с программаторами обстоял элементарно просто: тебе нужен программатор — сделай его сам. Каждая лаборатория с гордостью делала свой, самый лучший и надежный программатор. Каких устройств там только не было: начиная от простых, но очень надежных изделий на тумблерах, до очень сложных, занимавших половину рабочего стола и иногда работавших мощных программаторов. Их разработчики с любовью программировали каждый бит тех сложных устройств (благо устройства эти не были обременены большим количеством информации). Обычно пользоваться таким программатором мог только человек, давший ему жизнь, а весь процесс программирования со стороны воспринимался, как шаманский танец с бубном. Теперь мы, к великому сожалению, лишены всей прелести тех лет.

С падением железного занавеса выяснилось, что перечень программируемых интегральных схем в мире просто гигантский — это микросхемы памяти как с параллельным, так и с последовательным доступом информации (EPROM, EEPROM, FLASH); микроконтроллеры с внутренней памятью команд и данных; микросхемы программируемой логики (PLD). Причем, перечень таких изделий с каждым годом стремительно растет, имея тенденцию к усложнению изделий и к увеличению их гибкости. С другой стороны, как ответ на потребность использования этих микросхем, рынок наполняется большим количеством программаторов. Как не ошибиться и сделать правильный выбор при приобретении программатора? В этой статье мы попытаемся дать представление об устройстве программаторов и ответить на этот вопрос.

Рассмотрим классификацию программаторов по функциональным возможностям. Условно их можно подразделить на такие группы:

— программаторы, программирующие микросхемы памяти (EPROM, EEPROM, FLASH);

— программаторы, программирующие микросхемы памяти (EPROM, EEPROM, FLASH) и внутреннюю память микроконтроллеров;

— программаторы, программирующие микросхемы памяти (EPROM, EEPROM, FLASH), внутреннюю память микроконтроллеров, микросхемы программируемой логики (PLD);

— универсальные программаторы-тестеры.

Данную классификацию можно считать достаточно условной, жестких границ между программаторами разных групп не существует. Программаторы первой и второй групп наиболее простые и дешевые устройства. Программаторы третьей группы, обычно, аппаратно значительно более сложны и стоимость их, соответственно, более высокая. Это объясняется, в частности, особенностью работы с устройствами программируемой логики. Микросхемы программируемой логики вообще стоят несколько обособленно в ряду программируемых устройств. Если информацию по программированию микросхем памяти и внутренней памяти микроконтроллеров фирмы-производители микросхем, как правило, не скрывают и публикуют в своих каталогах, то информацию по программированию микросхем PLD можно получить только после заключения соответствующего соглашения с фирмой-производителем микросхем. Причем, некоторые производители PLD не стремятся увеличить число фирм-производителей программаторов, поддерживающих их устройства, главное для них — качество программирования и строгое следование предписанным процедурам программирования. Так, например, чтобы заключить соответствующие соглашения с фирмами AMD и Lattice московской фирме «Фитон» пришлось сдавать квалификационный экзамен.

Последняя функциональная группа программаторов — универсальные программаторы — наиболее сложные и дорогие устройства, но способные работать с очень большим перечнем микросхем. Стоимость таких устройств может достигать тысяч и десятков тысяч долларов.

2.3 Аппаратное устройство программаторов

В первую очередь коснемся той детали программатора, с которой приходится взаимодействовать больше всего — это колодка, куда помещается программируемая микросхема. Эта одна из самых важных деталей программатора, от качества и надежности которой зависит способность программатора выполнять свои функции. Любой программатор вне зависимости от его сложности, стоимости и функциональных возможностей обязательно должен быть снабжен специальной тестовой колодкой, обеспечивающей многократный надежный контакт с программируемой микросхемой. Фирмы, выпускающие такие сокеты, гарантируют надежный контакт при десятках тысячей операций установки в нее микросхем. Наиболее удобными для пользователя являются специальные сокеты с нулевым усилием (ZIF socket). Если программатор не снабжен специальными тестовыми сокетами, предназначенными для многократных установок микросхем, а вместо них стоят дешевые одноразовые колодки, то считайте, что Вы просто зря потратили свои деньги. Вы быстро сможете в этом убедиться, когда безвозвратно испортите микросхемы с однократным программированием из-за отсутствия контакта в колодке. В недорогих программаторах обычно устанавливаются универсальные (рассчитанные как на узкий, так и на широкий тип корпуса) ZIF DIP сокетки. В более дорогих образцах программаторов могут устанавливаться одновременно несколько видов ZIF сокеток, рассчитанных на разные типы корпусов микросхем (LCC, QFP и т. д.). Иногда программаторы снабжаются универсальными сменными головками под различные типы корпусов. Для программирования микросхем с корпусами, отличными от DIP и с большим числом выводов, программаторы снабжаются специальными адаптерами под соответствующий тип корпуса. В связи с тем, что на этих адаптерах также должны устанавливаться высоконадежные тестовые сокетки, стоимость таких адаптеров может оказаться довольно существенной.

Заглянем внутрь программаторов и в общих чертах попытаемся понять, чем же они отличаются друг от друга. Принципиально существует две концепции построения программаторов. Первая, и наиболее очевидная, заключается в построении программаторов на базе массива универсальных аппаратных драйверов. Универсальные драйверы подводятся к выводам тестовой сокетки и должны удовлетворять ряду специфических аппаратных требований по программированию микросхем. В перечень таких требований входят: способность подавать и считывать логические уровни, способность подавать сложные тактовые последовательности, способность подводить напряжение в диапазоне 0…27 В с точностью 0.1 В. Удовлетворение всем этим требованиям приводит к колоссальным аппаратным затратам и избыточности всего устройства в целом. Количество драйверов универсального программатора должно соответствовать количеству выводов тестовой сокетки, например, 40 драйверов для сокетки DIP-40, или 84 драйвера для сокетки LCC-84. В результате, устройство становится очень сложным и дорогостоящим, но при этом абсолютно универсальным. Имея 40 универсальных драйверов и универсальную тестовую сокетку DIP-40 можно с уверенностью сказать, что удастся поддержать все существующие, а также любые новые, микросхемы в корпусе DIP (с числом выводов до 40) без дополнительных адаптеров. Именно по такой схеме строятся дорогие универсальные программаторы.

Вторая концепция заключается в том, что аппаратура программатора оптимизируется под предполагаемый перечень поддерживаемых микросхем. Программаторы этого класса, как правило, значительно дешевле универсальных программаторов, но такие изделия в известной степени теряют универсальные свойства. Добавление новых типов поддерживаемых программатором микросхем может быть сопряжено со значительными трудностями, а часто и с невозможностью расширения списка программируемых устройств.

Использую многолетний опыт разработки и производства программаторов, нами разработана и внедрена компромиссная концепция построения программаторов — универсальный драйвер разбивается на два функциональных блока: универсальный логический драйвер и устройство коммутации «высокого» напряжения. Такая архитектура программатора позволила в значительной степени сохранить преимущества универсального драйвера и существенно сократить аппаратные затраты и, как следствие, уменьшить себестоимость и цену конечных изделий.

Рассмотрим способ подключения программаторов к компьютеру. Наиболее распространенными способами подключения являются:

— подключение к параллельному порту;

— подключение к последовательному порту;

— установка специальной платы в компьютер.

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Использование специальных плат, устанавливаемых в компьютер, значительно упрощает схемотехнику программатора. В этом случае, как правило, удается отказаться от специального, довольно мощного источника питания, воспользовавшись источником питания компьютера, а также использовать центральный процессор компьютера в качестве управляющего процессора программатора. При способе подключения программатора к компьютеру посредством встраиваемых в компьютер плат удается достигнуть довольно значительных скоростей обмена между компьютером и программатором за счет непосредственного управления последним. Но такая реализация программатора имеет и существенные недостатки. Во-первых, значительно снижается мобильность программатора, то есть возможность использования одного программатора на разных компьютерах (например, в приделах одной лаборатории), во-вторых, использование таких устройств с портативными компьютерами notebook сопряжено с необходимостью использования специальных карт сопряжения.

Другой вариант сопряжения программатора с компьютером — последовательный канал компьютера. Это вполне допустимый вариант сопряжения, допускающий работу программатора с компьютерами всех типов. К существенным недостаткам такого варианта сопряжения можно отнести невысокую пропускную способность канала. Максимальная скорость последовательного канала RS-232 ограничена значением 115 кБод, что существенно ограничивает обмен между компьютером и программатором, и, следовательно, снижает производительность последнего.

Подключение программатора к параллельному порту компьютера нам видится наиболее предпочтительным вариантом. Этот способ сочетает в себе достаточно высокую пропускную способность канала и не требует серьезных аппаратных затрат. При использование этого способа удается воспользоваться центральным процессором компьютера в качестве управляющего процессора программатора.

Теперь обратим внимание на ряд «второстепенных мелочей», которые при активной работе с программатором могут либо серьезно попортить вам жизнь, либо, при удачной реализации, значительно облегчат вашу работу. К таким «мелочам» мы бы отнесли способ обновления версий программатора, способность программатора определять правильность установки микросхемы в колодке и проведение процедуры самотестирования при включении питания.

Способ обновления версии — это довольно существенный вопрос эксплуатации программаторов. Необходимость обновления версии может возникнуть по ряду причин, во-первых, при выявлении ошибки работы программатора, либо при расширении списка поддерживаемых программатором микросхем. Способ обновления версии программатора зависит от его аппаратного устройства. В одних изделиях алгоритмы программирования жестко «зашиты» в аппаратуру, в других — они являются загружаемыми. В первом случае для модификации версии требуется модификация самого устройства программатора (например, перепрограммирование ПЗУ самого программатора), а это сопряжено с рядом дополнительных неудобств по доставке изделия производителю или в региональный сервисный центр. Другое дело, если обновление версии осуществляется только обновлением программного обеспечения программатора. Именно по такой схеме построены программаторы с загружаемыми алгоритмами программирования. В таких программаторах обновляется только программное обеспечение и работаете уже с новой версией. Второй способ видится нам наиболее удобным в эксплуатации, и именно по такой схеме строится обновление версий всех выпускаемых фирмой «Фитон» программаторов.

Теперь обратим внимание на такую «мелочь», как способность программатора определять правильность установки микросхемы в тестовую колодку. При кажущейся незначительности этой опции, мы начинаем понимать всю ее важность только после выхода из строя микросхемы при неверной установки ее в колодку. И винить в этом случае некого — сами виноваты. Именно для предотвращения таких ситуаций и служит эта опция. Здесь необходимо указать, что полноценная реализация такой возможности требует от разработчика больших усилий и, порой, изобретательности. Дело в том, что необходимо протестировать микросхему в колодке в самом щадящем для нее режиме, при этом ни в коем случае не допуская выхода микросхемы из строя.