FTDI FT232, FT2232 – optymalny bufor i Latency Timer 8 ms, ustawienia FT_SetUSBParameters

Pytanie

Ftd2xx optymalny bufor dla latency timer 8ms

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Ustaw driverowy bufor USB (FT_SetUSBParameters) na domyślne 4096 B (4 kB) – w 99 % przypadków jest to najbardziej efektywny kompromis dla Latency Timer = 8 ms.
• Bufor aplikacji przekazywany do FT_Read dobierz tak, aby pomieścić ilość danych możliwych do napłynięcia w 8 ms:
  • ≤ 115 200 bps → 256 B • ≤ 1 Mbps → 1 kB • ≥ 3 Mbps → ≥ 4 kB.
• Przy zapisie (FT_Write) wysyłaj dane w wielokrotnościach 64 B (Full-Speed) lub 512 B (High-Speed), najlepiej 4–16 kB.

Kluczowe punkty
• Domyślny bufor 4 kB sterownika FTDI już jest dopasowany do 8 ms w większości realnych scenariuszy.
• Bufor aplikacji = ≥ (baud/10)·0,008 s, zaokrąglony w górę do przyjaznej wielkości (potęga 2 / wielokrotność 64 lub 512 B).
• Zbyt mały bufor powoduje nadmiarowe wywołania API, zbyt duży – rosnące, niepotrzebne opóźnienie i użycie RAM.

Szczegółowa analiza problemu

1. Mechanizm Latency Timer

1. FTDI wypycha dane do hosta, gdy:
   a) zapełni maksymalny pakiet USB (64 B FS, 512 B HS) lub
   b) upłynie Latency Timer.
2. 8 ms oznacza, że maksymalnie co 8 ms pojawi się porcja danych, nawet jeśli jest mniejsza od pakietu.

2. Ile bajtów może przyjść w 8 ms?

Dla UART 8N1 (10 bitów/bajt):
\[
N_{8\,\text{ms}}\,[\text{B}] = \frac{\text{baud}}{10} \times 0{,}008
\]

Przybliżone wartości:

Bufor aplikacji warto powiększyć ×1,5 – 2 dla marginesu jittera w systemie operacyjnym.

3. Bufor sterownika (USB Transfer Size)

• Standardowo 4096 B dla obu kierunków (Windows 7+).
• Większy bufor (> 16 kB) zmniejsza obciążenie magistrali, lecz przy małych porcjach pogarsza czas dostarczenia danych (bo trzeba zapełnić więcej niż 62 B netto w pakiecie, patrz noty FTDI AN232B-04/-03).
• Mniejszy bufor (≤ 1 kB) zwiększa liczbę transakcji USB → CPU, sensowny tylko w aplikacjach o ultramałej latencji < 2 ms.

4. Zapis (PC → FTDI)

Latency Timer nie dotyczy zapisu. Zalecenia:
• Full-Speed: wysyłaj paczki 64 B·N (np. 512, 1024, 4096 B).
• High-Speed: paczki 512 B·N (najczęściej 4 kB, 8 kB, 16 kB).
• Utrzymuj FT_SetUSBParameters Tx ≥ wielkość jednego wywołania FT_Write.

Aktualne informacje i trendy

• Ostatnie app-noty FTDI (AN232B-03 rev. 3/2024) nadal rekomendują 4 kB jako ustawienie startowe i ostrzegają przed ustawianiem Latency Timer = 1 ms, bo zbiega się z ramką USB FS (1 ms).
• Sterownik D2XX v3.26+ umożliwia dynamiczną zmianę bufora bez konieczności re-open urządzenia (Windows).
• Coraz więcej aplikacji przechodzi z polling na event-driven (FT_SetEventNotification), co obniża wymagania co do wielkości bufora aplikacji.

Wspierające wyjaśnienia i detale

Przykładowy fragment C:

DWORD usbRx = 4096, usbTx = 4096;
FT_SetUSBParameters(h, usbRx, usbTx);   // sterownik
DWORD latency = 8;                      // 8 ms
FT_SetLatencyTimer(h, (UCHAR)latency);
DWORD q, got;
uint8_t buf[1024];                      // dla 921600 bps
while (1) {
    FT_GetQueueStatus(h, &q);
    if (q) {
        FT_Read(h, buf, sizeof(buf), &got);
        process(buf, got);
    }
}

Aspekty etyczne i prawne

Brak specyficznych kwestii etycznych; prawnie należy zapewnić, że sterownik FTDI pochodzi z oficjalnego źródła (licencja FTDI CDM).

Praktyczne wskazówki

1. Zacznij od 4 kB/4 kB sterownik + 1 kB bufor aplikacji.
2. Przeprowadź pomiar: przepustowość, zajętość CPU, opóźnienie (timestampy).
3. Jeśli opóźnienie > 8 ms, zmniejsz Latency Timer lub bufor sterownika; jeśli utrata danych – zwiększ bufor aplikacji lub prędkość odczytu.
4. Dla systemów czasu rzeczywistego rozważ tryb FT245 (sync FIFO) lub MPSSE zamiast UART.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Linux driver libftdi/ftdi-sio ma stały 16 kB bufor kernela; opisane wartości odnoszą się do Windows D2XX/VCP.
• Przy pracy w trybie bit-bang synchronicznym efektywna szybkość (MHz) wymusza znacznie większe bufory (do 64 kB).
• USB FS (12 Mb/s) przy ciągłym strumieniu > 500 kB/s i małym Latency Timer może osiągać limit magistrali — obserwuj USBPcap.

Sugestie dalszych badań

• Test FT_W32_WaitCommEvent kontra FT_GetQueueStatus (wydajność CPU).
• Wpływ FT_SetFlowControl(FT_FLOW_RTS_CTS) na stabilność przy wysokim baudrate.
• Analiza pakietów USB w Wireshark/USBPcap w celu znalezienia optymalnego rozmiaru paczek.

Krótkie podsumowanie

Dla Latency Timer = 8 ms najbezpieczniej:
• pozostawić bufor sterownika USB na 4 kB,
• dobrać bufor aplikacji tak, aby pomieścił dane napływające w 8 ms (≈(baud/10)*0,008 s),
• wysyłać dane w wielokrotnościach pakietu USB.
Takie ustawienia zachowują niski jitter i minimalizują przepełnienia bez zbędnego obciążania CPU.

Pytanie

To mam ftd2xx transmisja 115200 latency timer 8 jaki bufor optymalny. Chip 232r

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Przy FT232R, prędkości 115 200 bps i Latency Timer = 8 ms optymalny jest:
 – bufor sterownika (FT_SetUSBParameters) – pozostawić domyślne 4096 B/4096 B,
 – bufor aplikacji przekazywany do FT_Read – 256 B (minimum 128 B).
• Dla zapisu (FT_Write) wysyłać dane w wielokrotnościach 64 B.

Szczegółowa analiza problemu

1. Ścieżka danych i bufory

1. Układ FT232R (USB Full-Speed) posiada:
    • Rx FIFO 128 B, Tx FIFO 256 B (niekonfigurowalne).
    • Pakiety USB 64 B + 2 B statusu.
2. Sterownik D2XX w PC alokuje domyślnie 4 kB na kierunek (FT_SetUSBParameters).
3. Bufor aplikacji (twój rxBuffer) jest ostatnim magazynem; jego rozmiar wpływa na liczbę wywołań API i latencję po stronie programu, ale nie zmienia sposobu, w jaki kontroler USB wysyła pakiety.

2. Obciążenie przy 115 200 bps

UART 8N1 = 10 bitów/bajt
(115200 \text{bps} / 10 = 11520 \text{B/s})
Dane zebrane w 8 ms: (11520 \times 0{,}008 \simeq 92 \text{B})

3. Dobór bufora aplikacji

• ≥ 92 B aby pomieścić dane z jednego okresu timer-a.
• + zapas na jitter OS/USB → 128 B wystarcza, 256 B daje 175 % marginesu i pozostaje potęgą 2.
• Większy bufor (512 B–1 kB) nie zaszkodzi, lecz nie zmniejszy opóźnienia – zwiększy jedynie ślad w RAM.

4. Jak działa Latency Timer

Sterownik wysyła dane gdy:
 a) zapełni się pakiet 64 B, lub
 b) upłynie Latency Timer (8 ms).
Dla ciągłego strumienia 115 200 bps pakiet 64 B zapełnia się w ≈5,5 ms, więc timer rzadko decyduje.
Przy transmisjach krótkich (ramki, komendy) to właśnie timer wyznacza maksymalne opóźnienie.

5. Zapis (Tx → FT232R)

Latencja timera nie wpływa na kierunek PC → FTDI.
Wysyłaj bloki 64 B, 128 B, 256 B… aby:
 • wypełnić pakiety USB,
 • zminimalizować overhead protokołu.

Aktualne informacje i trendy

• Najnowsze AN232B-04 (akt. marzec 2024) podkreśla, że wartości Latency Timer < 2 ms mogą obciążać CPU, a większe niż 16 ms rzadko mają sens w Full-Speed.
• Wersje sterownika FTDI D2XX ≥ v3.13 poprawiły „USB transfer optimisation”, dlatego pozostawienie 4096 B jest obecnie rekomendowane.
• Coraz częściej stosuje się FT-X-series (FT260/FTDI3xx) z trybem Hi-Speed – przy nich algorytm doboru bufora zmienia się (512 B pakietów USB). Twoja konfiguracja dotyczy jednak Full-Speed.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Potęgi 2 dla bufora aplikacji ułatwiają maskowanie indeksów pierścieniowych.
• Przy odbiorze event-driven (FT_SetEventNotification, „FD_READ”) latencja zależy głównie od systemu operacyjnego; w Windows zwykle wynosi 1-3 ms ponad ustawiony Latency Timer.

Aspekty etyczne i prawne

• Sterowniki FTDI objęte są licencją FTDI. W projektach open-source upewnij się, że dystrybuujesz wyłącznie niezmodyfikowane pakiety.
• Zachowaj zgodność z normami EMC – zbyt wysokie prędkości na liniach UART bez prawidłowego prowadzenia mas mogą generować zakłócenia.

Praktyczne wskazówki

1. Konfiguracja:

   FT_SetUSBParameters(h, 4096, 4096);
   FT_SetLatencyTimer(h, 8);
   uint8_t rxBuf[256];

2. Pętla odbioru:

   DWORD q, r;
   while (run) {
   FT_GetQueueStatus(h, &q);
   if (q) {
       DWORD toRead = (q > sizeof(rxBuf)) ? sizeof(rxBuf) : q;
       FT_Read(h, rxBuf, toRead, &r);
       Process(rxBuf, r);
   }
   Sleep(1);   // lub WaitForSingleObject eventu
   }

3. Testuj przepełnienia (FT_GetModemStatus) – jeśli wystąpią, odczytuj częściej lub zwiększ rxBuf.
4. Dla systemów real-time przenieś obsługę USB do oddzielnego wątku z priorytetem ABOVE_NORMAL.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Jeżeli PC wykonuje długie bloki obliczeń > 8 ms, nawet 256 B może nie wystarczyć; powiększ bufor lub zastosuj podwójne buforowanie (producer/consumer).
• W niektórych wersjach sterownika Windows 10/11 obserwuje się sporadyczne „bursty” 2–3 × 64 B w jednej ramce USB; margines 256 B wciąż bezpieczny.

Sugestie dalszych badań

• Porównaj latencję dla wartości 2 ms i 8 ms przy tej samej aplikacji – zmierz realne czasy przy pomocy QueryPerformanceCounter.
• Sprawdź FT232H (Hi-Speed) – inne pakiety, inne bufory.
• Przetestuj tryb overlapped I/O vs. polling – może zmniejszyć opóźnienia w Windows.

Krótkie podsumowanie

Optymalny kompromis dla FT232R @ 115 200 bps i Latency Timer 8 ms to pozostawienie sterownikowych 4 kB oraz użycie bufora aplikacji 256 B, co bezpiecznie mieści do 92 B danych napływających w jednym okresie timera, minimalizuje liczbę wywołań API i zapewnia niską latencję bez zbędnego obciążania procesora.