a fő / Navigátorok/ Univerzális soros busz USB. Soros usb Soros usb

Univerzális soros busz USB. Soros usb Soros usb

A számítástechnikai rendszerek magyarázó szótára az interfész (interfész) fogalmát határozza meg két rendszer, eszköz vagy program közötti határként; eszközök csatlakoztatásához használt csatlakozó elemek és kiegészítő vezérlő áramkörök. Beszélünk olyan interfészekről, amelyek lehetővé teszik különféle perifériás eszközök és vezérlőik csatlakoztatását a személyes (és nem csak) számítógépekhez. Az információátadás módja szerint az interfészek párhuzamosakra és sorosakra vannak felosztva. Párhuzamos interfészen az átvitt szó összes bitje (általában egy bájt) egyszerre van beállítva és továbbítva a megfelelő párhuzamos vezetéken. A számítógép hagyományosan az LPT portok által megvalósított Centronics párhuzamos interfészt használja. Soros interfészen a biteket egymás után továbbítják, általában ugyanazon a vonalon. A PC COM portok soros interfészt biztosítanak az RS-232C szabványnak megfelelően. Az interfészek figyelembevételével fontos paraméter a sávszélesség.

A modern számítógépek architektúrájában a külső buszok egyre nagyobb jelentőségűek, és különféle eszközök összekapcsolására szolgálnak. Ma lehet például külső kemény lemezek, CD-, DVD-eszközök, szkennerek, nyomtatók, digitális fényképezőgépek és egyebek.

Széles körben használt soros interfész szinkron és aszinkron adatátvitelhez.

2. USB busz Általános jellemzők.

USB(Universal Serial Bus) egy iparági szabványos PC architektúra kiterjesztés, amely a telefonálás és az eszközök integrációjára összpontosít a fogyasztói elektronika... Az 1.0 verzió 1996 januárjában jelent meg. Az USB architektúrát a következő kritériumok határozzák meg:

Könnyen megvalósítható PC-perifériák bővítése.

Olcsó megoldás, amely támogatja az akár 12 Mbps átviteli sebességet.

Teljes mértékben támogatja a valós idejű audio és (tömörített) videoátvitelt.

Izokron adatok és aszinkron üzenetek vegyes átviteli protokolljának rugalmassága.

Integráció a gyártott eszközökkel.

A PC minden konfigurációban és méretben kapható.

Biztonság szabványos interfész képes gyorsan meghódítani a piacot.

Új osztályú eszközök létrehozása, amelyek kibővítik a PC-t.

A végfelhasználó szempontjából az USB következő szolgáltatásai vonzóak:

A kábelezés és a csatlakozások egyszerűsége.

Az elektromos csatlakozás részleteinek elrejtése a végfelhasználó elől.

Azonosító vezérlők, az eszközök automatikus kommunikációja az illesztőprogramokkal és a konfiguráció.

Dinamikus kapcsolat lehetősége és a CP konfigurálása.

1996 közepe óta a PC-ket integrált USB vezérlővel gyártják, amelyet a chipset valósít meg. Már léteznek modemek, billentyűzetek, szkennerek, hangszórók és más I / O eszközök USB támogatással, valamint monitorok USB adapterekkel - ezek hubként működnek más eszközök csatlakoztatásához.

USB szerkezet

Az USB egyidejű adatcserét tesz lehetővé a gazda számítógép és több perifériás eszköz (CP) között. A busz sávszélességének megoszlását a CP között a gazdagép tervezi, és ő hajtja végre tokenek küldésével. A busz lehetővé teszi az eszközök csatlakoztatását, konfigurálását, használatát és leválasztását, miközben a gazdagép és maguk az eszközök futnak.

Az alábbiakban olvasható a szerző fordítása a Compaq, a DEC, az IBM, az Intel, a Microsoft, a NEC és az Northern Telecom által kiadott "univerzális soros busz specifikációból". Részletesebb és operatív információk a következő oldalon találhatók:

Az USB-eszközök lehetnek hubok, funkciók vagy mindkettő kombinációja. Az elosztó további pontokat biztosít az eszközök buszhoz való csatlakoztatásához. Az USB funkció további funkciókat biztosít a rendszernek, például ISDN csatlakozás, digitális joystick, hangszórók digitális interfész stb. USB eszköz USB-interfésszel kell rendelkeznie, amely teljes mértékben támogatja az USB-protokollt, szabványos műveleteket hajt végre (konfigurálás és visszaállítás), és információkat nyújt az eszközről. Számos USB eszköz tartalmaz hubot és funkciókat is. Az egész USB rendszert a Host Controller vezérli, amely a gazdagép hardveres és szoftveres alrendszere.

Az eszközök fizikai összekapcsolását többszintű csillag topológiában végzik. Minden csillag közepe egy agy, minden kábelszakasz két pontot köt össze - egy agyat egy másik elemmel vagy egy funkcióval. A rendszernek van egy (és csak egy) gazdagépvezérlője, amely az eszköz és a hub piramis tetején helyezkedik el. A gazdagépvezérlő integrálódik a Root Hubba, amely egy vagy több csatlakozási pontot - portot biztosít. A lapkakészletekben található USB-vezérlőnek általában beépített kétportos hubja van. Logikailag úgy tekinthető, hogy bármely USB hubhoz csatlakoztatott és konfigurált eszköz (lásd alább) közvetlenül csatlakozik a gazdagép vezérlőjéhez.

A funkciók olyan eszközök, amelyek képesek továbbítani vagy fogadni az adatokat vagy az információkat a buszon keresztül. Jellemzően a funkciók külön vezérlők, az hub portjába csatlakoztatott kábellel. Fizikailag egy ház több funkciót tartalmazhat egy beépített elosztóval, amely biztosítja a csatlakozásukat egy porthoz. Ezek a kombinált gazdagépek olyan központok, amelyek tartósan csatlakoztatott funkciós eszközökkel rendelkeznek.

Minden funkció konfigurációs információkat tartalmaz, leírva a CP képességeit és az erőforrásigényeket. A szolgáltatást használat előtt a gazdagépnek konfigurálnia kell - hozzá rendelt csatorna sávszélességet és kiválasztott konfigurációs opciókat.

Példák a funkciókra:

Mutatók - egér, tabletta, könnyű toll.

Beviteli eszközök - billentyűzet vagy szkenner.

Kimeneti eszköz - nyomtató, hangszórók (digitális).

ISDN telefonadapter.

A hub a PnR rendszer kulcseleme az USB architektúrában. Az agy kábelelosztó. A csatlakozási pontokat hub portoknak nevezzük. Minden hub átalakít egy csatlakozási pontot soká. Az architektúra lehetővé teszi több hub összekapcsolását.

Mindegyik hubnak van egy Upstream portja a gazdagéphez vagy a legfelső szintű hubhoz való csatlakozáshoz. A többi port Downstream port, amely funkciók vagy alacsonyabb szintű hubok összekapcsolására szolgál. A hub felismeri, ha az eszközök portokhoz vannak csatlakoztatva vagy azokról nem, és vezérli a szegmenseik tápellátását. Mindegyik port engedélyezhető vagy letiltható, és teljes vagy korlátozott adatátviteli sebességre konfigurálható. Az agy biztosítja a kis sebességű szegmensek elkülönítését a nagy sebességűektől.

A hubok vezérelhetik a downstream port teljesítményét; előírja az egyes portok által fogyasztott áram korlátozásának beállítását.

Az USB-rendszer három rétegre oszlik, az interakcióra vonatkozó speciális szabályokkal. Az USB-eszköz tartalmaz egy interfészrészt, egy eszközrészt és egy funkcionális részt. A gazdagép szintén három részre oszlik - interfész, rendszer és eszköz szoftver. Mindegyik rész csak bizonyos feladatsorokért felel, a köztük lévő logikus és valós interakciót az ábra szemlélteti. 7.1.

A vizsgált szerkezet a következő elemeket tartalmazza:

A fizikai USB-eszköz a buszon található eszköz, amely a végfelhasználó számára érdekes funkciókat lát el.

Client SW - A gazdagépen futó eszközspecifikus szoftver. Lehet része OS vagy speciális termék.

USB System SW - USB rendszer támogatás, függetlenül az adott eszközöktől és a kliens szoftverektől.

USB Host Controller - hardver és szoftver USB eszközök csatlakoztatásához a gazdagéphez.

11. előadás univerzális soros busz USB.

A számítástechnikai rendszerek magyarázó szótára az interfész (interfész) fogalmát határozza meg két rendszer, eszköz vagy program közötti határként; eszközök csatlakoztatásához használt csatlakozó elemek és kiegészítő vezérlő áramkörök. Beszélünk olyan interfészekről, amelyek lehetővé teszik különféle perifériás eszközök és vezérlőik csatlakoztatását a személyes (és nem csak) számítógépekhez. Az információátadás módja szerint az interfészek párhuzamosakra és sorosakra vannak felosztva. Párhuzamos interfészen az átvitt szó összes bitje (általában egy bájt) egyszerre van beállítva és továbbítva a megfelelő párhuzamos vezetéken. A számítógép hagyományosan az LPT portok által megvalósított Centronics párhuzamos interfészt használja. Soros interfészen a biteket egymás után továbbítják, általában ugyanazon a vonalon. A PC COM portok soros interfészt biztosítanak az RS-232C szabványnak megfelelően. Az interfészek mérlegelésekor egy fontos paraméter az áteresztőképesség.

A modern számítógépek architektúrájában a külső buszok egyre fontosabbá válnak, amelyek a kapcsolódást szolgálják különféle eszközök... Ma lehet például külső merevlemezek, CD-, DVD-eszközök, szkennerek, nyomtatók, digitális kamerák stb.

Széles körben használt soros interfész szinkron és aszinkron adatátvitelhez.

2.USB busz Általános jellemzők.

USB(Universal Serial Bus) egy ipari szabványos PC-architektúra kiterjesztés, amely a telefonos és a szórakoztató elektronikai eszközökkel való integrációra összpontosít. Az 1.0 verzió 1996 januárjában jelent meg. Az USB architektúrát a következő kritériumok határozzák meg:

Könnyen megvalósítható PC-perifériák bővítése.

Olcsó megoldás, amely támogatja az akár 12 Mbps átviteli sebességet.

Teljes mértékben támogatja a valós idejű audio és (tömörített) videoátvitelt.

Izokron adatok és aszinkron üzenetek vegyes átviteli protokolljának rugalmassága.

Integráció a gyártott eszközökkel.

A PC minden konfigurációban és méretben kapható.

Olyan szabványos felület biztosítása, amely gyorsan meghódíthatja a piacot.

A PC-t kibővítő új eszközosztályok létrehozása.

A végfelhasználó szempontjából az USB következő szolgáltatásai vonzóak:

A kábelezés és a csatlakozások egyszerűsége.

Az elektromos csatlakozás részleteinek elrejtése a végfelhasználó elől.

Azonosító vezérlők, az eszközök automatikus kommunikációja az illesztőprogramokkal és a konfiguráció.

Dinamikus kapcsolat lehetősége és a CP konfigurálása.

USB felépítés

Az USB egyidejű adatcserét tesz lehetővé a gazda számítógép és több perifériás eszköz (CP) között. A busz sávszélességének megoszlását a CP között a gazdagép tervezi, és azt tokenek küldésével valósítja meg. A busz lehetővé teszi az eszközök csatlakoztatását, konfigurálását, használatát és leválasztását, miközben a gazdagép és maguk az eszközök futnak.

Az alábbiakban olvasható a szerző által a Compaq, a DEC, az IBM, az Intel, a Microsoft, a NEC és az Northern Telecom által kiadott univerzális soros busz specifikációból származó kifejezések fordítása. Részletesebb és operatív információk a következő oldalon találhatók:

Az USB-eszközök lehetnek hubok, funkciók vagy mindkettő kombinációja. Az elosztó további pontokat biztosít az eszközök buszhoz való csatlakoztatásához. Az USB funkció biztosítja a rendszert további jellemzők pl. ISDN kapcsolat, digitális joystick, akusztikus hangszórók digitális interfésszel stb. Az USB-eszköznek rendelkeznie kell USB-interfésszel, amely teljes mértékben támogatja az USB-protokollt, szabványos műveleteket hajt végre (konfigurálás és visszaállítás), és információkat szolgáltat az eszközről. Számos USB eszköz tartalmaz hubot és funkciókat is. Az egész USB rendszert a Host Controller vezérli, amely a gazdagép hardveres és szoftveres alrendszere.

A funkciók olyan eszközök, amelyek képesek továbbítani vagy fogadni az adatokat vagy az információkat a buszon keresztül. Jellemzően a funkciók külön vezérlők, az hub portjába csatlakoztatott kábellel. Fizikailag egy ház több funkciót tartalmazhat egy beépített elosztóval, amely biztosítja az összeköttetésüket egy porttal. Ezek a kombinált gazdagépek olyan központok, amelyek tartósan csatlakoztatott funkciós eszközökkel rendelkeznek.

Példák a funkciókra:

Mutatók - egér, tabletta, könnyű toll.

Beviteli eszközök - billentyűzet vagy szkenner.

Kimeneti eszköz - nyomtató, hangszórók (digitális).

ISDN telefonadapter.

Minden hubnak egy Upstream portja van, hogy csatlakozzon egy gazdagéphez vagy egy legfelső szintű hubhoz. A többi port Downstream port, amely funkciók vagy alacsonyabb szintű hubok összekapcsolására szolgál. A hub felismeri, hogy az eszközök csatlakoznak-e vagy kikapcsolódnak a portokról, és vezérli a szegmenseik tápellátását. Mindegyik port engedélyezhető vagy letiltható, és teljes vagy korlátozott adatátviteli sebességre konfigurálható. Az agy biztosítja a kis sebességű szegmensek elkülönítését a nagy sebességűektől.

A hubok vezérelhetik a downstream port teljesítményét; előírja az egyes portok által fogyasztott áram korlátozásának beállítását.

Az USB-rendszer három rétegre oszlik, az interakcióra vonatkozó speciális szabályokkal. Az USB-eszköz tartalmaz egy interfészrészt, egy eszközrészt és egy funkcionális részt. A gazdagép szintén három részre oszlik - interfész, rendszer és eszköz szoftver. Mindegyik rész csak egy bizonyos feladatsorért felel, a közöttük fennálló logikus és valós interakciót az ábra szemlélteti. 7.1.

A vizsgált szerkezet a következő elemeket tartalmazza:

A fizikai USB-eszköz a buszon található eszköz, amely a végfelhasználó számára érdekes funkciókat lát el.

Client SW - A gazdagépen futó eszközspecifikus szoftver. Lehet az operációs rendszer szerves része vagy egy speciális termék.

USB System SW - USB-rendszer támogatás független meghatározott eszközökés kliens szoftverek.

USB Host Controller - Hardver és szoftver eszközök az USB-eszközök gazdaszámítógéphez történő csatlakoztatásához.

3. Fizikai felület

Az USB szabvány meghatározza a busz elektromos és mechanikai specifikációit. Az információs jeleket és az 5 V tápfeszültséget egy négyvezetékes kábel továbbítja. Differenciális módszert alkalmaznak a D + és D- jelek két vezetéken történő továbbítására. Az adó statikus jelszintjének 0,3 V-nál (alacsony) vagy 2,8 V-nál (magas) magasabbnak kell lennie. A vevőkészülékek ellenállnak a bemeneti feszültségnek -0,5 ... + 3,8 V-on belül. Az adónak képesnek kell lennie áttérni egy nagy impedancia állapotra a kétirányú fél-duplex átvitelhez egy vezetékpáron keresztül.

Az USB kétvezetékes átvitel nem korlátozódik a differenciális jelekre. A differenciál vevő mellett minden eszköz rendelkezik vonalvevővel a D + és D-jelek számára, és e vonalak adóit külön-külön vezérlik. Ez lehetővé teszi a hardver interfész szervezéséhez használt kettőnél több vonali állapot megkülönböztetését. A Diff0 és Diff1 állapotokat a D + és D-vonalakon a 200 mV-nál nagyobb potenciálkülönbség határozza meg, feltéve, hogy az egyikük potenciálja magasabb, mint a VSE válaszküszöb. Egy olyan állapotot, amelyben mind a D +, mind a D- alacsony, lineáris nullának nevezzük (SEO - Single-Ended Zero). Az interfész a következő állapotokat határozza meg:

J adatállapot és K adatállapot - a továbbított bit (vagy egyszerűen J és K) állapotát a Diff0 és Diff1 állapotok határozzák meg.

Tétlen állapot - szünet a buszon.

Állapot folytatása - ébresztési jel a készülék alvó üzemmódból való felébresztésére.

Csomag kezdete (SOP) - a csomag kezdete (átmenet tétlen állapotból K-ba).

Csomag vége (EOP) - a csomag vége.

Leválasztás - az eszköz le van választva a portról.

Csatlakozás - az eszköz csatlakozik a porthoz.

Reset - alaphelyzetbe állítja a készüléket.

Az állapotokat differenciális és lineáris jelek kombinációjával határozzuk meg; teljes és alacsony sebesség esetén a DiffO és Diff1 állapotoknak ellentétes a célja.
A Bontás, Csatlakozás és Visszaállítás állapot dekódolása figyelembe veszi azt az időt, ameddig a vonalak (több mint 2,5 ms) bizonyos állapotokban vannak.

A busznak két átviteli módja van. A teljes USB jelátviteli sebesség 12 Mbps, az alacsony 1,5 Mbps. A teljes sebesség érdekében árnyékolt, sodrott páros kábelt használnak 90 ohmos impedanciával és legfeljebb 5 m szegmenshosszal, alacsony sebesség esetén - árnyékolatlan, árnyékolatlan kábel 3 m-ig. A kis sebességű kábelek és eszközök olcsóbbak, mint a nagy sebességűek. Ugyanaz a rendszer egyszerre használhatja mindkét módot; az eszközök kapcsolása átlátható.

Az alacsony sebességet úgy tervezték, hogy kis számú, nagy sebességet nem igénylő hordozórakétával működjön. Egy adott portra csatlakoztatott eszköz által használt sebességet a hub határozza meg a jelszintek alapján

a D + és D- vonalakon, az adó-vevők R2 felhúzó ellenállásaival előfeszítve (lásd 7.2. és 7.3. ábra)

TÓL TŐL
A szinkronizációs jeleket az adatokkal együtt kódoljuk az NRZI (Non Return to Zero Invert) módszerrel, működését az 1. ábra szemlélteti. 7.4. Minden csomagot megelőz egy SYNC mező, amely lehetővé teszi a vevő számára, hogy az adó frekvenciájára hangolódjon. A kábel VBus és GND vezetékekkel is rendelkezik, amelyek az 5 V tápfeszültséget továbbítják az eszközökhöz.

A vezetők keresztmetszetét a szegmens hosszának megfelelően választják meg a garantált jelszint és tápfeszültség biztosítása érdekében. A szabvány kétféle csatlakozót határoz meg (lásd a 7.1. Táblázatot és a 7.5. Ábrát).

R Az "A" típusú csatlakozókat az elosztókhoz való csatlakozáshoz használják (Upstream csatlakozó). A csatlakozókat olyan kábelekre kell telepíteni, amelyek nem távolíthatók el az eszközöktől (például billentyűzet, egér stb.). A bővítőhelyek a hubok downstream portjain vannak telepítve. A downstream csatlakozókat olyan eszközökön használják, amelyekről a csatlakozókábel leválasztható (nyomtatók és szkennerek). A megfelelő elem (dugó) egy csatlakozókábelre van felszerelve, amelynek másik végén "A" típusú csatlakozó található.

Az "A" és "B" típusú csatlakozók mechanikusan különböznek egymástól (7.5. Ábra), ami kizárja az hub portok érvénytelen visszacsatolási kapcsolatait. A négytűs csatlakozók kulcsosak, hogy megakadályozzák a helytelen csatlakozást. A csatlakozók kialakítása lehetővé teszi a jeláramkörök késői és korai lekapcsolását a tápfeszültség áramkörökhöz képest. Az USB-csatlakozó felismeréséhez szabványos szimbolikus jelölést kell elhelyezni az eszköz testén.

R
van. 7.5. USB aljzatok: a - "A" típusú, b - "B" típusú, c - szimbolikus megjelölés

Az USB-eszközöket kábelről (buszos meghajtású készülékek) vagy saját tápegységükről (önellátó eszközök) lehet táplálni. A gazdagép biztosítja a közvetlenül hozzá kapcsolt CP-k energiáját. Minden hub viszont áramot biztosít a downstream portjaihoz csatlakoztatott eszközök számára. Bizonyos topológiai korlátozások mellett megengedett a buszmeghajtású hub. Ábrán. A 7.6 az USB-eszközök csatlakozási diagramjának példáját mutatja.

Itt a billentyűzet, a toll és az egér busszal működtethető.

Az USB egyaránt támogatja az egyirányú és a kétirányú kommunikációs módokat. Az adatátvitel a gazdagép és az eszköz végpontja között történik. Egy eszköznek több végpontja lehet, mindegyikkel (csatornával) a kommunikáció függetlenül jön létre.

Az USB architektúra négy alapvető típusú adatátvitelt tesz lehetővé:

Vezérlés A konfiguráláshoz használt átvitelek a csatlakoztatás és a működés során az eszközök vezérléséhez. A protokoll garantált adatátvitelt biztosít. A vezérlő üzenet adatmezőjének hossza nem haladja meg a 64 bájtot teljes sebességnél és a 8 bájtot alacsony sebességnél.

Viszonylag nagy csomagok tömeges adatátvitele szigorú szállítási idő követelmények nélkül. Az átvitelek a teljes ingyenes busz sávszélességet lefoglalják. A csomagok 8, 16, 32 vagy 64 bájtos adatmezővel rendelkeznek. Ezeknek az adásoknak van a legalacsonyabb prioritása, és felfüggeszthetők, ha a busz erősen meg van terhelve. Csak teljes adatátviteli sebességgel engedélyezett.

Megszakítás - rövid (legfeljebb 64 bájt teljes sebességgel, legfeljebb 8 bájt alacsony sebességen) átvitel a bevitt karakterek vagy koordináták típusától. A megszakítások spontánok, és nem lassabban kell szervizelni, mint amennyit a készülék megkövetel. A szerviz időkorlátja teljes sebesség esetén 1-255 ms, alacsony sebesség esetén 10-255 ms tartományban van beállítva.

Az izokron transzferek folyamatos, valós idejű transzferek, amelyek a busz sávszélességének egyeztetett részét veszik fel, és meghatározott szállítási késéssel rendelkeznek. Ha hibát észlel, az izokróm adatokat újrapróbálkozás nélkül továbbítja - az érvénytelen csomagokat figyelmen kívül hagyja. Ilyen például a digitális hangátvitel. A sávszélességet az átviteli minőség követelményei határozzák meg, és a kézbesítési késés kritikus lehet például telekonferencia megvalósításakor.

A busz sávszélessége fel van osztva az összes telepített csatorna között. A lefoglalt sávszélességet a csatornához rendelik, és ha egy új csatorna létrehozásához olyan sávszélességre van szükség, amely nem illeszkedik a már meglévő allokációba, akkor a csatornakiosztási kérelmet elutasítják.

Az USB architektúra biztosítja az összes eszköz belső pufferelését, és minél nagyobb sávszélességet igényel egy eszköz, annál nagyobbnak kell lennie a pufferének. Az USB-nek olyan sebességgel kell képesnek lennie a cserére, hogy az eszköz pufferelés által okozott késleltetési ideje ne haladja meg a néhány milliszekundumot.

Az izokron transzfereket a végpontok - az adatok forrásai vagy vevői - szinkronizálásának módja szerint osztályozzák: megkülönböztetik az aszinkron, a szinkron és az adaptív eszközosztályokat, amelyek mindegyike megfelel a saját típusú USB-csatornának.

Jegyzőkönyv

Az USB-n keresztüli összes csere (tranzakció) három csomagból áll. Minden tranzakció ütemezése és elindítása a vezérlő kezdeményezésére történik, amely Token csomagot küld. Leírja az átvitel típusát és irányát, az USB-eszköz címét és a végpont számát. Minden tranzakcióban csak a címzett eszköz (annak végpontja) és a gazdagép között lehetséges a csere. A token-címzett eszköz felismeri a címét és felkészül a cserére. Az adatforrás (amelyet a jogkivonat azonosít) adatcsomagot továbbít (vagy értesítést küld arról, hogy nem kell adatokat elküldeni) A csomag sikeres fogadása után az adatvevő kézfogási csomagot küld.

A tranzakciók ütemezése biztosítja az irányítást a streaming csatornák felett. Hardver szinten a tranzakcióelutasítás (NAck) elfogadhatatlan átviteli sebességgel történő használata megakadályozza a pufferek túlcsordulását felülről és alulról. Az elutasított tranzakciós tokenek a busz szabadidejében kerülnek továbbadásra. Az áramlásszabályozás lehetővé teszi az egyidejűleg heterogén adatfolyamok kiszolgálásának rugalmas ütemezését.

A hibatűrést a következő USB-szolgáltatások biztosítják:

Kiváló jelminőség a differenciál vevőknek / adóknak és árnyékolt kábeleknek köszönhetően.

Vezérlő és adatmezők védelme CRC kódokkal.

Észlelje az eszköz csatlakoztatását, kihúzását és az erőforrások konfigurálását rendszerszinten.

Öngyógyító protokoll csomagvesztés időkorlátjával.

Folyamatszabályozás izokróm és hardveres pufferkezeléshez.

A funkciók függetlensége a többi funkcióval való sikertelen cserétől.

Az átviteli hibák észleléséhez minden csomag CRC ellenőrző mezőkkel rendelkezik az összes egy- és kettős bites hiba észleléséhez. A hardver észleli az átviteli hibákat, és a vezérlő automatikusan megpróbál háromszor továbbítani. Ha az újrapróbálkozások sikertelenek, hibaüzenetet küld az ügyfélszoftvernek.

USB eszközök - funkciók és elosztók

Az USB busz képességei lehetővé teszik, hogy különféle eszközök csatlakoztatásához használja. Anélkül, hogy érintenénk a vezérlők "hasznos" tulajdonságait, maradjunk az USB buszhoz csatlakoztatott interfész részükön. Minden eszköznek támogatnia kell az alább felsorolt közös műveleteket. Dinamikus kapcsolat és szétkapcsolás. Ezeket az eseményeket a hub figyeli, amely jelentést tesz a gazdagépvezérlőnek és alaphelyzetbe állítja a csatlakoztatott eszközt. Az eszköznek a visszaállítási jel után reagálnia kell a nulla címre, miközben nincs konfigurálva és nincs felfüggesztve. A cím kijelölése után, amelyért a hosztvezérlő felelős, az eszköznek csak az egyedi címére kell válaszolnia.

Az eszköz konfigurálásához a gazdagép szükséges a használatukhoz. A konfiguráláshoz általában az eszközről olvasott információkat használják. Egy eszköznek több interfésze lehet, mindegyiknek megvan a maga végpontja, amely az eszköz funkcióját képviseli a gazdagép felé. Egy konfigurációban lévő interfésznek alternatív jellemzői lehetnek; a készletek megváltoztatását a protokoll támogatja. Az adaptív illesztőprogramok támogatásához az eszköz- és interfészleírók osztály-, alosztály- és protokollmezőkkel rendelkeznek.

Az adatátvitel négy átviteli típus egyikén keresztül lehetséges (lásd fent). A különböző átviteli típusokat elfogadó végpontokhoz a konfiguráció után csak az egyik áll rendelkezésre.

Az energiagazdálkodás egy fejlett USB-funkció. Buszmeghajtású eszközök esetében az áramkorlátozás korlátozott. Semmilyen eszköz, ha csatlakoztatva van, nem vonhat le a busz 100 mA-nél nagyobb áramáról. Az üzemi áram (legfeljebb 500 mA) a konfigurációban van deklarálva, és ha az elosztó nem tudja biztosítani az eszköz számára a deklarált áramot, akkor ez nem konfigurálható és ezért nem használható.

Az USB-eszköznek támogatnia kell a felfüggesztett módot, amelyben az áramfogyasztása nem haladja meg az 500 μA-t. Az eszköznek automatikusan le kell állnia, ha a busz már nem aktív.

A Remote Wakeup képesség lehetővé teszi, hogy egy felfüggesztett eszköz jelezze a gazdagépet, amely szintén felfüggesztett állapotban lehet. A távoli ébresztés képességét az eszközkonfiguráció írja le. Ez a funkció kikapcsolható a konfigurálás során.

Az USB hub elosztója jelkapcsolást és tápfeszültséget végez, és figyeli a hozzá csatlakoztatott eszközök állapotát, értesítve a gazdagépet a változásokról. A hub két részből áll - a Hub Controllerből és a Hub Repeaterből. Ismétlés Az átjátszó egy vezérelhető kulcs, amely összeköti a kimeneti portot a bemeneti porttal. Olyan eszközökkel rendelkezik, amelyek támogatják a jelzés visszaállítását és felfüggesztését. A vezérlő regisztereket tartalmaz a gazdával való kommunikációhoz. A nyilvántartásokhoz speciális parancsok férnek hozzá a hub eléréséhez. A parancsok lehetővé teszik a hub konfigurálását, a downstream portok kezelését és állapotuk figyelemmel kísérését.

A csomópontok downstream portjai a következő állapotokban lehetnek:

Tápellátás - a port nem kap áramot (csak a hubot kapcsoló, amely áramot kapcsol). A kimeneti pufferek nagy impedanciájú állapotba kerülnek, a bemeneti jeleket figyelmen kívül hagyják.

Bekapcsolva - A port semmilyen irányban nem továbbítja a jeleket, de képes érzékelni az eszköz kapcsolatát (azzal, hogy nincs SEO állapota 2,5 μs-ig). Ezután a port Disabled állapotba kerül, és a bemeneti jelszintek (DiffO vagy Diff1 készenléti állapotban) szerint meghatározza a csatlakoztatott eszköz sebességét.

Letiltva - A port csak egy reset jelet továbbít (a vezérlő parancsára), a port jelzéseit (kivéve a szétkapcsolás észlelését) nem fogadjuk el. A bontás észlelésekor (2,5 μs SEO állapot) a port belép a Disconnect állapotba, és ha a bontást egy "alvó" hub észleli, a Resume jelet küld a vezérlő.

Engedélyezve - A port mindkét irányban továbbítja a jeleket. Vezérlőparancs vagy kerethiba észlelésekor a port Letiltott állapotba kerül, és amikor egy bontást észlel, akkor a Bontás állapotba.

Felfüggesztve - A port jelet küld leállított állapotba ("hibernálás"). Ha a hub aktív, akkor a porton keresztül egyetlen jel sem kerül továbbításra. Azonban egy "alvó" hub érzékeli a nem tiltott portok állapotának változására utaló jeleket, és aktivált eszközről "ébresztő" jeleket küld még az "alvó" hubok láncolatán keresztül is. Az egyes portok állapotát a hub vezérlő külön regiszterek segítségével azonosítja. Van egy általános regiszter, amelynek bitjei azt tükrözik, hogy az egyes kikötők állapota megváltozott (reteszelték az EOF során). Ez lehetővé teszi a gazdagépvezérlő számára, hogy gyorsan kiderítse a hub állapotát, és ha speciális tranzakciókkal észlelnek változásokat, tisztázza az állapotot.
autók- processzor, még az azt használó szakemberek hatékonyságának rovására is. Ábra. 1.2. Központosítva rendszer ...

univerzális soros busz

Mini-B csatlakozó ECN: 2000. októberi közlemény.
Errata 2000 decembere óta: 2000. decemberi közlemény.
Felhúzható / lehúzható ellenállások ECN
Errata 2002 májusa óta: 2002. májusában kiadott közlemény.
Interfész társulások ECN: 2003. májusában kiadott közlemény.
- Új szabványok kerültek bevezetésre, amelyek lehetővé teszik több interfész társítását egyetlen eszköz funkcióval.
Lekerekített letörés ECN: 2003. októberi közlemény.
Unicode ECN: 2005. februárban kiadott közlemény.
- Ez az ECN meghatározza, hogy a karakterláncokat az UTF-16LE kódolja.
Inter-Chip USB kiegészítő: 2006. márciusi közlemény.
Menet közbeni kiegészítő 1.3: 2006. decemberi közlemény.
- Az USB On-The-Go lehetővé teszi, hogy két USB eszköz külön USB állomás nélkül kommunikáljon egymással. A gyakorlatban az egyik eszköz hostként működik a másik számára.

USB OTG

USB 3.0

Az USB 3.0 a fejlesztés utolsó szakaszában van. A következő vállalatok foglalkoznak az USB 3.0 létrehozásával: Microsoft, Texas Instruments, NXP Semiconductors. Az USB 3.0 specifikációban a frissített szabvány portjai és kábelei fizikailag és funkcionálisan kompatibilisek lesznek az USB 2.0-val. Az USB 2.0 kábel négy vonalt tartalmaz - egy párat az adatok fogadásához / továbbításához, egyet az áramellátáshoz és egyet a földeléshez. Ezek mellett az USB 3.0 öt új vonalat ad hozzá (ami sokkal vastagabb kábelt eredményez), de az új csapok párhuzamosak a régiekkel egy másik tűsoron. Most egyszerűen meg tudja állapítani, hogy a kábel a szabvány adott verziójához tartozik-e, csupán a csatlakozóját megnézve. Az USB 3.0 specifikáció a maximális adatátviteli sebességet 4,8 Gbps-re emeli - nagyságrendekkel több, mint az USB 2.0 által biztosított 480 Mbps. Az USB 3.0 nemcsak nagyobb adatátviteli sebességgel büszkélkedhet, hanem megnövekedett áramerősséggel (500 mA-től 900 mA-ig). Ezentúl a felhasználó nemcsak sokkal nagyobb számú eszközt tud táplálni egy hubból, hanem azt is Hardver korábban külön tápegységgel látták el, megszabadul tőlük.

Itt a GND az "eset" áramkör a perifériás eszközök táplálásához, VBus - +5 V, szintén az áramkörökhöz. Az adatokat különböző módon továbbítják a D + és D-vezetéken (a 0 és 1 állapotot (a hivatalos dokumentáció diff0, illetve diff1 rendjében) a 0,2 V-nál nagyobb vonalak közötti potenciálkülönbség határozza meg, feltéve, hogy az egyik a vonalak közül (D− diff0 és D + diff1 esetén) a potenciál a GND vonatkozásában nagyobb, mint 2,8 V. A differenciál átviteli módszer a fő, de nem az egyetlen (például az inicializálás során a Az eszköz tájékoztatja a gépet a készülék által támogatott módról (teljes vagy alacsony sebességű) azáltal, hogy az egyik vonali adatot 1,5 kΩ-os ellenálláson keresztül húzza fel a V_BUS felé (D- alacsony sebességű üzemmódhoz és D + teljes sebességű üzemmódban a nagy sebességű üzemmódban működő eszközök ebben a szakaszban úgy viselkednek, mint a teljes sebességű üzemmódban).

USB 3.0 B típusú csatlakozó

USB 3.0 A típusú csatlakozó

USB 3.0 kábelek és csatlakozók

Az USB hátrányai

Bár az USB 2.0 csúcssávszélessége 480 Mbps (60 Mbps), a gyakorlatban nem lehet elérni a csúcshoz közeli sávszélességet. Ennek oka az USB-busz meglehetősen hosszú késése az adatátviteli kérelem és az átvitel tényleges megkezdése között. Például a FireWire busz, bár alacsonyabb, 400 Mbps csúcssávszélességgel rendelkezik, ami 80 Mbps-mal kevesebb, mint az USB 2.0, a valóságban nagyobb sávszélességet tesz lehetővé az adatok merevlemezekkel és más tárolóeszközökkel történő cseréjéhez.

USB és FireWire / 1394

USB tárolási protokoll, amely parancsátviteli módszer

Ezenkívül az USB-háttértárat nem támogatták a régebbi operációs rendszerek (eredeti Windows 98), és az illesztőprogram telepítését igényelte. Az SBP-2 támogatott bennük is. A régebbi operációs rendszerekben (Windows 2000) az USB-tároló protokollt csonka formában valósították meg, ami nem teszi lehetővé a CD / DVD-lemezek USB-n keresztül csatlakoztatott USB-meghajtón történő írásának funkcióját; az SBP-2-nek soha nem voltak ilyen korlátozásai.

Az USB busz szigorúan orientált, ezért 2 számítógép vagy 2 perifériás eszköz csatlakoztatásához további berendezésekre van szükség. Egyes gyártók támogatják a nyomtató és a szkenner, vagy a fényképezőgép és a nyomtató csatlakoztatását, de ezek a megvalósítások erősen gyártói specifikusak és nem szabványosítottak. Az 1394 / FireWire busz nem szenved ettől a hátránytól (2 videokamera csatlakoztatható).

Az Apple licencpolitikája, valamint a hardverek sokkal nagyobb összetettsége miatt azonban az 1394 ritkábban fordul elő. alaplapok a régebbi számítógépeken nincs 1394-es vezérlő. Ami a perifériákat illeti, az 1394-es támogatás általában nem található másban, csak a videokamerákban és a külső házakban merevlemezekés CD / DVD meghajtók.

Lásd még

Firewire
TransferJet

Forrásai

Linkek

USB News (német)
USB-azonosítók listája (szállítók, eszközök és interfészek)

· 14. előadás univerzális soros busz USB.

A modern számítógépek architektúrájában a külső buszok egyre nagyobb jelentőségűek, és különféle eszközök összekapcsolására szolgálnak. Ma lehet például külső merevlemez, CD-, DVD-eszköz, szkenner, nyomtató, digitális fényképezőgép és még sok más.

Széles körben használt soros interfész szinkron és aszinkron adatátvitelhez.

2.USB busz Általános jellemzők.

Ø Könnyen megvalósítható PC-perifériák bővítése.

Ø Olcsó megoldás, amely támogatja a 12-es sebességet M bit / s.

Ø Teljes mértékben támogatja a valós idejű audio és (tömörített) videoátvitelt.

Ø Izokron adatok és aszinkron üzenetek vegyes átviteli protokolljának rugalmassága.

Ø Integráció a gyártott eszközökkel.

Ø A PC minden konfigurációban és méretben kapható.

Ø Olyan szabványos felület biztosítása, amely gyorsan meghódíthatja a piacot.

Ø Új osztályú eszközök létrehozása, amelyek kibővítik a PC-t.

Ø A végfelhasználó szempontjából az USB következő szolgáltatásai vonzóak:

Ø A kábelezés és a csatlakozások egyszerűsége.

Ø Az elektromos csatlakozás részleteinek elrejtése a végfelhasználó elől.

Ø Azonosító vezérlők, az eszközök automatikus kommunikációja az illesztőprogramokkal és a konfiguráció.

Ø Dinamikus kapcsolat lehetősége és a CP konfigurálása.

USB felépítés

Az alábbiakban a szerző által kiadott, az "Univerzális soros busz specifikáció" kifejezések fordításának változata olvasható Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC és az Northern Telecom ... Részletesebb és operatív információk a következő oldalon találhatók:

Az USB-eszközök lehetnek hubok, funkciók vagy mindkettő kombinációja. Az elosztó további pontokat biztosít az eszközök buszhoz való csatlakoztatásához. Az USB funkció további szolgáltatásokat biztosít a rendszer számára, mint például az ISDN csatlakozás, a digitális joystick, a digitális hangszórók stb. eszköz. Számos USB eszköz tartalmaz hubot és funkciókat is. Az egész USB rendszert a Host Controller vezérli, amely a gazdagép hardveres és szoftveres alrendszere.

Az eszközök fizikai összekapcsolását többszintű csillag topológiában végzik. Minden csillag közepe egy agy, minden kábelszakasz két pontot köt össze - egy agyat egy másik elemmel vagy egy funkcióval. A rendszernek van egy (és csak egy) gazdagépvezérlője, amely az eszköz és a hub piramis tetején helyezkedik el. A gazdagépvezérlő integrálódik a Root Hubba, amely egy vagy több csatlakozási pontot - portot biztosít. Vezérlő U A chipkészletek részét képező SB rendszerint beépített kétportos hubdal rendelkezik. Logikailag úgy tekinthető, hogy bármely USB hubhoz csatlakoztatott és konfigurált eszköz (lásd alább) közvetlenül csatlakozik a gazdagép vezérlőjéhez.

A funkciók olyan eszközök, amelyek képesek továbbítani vagy fogadni az adatokat vagy az információkat a buszon keresztül. Jellemzően a funkciók külön vezérlők, az hub portjába csatlakoztatott kábellel. Fizikailag egy ház több funkciót tartalmazhat egy beépített elosztóval, amely biztosítja az összeköttetésüket egy porttal. Ezek a kombinált gazdagépek olyan központok, amelyek tartósan csatlakoztatott funkciós eszközökkel rendelkeznek.

Példák a funkciókra:

Ø Mutatók - egér, tabletta, könnyű toll.

Ø Beviteli eszközök - billentyűzet vagy szkenner.

Ø Kimeneti eszköz - nyomtató, hangszórók (digitális).

Ø ISDN telefonadapter.

A hubok vezérelhetik a downstream port teljesítményét; előírja az egyes portok által fogyasztott áram korlátozásának beállítását.

Az USB-rendszer három rétegre oszlik, az interakcióra vonatkozó speciális szabályokkal. Az USB-eszköz tartalmaz egy interfészrészt, egy eszközrészt és egy funkcionális részt. A gazdagép szintén három részre oszlik - interfész, rendszer és eszköz szoftver. Mindegyik rész csak egy bizonyos feladatsorért felel, a közöttük fennálló logikus és valós interakciót az ábra szemlélteti. 7.1.

A vizsgált szerkezet a következő elemeket tartalmazza:

Ø A fizikai USB-eszköz a buszon található eszköz, amely a végfelhasználó számára érdekes funkciókat lát el.

Ø Client SW - A gazdagépen futó eszközspecifikus szoftver. Lehet az operációs rendszer szerves része vagy egy speciális termék.

Ø USB System SW - USB rendszer támogatás, függetlenül az adott eszközöktől és a kliens szoftverektől.

Ø USB Host Controller - Hardver és szoftver eszközök az USB-eszközök gazdaszámítógéphez történő csatlakoztatásához.

3. Fizikai felület

Ø J adatállapot és K adatállapot - a továbbított bit (vagy egyszerűen J és K) állapotát a Diff0 és Diff1 állapotok határozzák meg.

Ø Tétlen állapot - szünet a buszon.

Ø Állapot folytatása - ébresztési jel a készülék alvó üzemmódból való felébresztésére.

Ø Csomag kezdete (SOP) - a csomag kezdete (átmenet tétlen állapotból K-ba).

Ø Csomag vége (EOP) - a csomag vége.

Ø Leválasztás - az eszköz le van választva a portról.

Ø Csatlakozás - az eszköz csatlakozik a porthoz.

Ø Reset - alaphelyzetbe állítja a készüléket.

a D + és D- vonalakon, az adó-vevők R2 felhúzó ellenállásaival előfeszítve (lásd 7.2. és 7.3. ábra)

A szinkronizációs jeleket az adatokkal együtt kódoljuk az NRZI (Non Return to Zero Invert) módszerrel, működését az 1. ábra szemlélteti. 7.4. Minden csomagot megelőz egy SYNC mező, amely lehetővé teszi a vevő számára, hogy az adó frekvenciájára hangolódjon. A kábel VBus és GND vezetékekkel is rendelkezik, amelyek az 5 V tápfeszültséget továbbítják az eszközökhöz.

Az A típusú csatlakozókat az elosztókhoz való csatlakozáshoz használják (Upstream csatlakozó). A csatlakozókat olyan kábelekre kell telepíteni, amelyek nem távolíthatók el az eszközöktől (például billentyűzet, egér stb.). A bővítőhelyek a hubok downstream portjain vannak telepítve. A downstream csatlakozókat olyan eszközökön használják, amelyekről a csatlakozókábel leválasztható (nyomtatók és szkennerek). A megfelelő elem (dugó) egy csatlakozókábelre van felszerelve, amelynek másik végén "A" típusú csatlakozó található.

Ábra. 7.5. USB aljzatok: a - "A" típusú, b - "B" típusú, c - szimbolikus megjelölés

Itt a billentyűzet, a toll és az egér busszal működtethető.

Az USB architektúra négy alapvető típusú adatátvitelt tesz lehetővé:

Ø Vezérlés A konfiguráláshoz használt átvitelek a csatlakoztatás és a működés során az eszközök vezérléséhez. A protokoll garantált adatátvitelt biztosít. A vezérlő üzenet adatmezőjének hossza nem haladja meg a 64 bájtot teljes sebességnél és a 8 bájtot alacsony sebességnél.

Ø Viszonylag nagy csomagok tömeges adatátvitele szigorú szállítási idő követelmények nélkül. Az átvitelek a teljes ingyenes busz sávszélességet lefoglalják. A csomagok 8, 16, 32 vagy 64 bájtos adatmezővel rendelkeznek. Ezeknek az adásoknak van a legalacsonyabb prioritása, és felfüggeszthetők, ha a busz erősen meg van terhelve. Csak teljes adatátviteli sebességgel engedélyezett.

Ø Megszakítás - rövid (legfeljebb 64 bájt teljes sebességgel, legfeljebb 8 bájt alacsony sebességen) átvitel a bevitt karakterek vagy koordináták típusától. A megszakítások spontánok, és nem lassabban kell szervizelni, mint amennyit a készülék megkövetel. A szerviz időkorlátja teljes sebesség esetén 1-255 ms, alacsony sebesség esetén 10-255 ms tartományban van beállítva.

Ø Az izokron transzferek folyamatos, valós idejű transzferek, amelyek a busz sávszélességének egyeztetett részét veszik fel, és meghatározott szállítási késéssel rendelkeznek. Ha hibát észlel, az izokróm adatokat újrapróbálkozás nélkül továbbítja - az érvénytelen csomagokat figyelmen kívül hagyja. Ilyen például a digitális hangátvitel. A sávszélességet az átviteli minőség követelményei határozzák meg, és a kézbesítési késés kritikus lehet például telekonferencia megvalósításakor.

Jegyzőkönyv

A hibatűrést a következő USB-szolgáltatások biztosítják:

Ø Kiváló jelminőség a differenciál vevőknek / adóknak és árnyékolt kábeleknek köszönhetően.

Ø Vezérlő és adatmezők védelme CRC kódokkal.

Ø Észlelje az eszköz csatlakoztatását, kihúzását és az erőforrások konfigurálását rendszerszinten.

Ø Öngyógyító protokoll csomagvesztés időkorlátjával.

Ø Folyamatszabályozás izokróm és hardveres pufferkezeléshez.

Ø A funkciók függetlensége a többi funkcióval való sikertelen cserétől.

USB eszközök - funkciók és elosztók

Az USB-eszköznek támogatnia kell a felfüggesztett módot, amelyben az áramfogyasztása nem haladja meg az 500 μA-t. Az eszköznek automatikusan le kell állnia, ha a busz már nem aktív.

A csomópontok downstream portjai a következő állapotokban lehetnek:

Ø Tápellátás - a port nem kap áramot (csak a hubot kapcsoló, amely áramot kapcsol). A kimeneti pufferek nagy impedanciájú állapotba kerülnek, a bemeneti jeleket figyelmen kívül hagyják.

Ø Bekapcsolva - A port semmilyen irányban nem továbbítja a jeleket, de képes érzékelni az eszköz kapcsolatát (azzal, hogy nincs SEO állapota 2,5 μs-ig). Ezután a port Disabled állapotba kerül, és a bemeneti jelszintek (DiffO vagy Diff1 készenléti állapotban) szerint meghatározza a csatlakoztatott eszköz sebességét.

Ø Letiltva - A port csak egy reset jelet továbbít (a vezérlő parancsára), a port jelzéseit (kivéve a szétkapcsolás észlelését) nem fogadjuk el. A bontás észlelésekor (2,5 μs SEO állapot) a port belép a Disconnect állapotba, és ha a bontást egy "alvó" hub észleli, a Resume jelet küld a vezérlő.

Ø Engedélyezve - A port mindkét irányban továbbítja a jeleket. Vezérlőparancs vagy kerethiba észlelésekor a port Letiltott állapotba kerül, és amikor egy bontást észlel, akkor a Bontás állapotba.

Ø Felfüggesztve - A port jelet küld leállított állapotba ("hibernálás"). Ha a hub aktív, akkor a porton keresztül egyetlen jel sem kerül továbbításra. Azonban egy "alvó" hub érzékeli a nem tiltott portok állapotának változására utaló jeleket, és aktivált eszközről "ébresztő" jeleket küld még az "alvó" hubok láncolatán keresztül is. Az egyes portok állapotát a hub vezérlő külön regiszterek segítségével azonosítja. Van egy általános regiszter, amelynek bitjei azt tükrözik, hogy az egyes kikötők állapota megváltozott (reteszelték az EOF során). Ez lehetővé teszi a gazdagépvezérlő számára, hogy gyorsan kiderítse a hub állapotát, és ha speciális tranzakciókkal észlelnek változásokat, tisztázza az állapotot.

Host Controller

A gazdagép a vezérlőn keresztül kommunikál az eszközökkel. A fogadó a következő feladatokkal rendelkezik:

Ø USB-eszközök csatlakoztatásának észlelése és leválasztása;

Ø az eszközök és a gazdagép közötti vezérlő áramlás manipulálása;

Ø adatfolyam szabályozás;

Ø statisztikák gyűjtése;

Ø az energiatakarékosság biztosítása a csatlakoztatott PU által.

Ø A vezérlő rendszer szoftver kezeli az eszközök és a gazdagépen futó szoftverek közötti kölcsönhatást, hogy koordinálja:

Ø az eszközök számozása és konfigurálása;

Ø izokron adatátvitel;

Ø aszinkron adatátvitel;

Ø energia gazdálkodás;

Ø információk az eszköz- és buszkezelésről.

Az USB lehetővé teszi az adatcserét a gazdaszámítógép és a különféle perifériák (CP) között. Az USB specifikáció szerint az eszközök lehetnek központok, funkciók vagy mindkettő kombinációja. A hub eszköz csak további pontokat biztosít az eszközök buszhoz történő csatlakoztatásához. Az USB funkciós eszköz a rendszert kiegészítővel látja el funkcionalitás pl. ISDN csatlakozás, digitális joystick, digitális interfésszel rendelkező hangszórók stb. A több funkciót tartalmazó összetett eszköz hubként jelenik meg, amelyhez több eszköz is csatlakozik. Az USB-eszköznek rendelkeznie kell USB-interfésszel, amely teljes mértékben támogatja az USB-protokollt, szabványos műveleteket hajt végre (konfigurálás és visszaállítás), és információkat nyújt az eszközről. Az egész USB rendszert a gazda vezérlő vezérli, amely a gazdagép hardver és szoftver alrendszere. A busz lehetővé teszi az eszközök csatlakoztatását, konfigurálását, használatát és leválasztását, miközben a gazdagép és maguk az eszközök futnak. Az USB busz host-központú: az egyetlen master, amely a cserét vezérli, a host számítógép, és az összes hozzá csatlakoztatott periféria kizárólag rabszolga. Az USB busz fizikai topológiája többszintű csillag. A teteje a gazdagép-vezérlő a gyökér hub-tal kombinálva, általában kétportos. Az elosztó elosztó eszköz; a hozzá csatlakoztatott eszközök áramforrása is lehet. Perifériás eszköz vagy közbenső hub közvetlenül csatlakoztatható az elosztó minden egyes portjához; a busz akár 5 szintű hub-lépcsőzést tesz lehetővé (a gyökért nem számítva). Mivel a kombinált eszközök magukban tartalmaznak egy elosztót, a 6. szintű elosztóhoz való csatlakozásuk már nem megengedett. Mindegyik közbenső hubnak több downstream portja van a perifériás eszközök (vagy downstream hubok) csatlakoztatásához, és egy upstream port az upstream hub gyökér hubjához vagy downstream portjához való csatlakozáshoz. Az USB logikai topológiája csak egy csillag: a gazdagépvezérlő számára az elosztók azt az illúziót keltik, hogy minden eszközt közvetlenül csatlakoztatnak egymáshoz. Ellentétben a bõvítõ buszokkal (ISA, PCI, PC Card), ahol a program a memória cellák, az I / O portok, a megszakítások és a DMA csatornák fizikai címeihez való hozzáféréssel mûködik az eszközökkel, az alkalmazások csak a program interfészén keresztül lépnek kapcsolatba az USB eszközökkel. Ezt az interfészt, amely biztosítja az eszközökhöz való hozzáférés függetlenségét, a rendszerszoftver biztosítja. USB vezérlő.

A terjedelmes, drága párhuzamos AT A buszkábelektől eltérően, különös tekintettel az SCSI buszra, sokféle csatlakozóval és összetett csatlakozási szabályokkal, kábelezéssel USB egyszerűés kecses. Az USB-kábel egy árnyékoltat tartalmaz csavart érpár 90 Ohm impedanciával a jeláramkörökhöz és egy árnyékolatlan kábellel az áramellátáshoz (+5 V), megengedett szegmenshosszal, legfeljebb 5 m-ig. Kis sebesség esetén legfeljebb 3 m hosszú, nem sodrott, árnyékolatlan kábel használható ( olcsóbb). A kábelek és az USB csatlakozók rendszere nem teszi lehetővé az eszközök csatlakoztatásakor a hibákat (13.1. Ábra, a és b). Az USB-csatlakozó felismeréséhez az eszköz tokjára szabványos szimbolikus jelölést helyeznek (13.1. Ábra, c). Az „A” típusú aljzatok csak a lefelé irányuló hub portokhoz illeszkednek, az „A” típusú csatlakozók a perifériás vagy az upstream hub kábelekhez. A B típusú aljzatokat és csatlakozókat csak azoknál a zsinóroknál használják, amelyek leválasztva vannak a perifériás eszközökről és az elosztók elülső irányú portjairól („kicsi” eszközökről - egerek, billentyűzetek stb. Kábelek általában nem válnak le). A 19. ábrán bemutatott szabványos csatlakozók mellett miniatűr változatokat is használnak (20. ábra, c, d, e). Az elosztók és eszközök biztosítják a gyors csatlakoztatás és a kihúzás képességeit. Ehhez a csatlakozók a tápfeszültség áramkörök korábbi csatlakozását és későbbi szétkapcsolását biztosítják a jelekhez viszonyítva, emellett protokollt biztosítanak az eszközök csatlakoztatásának és szétkapcsolásának jelzésére. Az USB csatlakozók tűkiosztása a táblázatban látható. A 9. ábrán a csapok számozása a 9. ábrán látható. 20. Az összes USB-kábel "egyenes" - ugyanazon nevű csatlakozó láncokat köti össze.

Ábra. 19. USB csatlakozók: a - "A" típusú csatlakozó, b - "B" típusú csatlakozó, c - szimbolikus megjelölés

Ábra. 20. USB aljzatok: a - "A" típus, b - "B" típusú szabvány, c, d, e - miniatűr "B" típus

9. táblázat: Az USB-csatlakozó érintkezőinek célja

A busz differenciális módszert alkalmaz a D + és D-jelek két vezetéken keresztül történő továbbítására. Egy adott portra csatlakoztatott eszköz sebességét az elosztó határozza meg a D + és D-vonalon lévő jelszintek alapján, amelyeket az adó-vevők terhelési ellenállása eltol: az alacsony sebességű készülékek "felhúzzák" a D- vonal magas szintre, teljes értékkel - D +. A HS-eszköz csatlakoztatását a konfigurációs információk cseréjének szakaszában határozzák meg - fizikailag először a HS-eszközt FS-ként kell csatlakoztatni. Az USB kétvezetékes átvitel nem korlátozódik a differenciális jelekre. A differenciál vevő mellett minden eszköz rendelkezik vonalvevővel a D + és D-jelek számára, és e vonalak adóit külön-külön vezérlik. Ez lehetővé teszi a hardver interfész szervezéséhez használt kettőnél több vonali állapot megkülönböztetését.

A nagy sebességű (480 Mbps - csak kétszer lassabb, mint a Gigabit Ethernet) bevezetése az adó-vevők és a kommunikációs vonalak gondos összehangolását igényli. Csak árnyékolt sodrott érpárú kábel működhet ilyen sebességgel. Nagy sebesség esetén az USB hardvernek további dedikált adó-vevőkkel kell rendelkeznie. Az FS és LS mód potenciális kondicionálóitól eltérően a HS jeladók áramforrások, amelyek mindkét jelvezetéken lezáró ellenállások jelenlétére irányulnak.

Az adatátviteli sebességet (LS, FS vagy HS) a periféria tervezője választja ki a periféria igényeinek megfelelően. A készülék kis sebességének megvalósítása valamivel olcsóbb (az adó-vevõk egyszerûbbek, és az LS kábele is lehet árnyékolatlan, nem csavart pár). Ha a "régi" USB-eszközben habozás nélkül lehetett csatlakozni bármely hub bármely szabad portjához, akkor az USB 2.0-ban, ha vannak eszközök és hubok különböző verziók optimális, nem optimális és nem működő konfigurációk között lehetett választani.

Az USB 1.1 huboknak támogatniuk kell az FS és az LS sebességet, az hubhoz csatlakoztatott eszköz sebességét a jelvezetékek potenciális különbsége határozza meg automatikusan. Csomagok átvitelénél az USB 1.1 hubok egyszerűen olyan ismétlők, amelyek átlátható kommunikációt biztosítanak a periféria és a vezérlő között. Az alacsony sebesség elég pazarlóan továbbítja a busz sávszélességének pazarlását: a buszra való felvételük alatt egy nagysebességű készülék nyolcszor több adatot képes továbbítani. De az egész rendszer egyszerűsítése és költségeinek csökkentése érdekében ezeket az áldozatokat meghozták, és a sávszélesség elosztása között különböző eszközök a gazda vezérlő tranzakcióütemezője figyeli.

A 2.0 specifikációban a 480 Mbit / s sebességnek meg kell felelnie a korábbiaknak, de ilyen sebességarány esetén az FS-re és az LS-re történő cserék minden "öröm" nélkül "felemészti" a busz lehetséges sávszélességét (a felhasználó számára). . Ennek megakadályozása érdekében az USB 2.0 hubok átveszik a csomagkapcsolók jellemzőit. Ha egy nagysebességű eszköz (vagy hasonló hub) van csatlakoztatva egy ilyen hub portjához, akkor az hub ismétlő üzemmódban működik, és a HS-n lévő eszközzel végzett tranzakció a teljes csatornát elveszi a gazdagép vezérlőjéhez végrehajtásának teljes időtartama alatt. Ha egy eszköz vagy 1.1 hub csatlakozik az USB 2.0 hub portjához, akkor a csomag HS csatornán keresztül jut át a csatornán a vezérlőhöz, az hub pufferben van tárolva, és a régi eszközhöz vagy hubhoz kerül natív FS vagy LS sebesség. Ugyanakkor a vezérlő és a hub 2.0 (a rootot is beleértve) funkciói bonyolultabbá válnak, mivel az FS és LS tranzakciók fel vannak osztva és ékelve vannak részeik között nagy sebességű sebességváltók... A régi (1.1) eszközök és hubok elől ezek a finomságok el vannak rejtve, ami biztosítja a visszafelé kompatibilitást. Teljesen világos, hogy egy USB 2.0 eszköz csak akkor képes nagy sebességű megvalósításra, ha csak 2.0 hubok találkoznak rajta keresztül a host vezérlőig (szintén 2.0). Ha ezt a szabályt megsértik, és van egy régi hub között és a 2.0 vezérlő között, akkor a kommunikáció csak FS módban hozható létre. Ha az eszköz és a kliens szoftver elégedett egy ilyen sebességgel (például egy nyomtató és egy szkenner esetében ez csak hosszabb várakozási időt eredményez a felhasználó számára), akkor a csatlakoztatott eszköz működni fog, de egy üzenet jelenik meg a kapcsolatok nem optimális konfigurációja. Ha lehetséges, annak (konfigurációját) korrigálni kell, mivel az USB-kábelek váltása menet közben is elvégezhető. A busz sávszélessége szempontjából kritikus eszközök és szoftverek, in rossz konfiguráció megtagadja a munkát és kategorikusan megköveteli a váltást. Ha a gazdagépvezérlő régi, akkor az USB 2.0 összes előnye nem lesz elérhető a felhasználó számára. Ebben az esetben meg kell változtatnia a gazdagép vezérlőjét (az alaplapot vagy PCI vezérlő kártyát kell vásárolnia). Az USB 2.0 vezérlő és elosztók lehetővé teszik a busz teljes sávszélességének növelését a régebbi eszközöknél is. Ha az FS-eszközök az USB 2.0 hubok különböző portjaihoz vannak csatlakoztatva (beleértve a gyökérzetet is), akkor az USB busz teljes átviteli sebessége a 12 Mbit / s-hoz képest annyiszor nő, ahányszor a nagysebességű hubok portjai vannak használt.

A hub a PnP rendszer kulcseleme az USB architektúrában. A központ számos funkciót lát el:

biztosítja az eszközök fizikai csatlakoztatását,

alakítása és észlelése

jelek a busz specifikációja szerint

mindegyik portja;

vezérli a tápfeszültséget

downstream kikötők, az egyes kikötők által fogyasztott áram korlátozásának megállapításával;

figyelemmel kíséri a hozzá csatlakoztatott eszközök állapotát,

értesíteni a változások fogadóját;

hibákat észlel a buszon, eljárásokat hajt végre

javítsa és különítse el a hibás busz szegmenseket;

kommunikációt biztosít a működő buszszegmensek között

különböző sebességeket.

A hub figyeli az eszközök által generált jeleket. Előfordulhat, hogy egy hibás eszköz nem képes rosszul „bezárni” (elveszíteni az aktivitását), vagy éppen ellenkezőleg, „dumálni” valamit. Ezeket a helyzeteket az eszközhöz legközelebb eső hub figyeli, és legkésőbb a (mikro) kerethatár mentén megtiltja az ilyen eszközről történő áramlást. Az elosztók éberségének köszönhetően ezek a helyzetek megakadályozzák, hogy egy hibás eszköz blokkolja az egész buszt.

A downstream portok mindegyike engedélyezhető vagy letiltható, és magas, teljes vagy korlátozott adatátviteli sebességre konfigurálható. Az elosztókon lehetnek downstream port állapotjelző LED-ek, amelyek automatikusan (hub logika) vagy szoftver (host controller) vezérelhetők. Az indikátor lehet egy pár LED - zöld és sárga (borostyánsárga) vagy egy LED változó színnel. A port státusza a következőképpen jelenik meg:

a kikötőt nem használják;
zöld - normál működés;
sárga - hiba;
zölden villog - a program figyelmet igényel

felhasználó (Szoftver figyelem);

sárga villog - a berendezés figyelmet igényel

(Hardver figyelem).

A hub felsõ portja konfigurálva van, és külsõen teljes vagy nagy sebességûként jelenik meg (csak USB 2.0). Csatlakozáskor az USB 2.0 hub port az FS séma szerint végződik, HS módba kapcsolja csak a vezérlő parancsára.

Ábrán. A 13.3. Ábra a csatlakozó eszközök és hubok egy változatát mutatja, ahol a nagysebességű USB 2.0 eszköz csak egy TV-kamera, amely tömörítés nélkül továbbítja a videofolyamot. Ha USB 1.1 nyomtatót és szkennert csatlakoztat a hub 2.0 portjainak elkülönítéséhez, és még leválasztja őket az audioeszközökről, lehetővé teszi számukra a 12 Mbps sávszélesség használatát. Így a 480 Mbit / s teljes sávszélességből 3x12 = 36 Mbit / s van allokálva a "régi" eszközökhöz (USB 1.0). Valójában 48 Mbps sávszélességről beszélhetünk, mivel a billentyűzet és az egér az USB 2.0 gazdagép-vezérlő külön portjához csatlakozik, de ezek az eszközök a számukra kiosztott 12 Mbps-nek csak a töredékét "mesterezik". Természetesen csatlakoztathat egy billentyűzetet és egeret egy külső hub portjához, de a megbízhatóság növelése szempontjából rendszereszközök jobb, ha a bemenetet a legrövidebb úton csatlakoztatja (a kábelek, csatlakozók és közbenső eszközök számát tekintve). Sikertelen konfiguráció az lenne, ha nyomtatót (szkennert) csatlakoztatna egy USB 1.1 hubhoz - miközben audioeszközökkel dolgozik (ha azok kiváló minőségűek), a nyomtatási (szkennelési) sebesség csökken. Nem működik a fényképezőgép USB 1.1 hub portjához történő csatlakoztatása.

A kapcsolatok megtervezésekor vegye figyelembe az eszközök áramellátását: a buszos eszközök általában a hálózati tápfeszültségű hubokra vannak csatlakoztatva. Csak kis fogyasztású eszközök vannak csatlakoztatva a buszról táplált hubokhoz - például egy USB egér és más mutatóeszközök (trackball, tablet) egy hubot tartalmazó USB billentyűzethez vannak csatlakoztatva.

Az energiagazdálkodás egy fejlett USB-funkció. Buszmeghajtású eszközök esetében az áramkorlátozás korlátozott. Semmilyen eszköz, ha csatlakoztatva van, nem vonhat le a busz 100 mA-nél nagyobb áramáról. Az üzemi áram (legfeljebb 500 mA) a konfigurációban van megadva. Ha az elosztó nem tudja ellátni a készüléket a megadott árammal, akkor ez nem konfigurálható, ezért nem használható.

Az USB-eszköznek támogatnia kell a felfüggesztett módot, amelyben az áramfogyasztása nem haladja meg az 500 μA-t. Az eszköznek automatikusan le kell állnia, ha a busz már nem aktív.

Ábra. 21. Példa a kapcsolat konfigurálására

A távoli ébresztési képesség lehetővé teszi, hogy egy felfüggesztett eszköz jelezze a gazdagépet, amely szintén felfüggesztett állapotban lehet. A távoli ébresztés képességét az eszközkonfiguráció írja le. Ez a funkció kikapcsolható a konfigurálás során.

Univerzális soros busz USB. Soros usb Soros usb

2. USB busz Általános jellemzők.

USB szerkezet

11. előadás univerzális soros busz USB.

USB OTG

USB 3.0

USB 3.0 kábelek és csatlakozók

Az USB hátrányai

USB és FireWire / 1394

Lásd még

Forrásai

Linkek

Jelszó visszaállítás