ana / Gezginler/ Evrensel Seri Veri Yolu USB. Seri usb Seri usb

Evrensel Seri Veri Yolu USB. Seri usb Seri usb

Hesaplama Sistemlerinin Açıklayıcı Sözlüğü, bir arayüz (arayüz) kavramını iki sistem, cihaz veya program arasındaki sınır olarak tanımlar; cihazları bağlamak için kullanılan bağlantı elemanları ve yardımcı kontrol devreleri. Çeşitli çevresel aygıtları ve bunların denetleyicilerini kişisel (ve yalnızca değil) bilgisayarlara bağlamanıza izin veren arabirimler hakkında konuşacağız. Bilgi aktarım yöntemine göre arayüzler paralel ve seri olarak ikiye ayrılır. Paralel bir arayüzde, iletilen kelimenin (genellikle bir bayt) tüm bitleri, aynı anda karşılık gelen paralel teller üzerinden ayarlanır ve iletilir. PC geleneksel olarak LPT portları tarafından uygulanan Centronics paralel arayüzünü kullanır. Bir seri arabirimde, bitler birbiri ardına, genellikle aynı hat üzerinden iletilir. PC COM bağlantı noktaları, RS-232C standardına uygun bir seri arabirim sağlar. Arayüzler düşünüldüğünde önemli parametre bant genişliğidir.

Modern bilgisayarların mimarisinde, çeşitli cihazları birbirine bağlamaya hizmet eden harici veri yolları giderek daha önemli hale geliyor. Bugün, örneğin olabilir, harici sert diskler, CD-, DVD cihazları, tarayıcılar, yazıcılar, dijital kameralar ve daha fazlası.

Senkron ve asenkron veri iletimi için yaygın olarak kullanılan bir seri arayüz.

2.USB veri yolu Genel özellikler.

USB bağlantı(Evrensel Seri Veri Yolu), telefon ve cihaz entegrasyonuna odaklanan endüstri standardı bir PC mimarisi uzantısıdır. tüketici elektroniği... Sürüm 1.0, Ocak 1996'da yayınlandı. USB mimarisi aşağıdaki kriterlere göre tanımlanır:

PC çevre birimlerinin uygulanması kolay genişletilmesi.

12 Mbps'ye kadar aktarım hızlarını destekleyen düşük maliyetli çözüm.

Gerçek zamanlı ses ve (sıkıştırılmış) video aktarımı için tam destek.

Eşzamanlı veri ve eşzamansız iletilerin karma aktarım protokolünün esnekliği.

Üretilen cihazlarla entegrasyon.

Tüm konfigürasyonlarda ve boyutlarda PC mevcuttur.

Güvenlik standart arayüz piyasayı hızlı bir şekilde fethedebilir.

Bilgisayarı genişleten yeni cihaz sınıflarının oluşturulması.

Son kullanıcının bakış açısından, USB'nin aşağıdaki özellikleri çekicidir:

Kablolama ve bağlantıların basitliği.

Son kullanıcıdan elektrik bağlantı detaylarını gizleme.

Kendi kendini tanımlayan kontrolörler, aygıtların sürücülerle otomatik iletişimi ve yapılandırma.

Dinamik bağlantı imkanı ve CP konfigürasyonu.

1996 yılının ortalarından bu yana, PC'ler, yonga seti tarafından uygulanan entegre bir USB denetleyicisi ile üretildi. Zaten USB destekli modemler, klavyeler, tarayıcılar, hoparlörler ve diğer G / Ç cihazlarının yanı sıra USB adaptörlü monitörler var - diğer cihazları bağlamak için hub görevi görüyorlar.

usb yapısı

USB, bir ana bilgisayar ile birden çok çevresel aygıt (CP) arasında eşzamanlı veri alışverişine izin verir. CP arasındaki veri yolu bant genişliğinin dağılımı, ana bilgisayar tarafından planlanır ve belirteçler göndererek onun tarafından uygulanır. Veri yolu, ana bilgisayar ve cihazların kendileri çalışırken cihazları bağlamanıza, yapılandırmanıza, kullanmanıza ve bağlantısını kesmenize olanak tanır.

Aşağıda yazarın Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC ve Northern Telecom tarafından yayınlanan "Evrensel Seri Veri Yolu Spesifikasyonu"ndaki terimlerin çevirisi bulunmaktadır. Daha ayrıntılı ve operasyonel bilgiler şu adreste bulunabilir:

USB Aygıtları, hub'lar, işlevler veya her ikisinin birleşimi olabilir. Hub, cihazları veri yoluna bağlamak için ek noktalar sağlar. USB İşlevi, sisteme ISDN bağlantısı, dijital joystick, hoparlörler gibi ek özellikler sağlar. dijital arayüz vb. USB aleti USB protokolünü tam olarak destekleyen, standart işlemleri (yapılandırma ve sıfırlama) gerçekleştiren ve cihazı açıklayan bilgiler sağlayan bir USB arabirimine sahip olmalıdır. Birçok USB aygıtı hem bir hub hem de işlevler içerir. Tüm USB sistemi, ana bilgisayarın donanım ve yazılım alt sistemi olan Ana Bilgisayar Denetleyicisi tarafından kontrol edilir.

Cihazların fiziksel bağlantısı çok katmanlı bir yıldız topolojisinde gerçekleştirilir. Her yıldızın merkezi bir göbektir, her kablo parçası iki noktayı birbirine bağlar - başka bir göbekle veya bir işleve sahip bir göbek. Sistem, aygıtın ve hub piramidinin en üstünde bulunan bir (ve yalnızca bir) ana bilgisayar denetleyicisine sahiptir. Ana bilgisayar denetleyicisi, bir veya daha fazla bağlantı noktası - bağlantı noktası sağlayan Kök Hub ile entegre olur. Yonga setlerinde bulunan USB denetleyicisi genellikle yerleşik bir çift bağlantı noktalı hub'a sahiptir. Mantıksal olarak, herhangi bir USB hub'ına bağlı ve yapılandırılmış (aşağıya bakın) bir cihaz, ana bilgisayar denetleyicisine doğrudan bağlı olarak kabul edilebilir.

Fonksiyonlar, veri yolu üzerinden veri iletebilen veya alabilen veya bilgileri kontrol edebilen cihazlardır. Tipik olarak işlevler, hub bağlantı noktasına bir kablo takılı ayrı denetleyicilerdir. Fiziksel olarak, bir durumda, bir bağlantı noktasına bağlantılarını sağlayan yerleşik bir hub ile birkaç işlev olabilir. Bu birleştirilmiş ana cihazlar, kalıcı olarak bağlı özellikli cihazlara sahip merkezlerdir.

Her işlev, CP yeteneklerini ve kaynak gereksinimlerini açıklayan yapılandırma bilgileri sağlar. Özellik, kullanımdan önce ana bilgisayar tarafından yapılandırılmalıdır — bir kanal bant genişliği ve yapılandırma seçenekleri seçilmelidir.

İşlev örnekleri şunlardır:

İşaretçiler - fare, tablet, hafif kalem.

Giriş aygıtları - klavye veya tarayıcı.

Çıkış aygıtı - yazıcı, hoparlörler (dijital).

ISDN telefon adaptörü.

Hub, USB mimarisindeki PnR sisteminin önemli bir unsurudur. Hub bir kablo hub'ıdır. Bağlantı noktalarına hub portları denir. Her hub, bir bağlantı noktasını birçok bağlantı noktasına dönüştürür. Mimari, birden fazla hub'ın bağlanmasına izin verir.

Her hub'ın bir ana bilgisayara veya üst düzey hub'a bağlanmak için bir Yukarı Akış Bağlantı Noktası vardır. Bağlantı noktalarının geri kalanı, işlevleri veya alt düzey hub'ları bağlamak için tasarlanmış Aşağı Yöndeki Bağlantı Noktalarıdır. Hub, cihazların bağlantı noktalarına bağlandığını veya bağlantı noktalarının bağlantısının kesildiğini algılayabilir ve kendi segmentlerine giden güç kaynağını kontrol edebilir. Portların her biri, tam veya sınırlı baud hızı için etkinleştirilebilir veya devre dışı bırakılabilir ve yapılandırılabilir. Hub, düşük hızlı segmentlerin yüksek hızlı segmentlerden izolasyonunu sağlar.

Hub'lar, aşağı akış bağlantı noktası gücünü kontrol edebilir; her bağlantı noktası tarafından tüketilen akım için bir sınır belirlemeyi sağlar.

USB sistemi, belirli iletişim kuralları ile üç katmana ayrılmıştır. Bir USB aygıtı, bir arabirim parçası, bir aygıt parçası ve bir işlevsel parça içerir. Ana bilgisayar ayrıca üç bölüme ayrılmıştır - arayüz, sistem ve cihaz yazılımı. Her parça yalnızca belirli bir görev aralığından sorumludur, aralarındaki mantıksal ve gerçek etkileşim Şekil 1'de gösterilmektedir. 7.1.

İncelenen yapı aşağıdaki unsurları içerir:

Fiziksel bir USB aygıtı, son kullanıcının ilgisini çeken işlevleri gerçekleştiren bir veri yolu üzerindeki bir aygıttır.

İstemci Yazılımı - Ana bilgisayarda çalışan cihaza özel yazılım. Olabilir parçasıİşletim sistemi veya özel ürün.

USB Sistem Yazılımı - Belirli cihazlardan ve istemci yazılımından bağımsız USB sistem desteği.

USB Ana Bilgisayar Denetleyicisi - donanım ve yazılım USB aygıtlarını ana bilgisayara bağlamak için.

Ders 11. Evrensel seri veri yolu USB.

Modern bilgisayarların mimarisinde, harici veriyolları giderek daha önemli hale geliyor ve bağlantı kurmaya hizmet ediyor. çeşitli cihazlar... Bugün, örneğin, harici olabilir sabit sürücüler, CD-, DVD-aygıtları, tarayıcılar, yazıcılar, dijital kameralar vb.

Senkron ve asenkron veri iletimi için yaygın olarak kullanılan bir seri arayüz.

2.USB veri yolu Genel özellikler.

USB bağlantı(Evrensel Seri Veri Yolu), telefon ve tüketici elektroniği cihazlarıyla entegrasyona odaklanan endüstri standardı bir PC mimarisi uzantısıdır. Sürüm 1.0, Ocak 1996'da yayınlandı. USB mimarisi aşağıdaki kriterlere göre tanımlanır:

PC çevre birimlerinin uygulanması kolay genişletilmesi.

12 Mbps'ye kadar aktarım hızlarını destekleyen düşük maliyetli çözüm.

Gerçek zamanlı ses ve (sıkıştırılmış) video aktarımı için tam destek.

Eşzamanlı veri ve eşzamansız iletilerin karma aktarım protokolünün esnekliği.

Üretilen cihazlarla entegrasyon.

Tüm konfigürasyonlarda ve boyutlarda PC mevcuttur.

Pazarı hızla fethedebilecek standart bir arayüz sağlamak.

Bilgisayarı genişleten yeni cihaz sınıflarının oluşturulması.

Son kullanıcının bakış açısından, USB'nin aşağıdaki özellikleri çekicidir:

Kablolama ve bağlantıların basitliği.

Son kullanıcıdan elektrik bağlantı detaylarını gizleme.

Kendi kendini tanımlayan kontrolörler, aygıtların sürücülerle otomatik iletişimi ve yapılandırma.

Dinamik bağlantı imkanı ve CP konfigürasyonu.

1996 yılının ortalarından bu yana, PC'ler, yonga seti tarafından uygulanan entegre bir USB denetleyicisi ile üretildi. USB destekli modemler, klavyeler, tarayıcılar, hoparlörler ve diğer G / Ç cihazlarının yanı sıra USB adaptörlü monitörler zaten var - diğer cihazları bağlamak için hub görevi görüyorlar.

USB yapısı

Aşağıda yazarın Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC ve Northern Telecom tarafından yayınlanan Evrensel Seri Veri Yolu Spesifikasyonu'ndaki terimlerin çevirisi bulunmaktadır. Daha ayrıntılı ve operasyonel bilgiler şu adreste bulunabilir:

USB Aygıtları, hub'lar, işlevler veya her ikisinin birleşimi olabilir. Hub, cihazları veri yoluna bağlamak için ek noktalar sağlar. USB İşlevi sistemi sağlar Ek özelliklerörneğin ISDN bağlantısı, dijital joystick, akustik hoparlörler dijital arabirim vb. ile USB aygıtının, USB protokolünü tam olarak destekleyen, standart işlemleri (yapılandırma ve sıfırlama) gerçekleştiren ve aygıtı açıklayan bilgiler sağlayan bir USB arabirimi olmalıdır. Birçok USB aygıtı hem bir hub hem de işlevler içerir. Tüm USB sistemi, ana bilgisayarın donanım ve yazılım alt sistemi olan Ana Bilgisayar Denetleyicisi tarafından kontrol edilir.

Fonksiyonlar, veri yolu üzerinden veri iletebilen veya alabilen veya bilgileri kontrol edebilen cihazlardır. Tipik olarak işlevler, hub bağlantı noktasına bir kablo takılı ayrı denetleyicilerdir. Fiziksel olarak, bir yuva, bağlantılarını tek bir bağlantı noktasına sağlayan yerleşik bir hub ile çeşitli işlevler içerebilir. Bu birleştirilmiş ana bilgisayar cihazları, kalıcı olarak bağlı özellikli cihazlara sahip merkezlerdir.

Her işlev, CP yeteneklerini ve kaynak gereksinimlerini açıklayan yapılandırma bilgileri sağlar. Özellik, kullanımdan önce ana bilgisayar tarafından yapılandırılmalıdır - kendisine atanan bir kanal bant genişliği ve seçilen yapılandırma seçenekleri.

İşlev örnekleri şunlardır:

İşaretçiler - fare, tablet, hafif kalem.

Giriş aygıtları - klavye veya tarayıcı.

Çıkış aygıtı - yazıcı, hoparlörler (dijital).

ISDN telefon adaptörü.

Hub'lar aşağı akış bağlantı noktalarını kontrol edebilir; her bağlantı noktası tarafından tüketilen akım için bir sınır belirlemeyi sağlar.

İncelenen yapı aşağıdaki unsurları içerir:

Fiziksel bir USB aygıtı, son kullanıcının ilgisini çeken işlevleri gerçekleştiren bir veri yolu üzerindeki bir aygıttır.

İstemci Yazılımı - Ana bilgisayarda çalışan cihaza özel yazılım. İşletim sisteminin ayrılmaz bir parçası veya özel bir ürün olabilir.

USB System SW - USB sistem desteği belirli cihazlar ve istemci yazılımı.

USB Ana Bilgisayar Denetleyicisi - USB aygıtlarını bir ana bilgisayara bağlamak için donanım ve yazılım araçları.

3.Fiziksel arayüz

USB standardı, veri yolu için elektriksel ve mekanik özellikleri tanımlar. Bilgi sinyalleri ve 5 V besleme gerilimi, dört telli bir kablo üzerinden iletilir. D + ve D- sinyallerini iki kablo üzerinden iletmek için diferansiyel bir yöntem kullanılır. Statik verici sinyal seviyeleri 0,3 V (düşük) altında veya 2,8 V (yüksek) üzerinde olmalıdır. Alıcılar, -0,5 ... + 3,8 V aralığındaki giriş voltajlarına dayanır. Vericiler, bir çift kablo üzerinden çift yönlü yarı çift yönlü iletim için yüksek empedans durumuna geçebilmelidir.

USB iki telli iletim, diferansiyel sinyallerle sınırlı değildir. Diferansiyel alıcıya ek olarak her cihazda D+ ve D- sinyalleri için hat alıcıları bulunur ve bu hatların vericileri ayrı ayrı kontrol edilir. Bu, donanım arayüzünü düzenlemek için kullanılan ikiden fazla hat durumu arasında ayrım yapmayı mümkün kılar. Diff0 ve Diff1 durumları, birindeki potansiyelin VSE yanıt eşiğinden daha yüksek olması koşuluyla, D + ve D- hatlarındaki 200 mV'den büyük potansiyel farkı ile belirlenir. Hem D + hem de D-'nin düşük olduğu bir duruma doğrusal sıfır (SEO - Tek Uçlu Sıfır) denir. Arayüz aşağıdaki durumları tanımlar:

Veri J Durumu ve Veri K Durumu - iletilen bitin (veya sadece J ve K) durumları, Diff0 ve Diff1 durumları aracılığıyla belirlenir.

Boş Durum - otobüste duraklama.

Devam Durumu - cihazı uyku modundan uyandırmak için uyandırma sinyali.

Paketin Başlangıcı (SOP) - paketin başlangıcı (Boşta Durumdan K'ye geçiş).

Paket Sonu (EOP) - paketin sonu.

Bağlantıyı kes - cihazın bağlantı noktasıyla bağlantısı kesildi.

Bağlan - cihaz bağlantı noktasına bağlı.

Sıfırla - cihazı sıfırlayın.

Durumlar, diferansiyel ve lineer sinyallerin kombinasyonları ile belirlenir; tam ve düşük hız için, DiffO ve Diff1 durumları zıt amaca sahiptir.
Bağlantıyı Kes, Bağlan ve Sıfırla durumlarının kodunun çözülmesi, hatların (2,5 ms'den fazla) belirli durumlarda olduğu süreyi hesaba katar.

Otobüsün iki iletim modu vardır. Tam USB sinyal iletim hızı 12 Mbps, düşük olanı 1.5 Mbps'dir. Tam hız için, 90 ohm empedansa ve 5 m'ye kadar segment uzunluğuna sahip blendajlı bükümlü çift kablo, düşük hız için - 3 m'ye kadar blendajsız blendajsız kablo kullanılır. hız olanlar. Aynı sistem aynı anda her iki modu da kullanabilir; cihazlar için geçiş şeffaftır.

Düşük hız, yüksek hız gerektirmeyen az sayıda fırlatıcı ile çalışmak üzere tasarlanmıştır. Belirli bir bağlantı noktasına bağlı bir cihazın kullandığı hız, sinyal seviyelerine göre hub tarafından belirlenir.

D + ve D- hatlarında, alıcı-vericilerin çekme dirençleri R2 tarafından önyargılı (bkz. Şekil 7.2 ve 7.3)

DAN
Senkronizasyon sinyalleri, NRZI (Non Return to Zero Invert) yöntemi kullanılarak verilerle birlikte kodlanır, çalışması Şekil 2'de gösterilmektedir. 7.4. Her paketin önünde, alıcının verici frekansını ayarlamasını sağlayan bir SYNC alanı bulunur. Kablo ayrıca 5 V besleme gerilimini cihazlara taşımak için VBus ve GND hatlarına sahiptir.

İletkenlerin kesiti, garanti edilen sinyal seviyesini ve besleme voltajını sağlamak için segment uzunluğuna göre seçilir. Standart, iki tip konektör tanımlar (bkz. Tablo 7.1 ve Şekil 7.5).

$ "A" tipi konektörler, hub'lara bağlanmak için kullanılır (Upstream Connector). Fişler, cihazlardan ayrılamayan kablolara takılır (örneğin klavye, fare vb.). Yuvalar, hub'ların aşağı akış bağlantı noktalarına kurulur. Aşağı Akış Konektörleri, bağlantı kablosunun çıkarılabileceği aygıtlara (yazıcılar ve tarayıcılar) kurulur. Karşı uç (fiş), karşı ucunda "A" tipi bir fiş bulunan bir bağlantı kablosuna takılır.

"A" ve "B" tipi konektörler, hub portlarının geçersiz geri döngü bağlantılarını hariç tutan mekanik olarak farklıdır (Şekil 7.5). Dört pimli konektörler, yanlış bağlantıyı önlemek için anahtarlanmıştır. Konektörlerin tasarımı, besleme devrelerine kıyasla sinyal devrelerinin geç bağlanmasına ve erken bağlantısının kesilmesine izin verir. USB konektörünü tanımak için cihazın gövdesine standart bir sembolik işaret yerleştirilmiştir.

$
dır-dir. 7.5. USB soketleri: a - "A" tipi, b - "B" tipi, c - sembolik atama

USB aygıtlarına bir kablodan (Bus-Powered Devices) veya kendi güç kaynaklarından (self-powered Devices) güç sağlanabilir. Ana bilgisayar, kendisine doğrudan bağlı olan CP'lere güç sağlar. Her hub, sırayla, aşağı akış bağlantı noktalarına bağlı cihazlara güç sağlar. Bazı topoloji kısıtlamaları ile veri yolu ile çalışan hub'lara izin verilir. İncirde. 7.6, USB cihazları için bir bağlantı şeması örneğini gösterir.

Burada klavye, kalem ve fare veri yolu ile çalıştırılabilir.

USB, hem tek yönlü hem de çift yönlü iletişim modlarını destekler. Veri aktarımı, ana bilgisayar yazılımı ile cihaz uç noktası arasında gerçekleşir. Bir cihazın birkaç uç noktası olabilir, her biri (kanal) ile iletişim bağımsız olarak kurulur.

USB mimarisi, dört temel veri aktarımı türüne izin verir:

Kontrol Cihazları kontrol etmek için bağlantı sırasında ve çalışma sırasında konfigürasyon için kullanılan Kontrol Transferleri. Protokol, garantili veri teslimatı sağlar. Kontrol mesajının veri alanının uzunluğu, tam hızda 64 baytı ve düşük hızda 8 baytı geçmez.

Sıkı teslimat süresi gereksinimleri olmadan nispeten büyük paketlerin Toplu Veri Aktarımı. Transferler, tüm ücretsiz veri yolu bant genişliğini kaplar. Paketlerin 8, 16, 32 veya 64 baytlık bir veri alanı vardır. Bu aktarımlar en düşük önceliğe sahiptir ve otobüs aşırı yüklendiğinde askıya alınabilir. Yalnızca tam baud hızında izin verilir.

Kesinti - giriş karakterlerinin veya koordinatlarının türünün kısa (tam hızda 64 bayta kadar, düşükte 8 bayta kadar) iletimi. Kesintiler kendiliğindendir ve cihazın gerektirdiğinden daha yavaş hizmet verilmemelidir. Servis zaman sınırı, tam hız için 1-255 ms ve düşük hız için 10-255 ms aralığında ayarlanır.

Eşzamanlı Aktarımlar, veri yolu bant genişliğinin önceden anlaşılmış bir bölümünü kaplayan ve belirli bir teslimat gecikmesine sahip olan sürekli, gerçek zamanlı aktarımlardır. Bir hata algılanırsa, eşzamanlı veriler yeniden denemeden iletilir - geçersiz paketler yoksayılır. Bir örnek, dijital ses iletimidir. Bant genişliği, iletim kalitesi gereksinimleri tarafından belirlenir ve teslimat gecikmesi, örneğin telekonferans uygulanırken kritik olabilir.

Veri yolu bant genişliği, kurulu tüm kanallar arasında bölünür. Tahsis edilen bant genişliği kanala atanır ve yeni bir kanalın kurulması mevcut tahsise uymayan bir bant genişliği gerektiriyorsa kanal atama talebi reddedilir.

USB mimarisi, tüm cihazların dahili olarak arabelleğe alınmasını sağlar ve bir cihaz ne kadar fazla bant genişliği gerektirirse, arabelleği o kadar büyük olmalıdır. USB, cihazda ara belleğe almanın neden olduğu veri gecikmesinin birkaç milisaniyeyi geçmeyeceği bir hızda değiş tokuş yapabilmelidir.

Eşzamanlı aktarımlar, uç noktaların - veri kaynakları veya alıcıları - sistemle senkronize edilme şekline göre sınıflandırılır: her biri kendi USB kanalı tipine karşılık gelen asenkron, senkronize ve uyarlanabilir cihaz sınıfları arasında ayrım yaparlar.

Protokol

USB üzerinden yapılan tüm alışverişler (işlemler) üç paketten oluşmaktadır. Her işlem, bir Token Paketi gönderen kontrolörün inisiyatifiyle planlanır ve başlatılır. İletim türünü ve yönünü, USB cihazı adresini ve uç nokta numarasını açıklar. Her işlemde, yalnızca adreslenen cihaz (uç noktası) ile ana bilgisayar arasında değişim mümkündür. Belirteç adresli cihaz adresini tanır ve değiş tokuşa hazırlanır. Veri kaynağı (belirteç tarafından tanımlanır) bir veri paketi (veya iletilecek veri bulunmadığına dair bir bildirim) iletir. Paketi başarıyla aldıktan sonra, veri alıcısı bir El Sıkışma Paketi gönderir.

İşlem planlaması, akış kanalları üzerinde kontrol sağlar. Donanım düzeyinde, kabul edilemez bir aktarım hızında işlem reddetme (NAck) kullanımı, arabelleklerin yukarıdan ve aşağıdan taşmasını önler. Reddedilen işlem belirteçleri, veri yolu boş zamanlarında yeniden iletilir. Akış kontrolü, eşzamanlı heterojen veri akışlarına hizmet vermek için esnek zamanlama sağlar.

Hata toleransı, aşağıdaki USB özellikleri tarafından sağlanır:

Diferansiyel alıcılar / vericiler ve ekranlı kablolar sayesinde yüksek sinyal kalitesi.

Kontrol ve veri alanlarının CRC kodları ile korunması.

Cihazların bağlanmasını ve bağlantılarının kesilmesini ve sistem düzeyinde kaynakları yapılandırmayı tespit edin.

Paket kaybı zaman aşımına sahip kendi kendini iyileştirme protokolü.

Eşzamanlı ve donanım arabellek yönetimi için akış denetimi.

Diğer işlevlerle başarısız alışverişlerden işlev bağımsızlığı.

İletim hatalarını algılamak için, her pakette tüm tek ve çift bit hatalarını algılamak için CRC kontrol alanları bulunur. Donanım, iletim hatalarını algılar ve kontrolör otomatik olarak üç kez iletmeye çalışır. Yeniden denemeler başarısız olursa, istemci yazılımına bir hata mesajı gönderilir.

USB cihazları - özellikler ve hub'lar

USB veri yolunun yetenekleri, onu çeşitli cihazları bağlamak için kullanmanıza izin verir. Denetleyicilerin "faydalı" özelliklerine dokunmadan, USB veri yolu ile ilişkili arayüz kısımları üzerinde duralım. Tüm cihazlar, aşağıda listelenen bir dizi ortak işlemi desteklemelidir. Dinamik bağlantı ve bağlantı kesilmesi. Bu olaylar, onları ana bilgisayar denetleyicisine bildiren ve bağlı cihazı sıfırlayan hub tarafından izlenir. Sıfırlama sinyalinden sonra cihaz, yapılandırılmamış ve askıya alınmamışken sıfır adresine yanıt vermelidir. Ana bilgisayar denetleyicisinin sorumlu olduğu adres atandığında, cihaz yalnızca benzersiz adresine yanıt vermelidir.

Ana bilgisayar tarafından cihaz yapılandırması, kullanımları için gereklidir. Cihazın kendisinden okunan bilgiler genellikle konfigürasyon için kullanılır. Bir cihaz, her biri cihazın ana bilgisayar için işlevini temsil eden kendi uç noktasına sahip birden fazla arabirime sahip olabilir. Bir konfigürasyondaki bir arayüz, alternatif özellik setlerine sahip olabilir; setlerin değiştirilmesi protokol tarafından desteklenir. Uyarlanabilir sürücüleri desteklemek için aygıt ve arabirim tanımlayıcılarında sınıf, alt sınıf ve protokol alanları bulunur.

Veri aktarımı, dört aktarım türünden biri aracılığıyla mümkündür (yukarıya bakın). Farklı aktarım türlerini kabul eden uç noktalar için yapılandırmadan sonra bunlardan yalnızca biri kullanılabilir.

Güç yönetimi, oldukça gelişmiş bir USB işlevidir. Veri yolu ile çalışan cihazlar için güç sınırlıdır. Herhangi bir cihaz bağlandığında, veriyolu akımından 100 mA'yı aşmamalıdır. Çalışma akımı (en fazla 500 mA) konfigürasyonda beyan edilir ve eğer hub cihaza beyan edilen akımı sağlayamazsa, yapılandırılamaz ve bu nedenle kullanılamaz.

USB cihazı, mevcut tüketiminin 500 μA'yı aşmadığı Askıya Alınmış Modu desteklemelidir. Veri yolu artık aktif olmadığında cihaz otomatik olarak askıya alınmalıdır.

Uzaktan Uyandırma özelliği, askıya alınmış bir aygıtın, aynı zamanda askıya alınmış durumda olabilecek bir ana bilgisayara sinyal göndermesine olanak tanır. Uzaktan uyandırma özelliği, cihaz yapılandırmasında açıklanmıştır. Bu işlev, yapılandırma sırasında devre dışı bırakılabilir.

USB'deki bir hub, sinyal değiştirme ve besleme voltajı gerçekleştirir ve ayrıca, ana bilgisayarı değişiklikler hakkında bilgilendirerek kendisine bağlı cihazların durumunu izler. Hub iki bölümden oluşur - Hub Denetleyicisi ve Hub Tekrarlayıcı. Tekrarlama Tekrarlayıcı, bir çıkış portunu bir giriş portuna bağlayan kontrol edilebilir bir anahtardır. Sıfırlamayı desteklemek ve sinyallemeyi askıya almak için araçlara sahiptir. Denetleyici, ana bilgisayarla iletişim kurmak için kayıtlar içerir. Kayıtlara, hub'a erişmek için belirli komutlarla erişilir. Komutlar, hub'ı yapılandırmanıza, aşağı akış bağlantı noktalarını yönetmenize ve durumlarını izlemenize olanak tanır.

Hub'ların aşağı akış bağlantı noktaları aşağıdaki durumlarda olabilir:

Powered - bağlantı noktasına güç sağlanmaz (yalnızca gücü değiştiren hub'lar için mümkündür). Çıkış tamponları yüksek empedans durumuna getirilir, giriş sinyalleri göz ardı edilir.

Bağlantı Kesildi - Bağlantı noktası sinyalleri her iki yönde de iletmiyor, ancak bir cihaz bağlantısını algılayabiliyor (2,5 μs için SEO durumuna sahip olmadan). Ardından port Devre Dışı durumuna geçer ve giriş sinyali seviyelerine göre (Boş durumda DiffO veya Diff1) bağlı cihazın hızını belirler.

Devre Dışı - Bağlantı noktası yalnızca bir sıfırlama sinyali (denetleyiciden gelen komutta) iletir, bağlantı noktasından gelen sinyaller (bağlantıyı kesme algılaması dışında) kabul edilmez. Bir bağlantı kesilmesi (2,5 μs SEO durumu) algılandığında, bağlantı noktası Bağlantıyı Kes durumuna geçer ve bağlantının kesilmesi "uyku" bir hub tarafından algılanırsa, denetleyiciye bir Devam sinyali gönderilir.

Etkin — Bağlantı noktası, sinyalleri her iki yönde iletir. Bir denetleyici komutunda veya bir çerçeve hatası algılandığında, bağlantı noktası Devre Dışı durumuna geçer ve bir bağlantı kesilmesi algılandığında Bağlantıyı Kes durumuna geçer.

Askıya alındı — Bağlantı noktası, durma durumuna ("hazırda bekleme") girmek için bir sinyal gönderiyor. Hub etkinse, bağlantı noktasından herhangi bir yönde sinyal geçmez. Bununla birlikte, bir "uyku" hub'ı, yasak olmayan bağlantı noktalarının durumundaki bir değişikliğin sinyallerini algılar ve bir "uyku" hub zinciri aracılığıyla bile etkinleştirilmiş bir cihazdan "uyandırma" sinyalleri gönderir. Her bağlantı noktasının durumu, ayrı kayıtlar kullanılarak hub denetleyicisi tarafından tanımlanır. Bitleri, her bağlantı noktasının durumunun değiştiği (EOF sırasında kilitlenir) gerçeğini yansıtan genel bir kayıt vardır. Bu, ana bilgisayar denetleyicisinin hub'ın durumunu hızlı bir şekilde bulmasını ve özel işlemler tarafından değişiklikler algılanırsa durumu netleştirmesini sağlar.
arabalar- bir işlemci, onu kullanan uzmanların verimliliğinin zararına bile. İncir. 1.2. merkezileştirilmiş sistem ...

Evrensel seri veriyolu

Mini-B Konnektör ECN: Ekim 2000'de yayınlanan bildiri.
Aralık 2000'den beri hatalar: Aralık 2000'de yayınlanan bildiri.
Pull-up / Pull-down Dirençler ECN
Mayıs 2002'den beri hatalar: Mayıs 2002'de yayınlanan bildiri.
Arayüz İlişkilendirmeleri ECN: Mayıs 2003'te yayınlanan bildiri.
- Birden çok arayüzün tek bir cihaz işleviyle ilişkilendirilmesine izin vermek için yeni standartlar eklenmiştir.
Yuvarlak Pah ECN: Ekim 2003'te yayınlanan bildiri.
Unicode ECN: Şubat 2005'te yayınlanan bildiri.
- Bu ECN, dizelerin UTF-16LE kullanılarak kodlandığını belirtir.
Çipler Arası USB Eki: Mart 2006'da yayınlanan bildiri.
Hareket Halinde Eki 1.3: Aralık 2006'da yayınlanan duyuru.
- USB On-The-Go, iki USB cihazının ayrı bir USB ana bilgisayarı olmadan birbirleriyle iletişim kurmasını mümkün kılar. Uygulamada, cihazlardan biri diğeri için ana bilgisayar görevi görür.

USB OTG'si

USB 3.0

USB 3.0, geliştirmenin son aşamalarındadır. Aşağıdaki şirketler USB 3.0'ın oluşturulmasıyla ilgilenmektedir: Microsoft, Texas Instruments, NXP Semiconductors. USB 3.0 spesifikasyonunda, güncellenen standardın bağlantı noktaları ve kabloları, USB 2.0 ile fiziksel ve işlevsel olarak uyumlu olacaktır. Bir USB 2.0 kablosu dört hat içerir - bir çift veri almak / iletmek için, biri güç ve diğeri toprak için. Bunlara ek olarak, USB 3.0 beş yeni hat ekler (bu çok daha kalın bir kablo ile sonuçlanır), ancak yeni pinler farklı bir pin sırasında eski pinlere paraleldir. Artık bir kablonun standardın belirli bir versiyonuna ait olup olmadığını, sadece konektörüne bakarak kolayca belirleyebilirsiniz. USB 3.0 spesifikasyonu, maksimum veri aktarım hızını 4.8 Gbps'ye yükseltir - USB 2.0'ın sağlayabileceği 480 Mbps'den daha büyük siparişler. USB 3.0, yalnızca daha yüksek bir veri aktarım hızına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda 500 mA'dan 900 mA'ya yükseltilmiş bir akım gücüne de sahiptir. Artık kullanıcı, tek bir hub'dan çok daha fazla sayıda cihazı besleyebilecek, aynı zamanda Donanım Daha önce ayrı güç kaynakları ile birlikte verilen güç kaynakları bunlardan kurtulacaktır.

Burada GND, çevresel cihazlara güç sağlamak için "durum" devresidir, VBus - +5 V, ayrıca güç devreleri için. Veriler D + ve D− telleri üzerinden diferansiyel olarak iletilir (0 ve 1 durumları (sırasıyla resmi belgeler diff0 ve diff1 terminolojisinde) hatlar arasındaki 0,2 V'tan büyük potansiyel fark tarafından belirlenir ve bir üzerinde olması şartıyla hatların (diff0 ve D + durumunda diff1 durumunda) GND'ye göre potansiyel 2,8 V'tan yüksektir. Diferansiyel iletim yöntemi ana yöntemdir, ancak tek yöntem değildir (örneğin, başlatma sırasında, cihaz, hat verilerinden birini 1.5 kΩ direnç üzerinden V_BUS'a çekerek (D-Düşük Hız modu ve D +) cihazın desteklediği mod hakkında (Tam Hız veya Düşük Hız) ana bilgisayarı bilgilendirir. Tam Hız modu için Yüksek Hızlı modda çalışan cihazlar bu aşamada Tam Hız modundaki cihazlar gibi davranır) telin fiziksel hasarlardan korunması için bir fiber sargı sağlanır.

USB 3.0 tip B konektörü

USB 3.0 tip A konektörü

USB 3.0 kabloları ve konektörleri

USB'nin Dezavantajları

USB 2.0'ın 480 Mbps (60 Mbps) en yüksek bant genişliğine sahip olmasına rağmen, pratikte en yüksek bant genişliğine ulaşmak mümkün değildir. Bunun nedeni, veri aktarım talebi ile aktarımın fiili başlangıcı arasındaki USB veriyolunun oldukça uzun gecikmeleridir. Örneğin, FireWire veri yolu, USB 2.0'dan 80 Mbps daha az olan 400 Mbps'lik daha düşük bir tepe bant genişliğine sahip olmasına rağmen, gerçekte sabit sürücüler ve diğer depolama aygıtları ile veri alışverişi için daha fazla bant genişliğine izin verir.

USB ve FireWire / 1394

Bir komut aktarım yöntemi olan USB depolama protokolü

Ayrıca, USB depolama eski işletim sistemlerinde (orijinal Windows 98) desteklenmez ve gerekli sürücü kurulumu. Onlarda da SBP-2 desteklendi. Ayrıca, daha eski işletim sistemlerinde (Windows 2000), USB depolama protokolü, USB üzerinden bağlanan bir USB sürücüsünde CD / DVD diskleri yazma işlevinin kullanılmasına izin vermeyen kesilmiş bir biçimde uygulandı; SBP-2'nin hiçbir zaman böyle kısıtlamaları olmadı.

USB veri yolu kesinlikle yönlendirilmiştir, bu nedenle 2 bilgisayar veya 2 çevre aygıtının bağlantısı ek ekipman gerektirir. Bazı üreticiler bir yazıcı ve tarayıcı veya bir kamera ve bir yazıcı bağlantısını destekler, ancak bu uygulamalar büyük ölçüde satıcıya özeldir ve standartlaştırılmamıştır. 1394 / FireWire veriyolu bu dezavantajdan etkilenmez (2 video kamera bağlanabilir).

Ancak, Apple'ın lisanslama politikası ve çok daha yüksek donanım karmaşıklığı nedeniyle 1394 daha az yaygındır. anakartlar eski bilgisayarlarda 1394 denetleyicisi yoktur. Çevre birimlerine gelince, 1394 desteği genellikle video kameralar ve harici muhafazalar dışında hiçbir şeyde bulunmaz. sabit sürücüler ve CD / DVD sürücüleri.

Ayrıca bakınız

ateş teli
TransferJet

Kaynakları

Bağlantılar

USB Haberleri (Almanca)
USB kimliklerinin listesi (Satıcılar, cihazlar ve arayüzler)

· Ders 14. Evrensel seri veri yolu USB.

Modern bilgisayarların mimarisinde, çeşitli cihazları birbirine bağlamaya hizmet eden harici veri yolları giderek daha önemli hale geliyor. Bugün, örneğin harici sabit sürücüler, CD-, DVD-aygıtları, tarayıcılar, yazıcılar, dijital kameralar ve daha fazlası olabilir.

Senkron ve asenkron veri iletimi için yaygın olarak kullanılan bir seri arayüz.

2.USB veri yolu Genel özellikler.

Ø PC çevre birimlerinin uygulanması kolay genişletilmesi.

Ø 12'ye kadar baud hızlarını destekleyen düşük maliyetli çözüm M bit / s.

Ø Gerçek zamanlı ses ve (sıkıştırılmış) video aktarımı için tam destek.

Ø Eşzamanlı veri ve eşzamansız iletilerin karma aktarım protokolünün esnekliği.

Ø Üretilen cihazlarla entegrasyon.

Ø Tüm konfigürasyonlarda ve boyutlarda PC mevcuttur.

Ø Pazarı hızla fethedebilecek standart bir arayüz sağlamak.

Ø Bilgisayarı genişleten yeni cihaz sınıflarının oluşturulması.

Ø Son kullanıcının bakış açısından, USB'nin aşağıdaki özellikleri çekicidir:

Ø Kablolama ve bağlantıların basitliği.

Ø Son kullanıcıdan elektrik bağlantı detaylarını gizleme.

Ø Kendi kendini tanımlayan kontrolörler, aygıtların sürücülerle otomatik iletişimi ve yapılandırma.

Ø Dinamik bağlantı imkanı ve CP konfigürasyonu.

USB yapısı

Aşağıda, tarafından yayınlanan "Evrensel Seri Veri Yolu Spesifikasyonu"ndaki terimlerin çevirisinin yazarın versiyonu bulunmaktadır. Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC ve Northern Telecom ... Daha ayrıntılı ve operasyonel bilgiler şu adreste bulunabilir:

USB Aygıtları, hub'lar, işlevler veya her ikisinin birleşimi olabilir. Hub, cihazları veri yoluna bağlamak için ek noktalar sağlar. USB İşlevi, sisteme ISDN bağlantısı, dijital joystick, dijital hoparlörler vb. gibi ek özellikler sağlar. USB cihazının, USB protokolünü tam olarak destekleyen, standart işlemleri gerçekleştiren (yapılandırma ve sıfırlama) ve cihazın durumunu açıklayan bilgileri sağlayan bir USB arabirimi olmalıdır. cihaz. Birçok USB aygıtı hem bir hub hem de işlevler içerir. Tüm USB sistemi, ana bilgisayarın donanım ve yazılım alt sistemi olan Ana Bilgisayar Denetleyicisi tarafından kontrol edilir.

Cihazların fiziksel bağlantısı çok katmanlı bir yıldız topolojisinde gerçekleştirilir. Her yıldızın merkezi bir göbektir, her kablo parçası iki noktayı birbirine bağlar - başka bir göbekle veya bir işleve sahip bir göbek. Sistem, aygıtın ve hub piramidinin en üstünde bulunan bir (ve yalnızca bir) ana bilgisayar denetleyicisine sahiptir. Ana bilgisayar denetleyicisi, bir veya daha fazla bağlantı noktası - bağlantı noktası sağlayan Kök Hub ile entegre olur. Denetleyici sen Yonga setlerinin bir parçası olan SB, genellikle yerleşik bir çift bağlantı noktalı hub'a sahiptir. Mantıksal olarak, herhangi bir USB hub'ına bağlı ve yapılandırılmış (aşağıya bakın) bir cihaz, ana bilgisayar denetleyicisine doğrudan bağlı olarak kabul edilebilir.

Fonksiyonlar, veri yolu üzerinden veri iletebilen veya alabilen veya bilgileri kontrol edebilen cihazlardır. Tipik olarak işlevler, hub bağlantı noktasına bir kablo takılı ayrı denetleyicilerdir. Fiziksel olarak, bir yuva, bağlantılarını tek bir bağlantı noktasına sağlayan yerleşik bir hub ile çeşitli işlevler içerebilir. Bu birleştirilmiş ana bilgisayar cihazları, kalıcı olarak bağlı özellikli cihazlara sahip merkezlerdir.

Her işlev, CP yeteneklerini ve kaynak gereksinimlerini açıklayan yapılandırma bilgileri sağlar. Özellik, kullanımdan önce ana bilgisayar tarafından yapılandırılmalıdır - kendisine atanan bir kanal bant genişliği ve seçilen yapılandırma seçenekleri.

İşlev örnekleri şunlardır:

Ø İşaretçiler - fare, tablet, hafif kalem.

Ø Giriş aygıtları - klavye veya tarayıcı.

Ø Çıkış aygıtı - yazıcı, hoparlörler (dijital).

Ø ISDN telefon adaptörü.

Hub'lar aşağı akış bağlantı noktalarını kontrol edebilir; her bağlantı noktası tarafından tüketilen akım için bir sınır belirlemeyi sağlar.

İncelenen yapı aşağıdaki unsurları içerir:

Ø Fiziksel bir USB aygıtı, son kullanıcının ilgisini çeken işlevleri gerçekleştiren bir veri yolu üzerindeki bir aygıttır.

Ø İstemci Yazılımı - Ana bilgisayarda çalışan cihaza özel yazılım. İşletim sisteminin ayrılmaz bir parçası veya özel bir ürün olabilir.

Ø USB Sistem Yazılımı - Belirli cihazlardan ve istemci yazılımından bağımsız USB sistem desteği.

Ø USB Ana Bilgisayar Denetleyicisi - USB aygıtlarını bir ana bilgisayara bağlamak için donanım ve yazılım araçları.

3.Fiziksel arayüz

Ø Veri J Durumu ve Veri K Durumu - iletilen bitin (veya sadece J ve K) durumları, Diff0 ve Diff1 durumları aracılığıyla belirlenir.

Ø Boş Durum - otobüste duraklama.

Ø Devam Durumu - cihazı uyku modundan uyandırmak için uyandırma sinyali.

Ø Paketin Başlangıcı (SOP) - paketin başlangıcı (Boşta Durumdan K'ye geçiş).

Ø Paket Sonu (EOP) - paketin sonu.

Ø Bağlantıyı kes - cihazın bağlantı noktasıyla bağlantısı kesildi.

Ø Bağlan - cihaz bağlantı noktasına bağlı.

Ø Sıfırla - cihazı sıfırlayın.

D + ve D- hatlarında, alıcı-vericilerin çekme dirençleri R2 tarafından önyargılı (bkz. Şekil 7.2 ve 7.3)

Senkronizasyon sinyalleri, NRZI (Non Return to Zero Invert) yöntemi kullanılarak verilerle birlikte kodlanır, çalışması Şekil 2'de gösterilmektedir. 7.4. Her paketin önünde, alıcının verici frekansını ayarlamasını sağlayan bir SYNC alanı bulunur. Kablo ayrıca 5 V besleme gerilimini cihazlara taşımak için VBus ve GND hatlarına sahiptir.

İletkenlerin kesiti, garanti edilen sinyal seviyesini ve besleme voltajını sağlamak için segment uzunluğuna göre seçilir. Standart, iki tip konektör tanımlar (bkz. Tablo 7.1 ve Şekil 7.5).

Tip A konektörler, hub'lara bağlanmak için kullanılır (Upstream Connector). Fişler, cihazlardan ayrılamayan kablolara takılır (örneğin klavye, fare vb.). Yuvalar, hub'ların aşağı akış bağlantı noktalarına kurulur. Aşağı Akış Konektörleri, bağlantı kablosunun çıkarılabileceği aygıtlara (yazıcılar ve tarayıcılar) kurulur. Karşı uç (fiş), karşı ucunda "A" tipi bir fiş bulunan bir bağlantı kablosuna takılır.

İncir. 7.5. USB soketleri: a - "A" tipi, b - "B" tipi, c - sembolik atama

Burada klavye, kalem ve fare veri yolu ile çalıştırılabilir.

USB mimarisi, dört temel veri aktarımı türüne izin verir:

Ø Kontrol Cihazları kontrol etmek için bağlantı sırasında ve çalışma sırasında konfigürasyon için kullanılan Kontrol Transferleri. Protokol, garantili veri teslimatı sağlar. Kontrol mesajının veri alanının uzunluğu, tam hızda 64 baytı ve düşük hızda 8 baytı geçmez.

Ø Sıkı teslimat süresi gereksinimleri olmadan nispeten büyük paketlerin Toplu Veri Aktarımı. Transferler, tüm ücretsiz veri yolu bant genişliğini kaplar. Paketlerin 8, 16, 32 veya 64 baytlık bir veri alanı vardır. Bu aktarımlar en düşük önceliğe sahiptir ve otobüs aşırı yüklendiğinde askıya alınabilir. Yalnızca tam baud hızında izin verilir.

Ø Kesinti - giriş karakterlerinin veya koordinatlarının türünün kısa (tam hızda 64 bayta kadar, düşükte 8 bayta kadar) iletimi. Kesintiler kendiliğindendir ve cihazın gerektirdiğinden daha yavaş hizmet verilmemelidir. Servis zaman sınırı, tam hız için 1-255 ms ve düşük hız için 10-255 ms aralığında ayarlanır.

Ø Eşzamanlı Aktarımlar, veri yolu bant genişliğinin önceden anlaşılmış bir bölümünü kaplayan ve belirli bir teslimat gecikmesine sahip olan sürekli, gerçek zamanlı aktarımlardır. Bir hata algılanırsa, eşzamanlı veriler yeniden denemeden iletilir - geçersiz paketler yoksayılır. Bir örnek, dijital ses iletimidir. Bant genişliği, iletim kalitesi gereksinimleri tarafından belirlenir ve teslimat gecikmesi, örneğin telekonferans uygulanırken kritik olabilir.

Protokol

Hata toleransı, aşağıdaki USB özellikleri tarafından sağlanır:

Ø Diferansiyel alıcılar / vericiler ve ekranlı kablolar sayesinde yüksek sinyal kalitesi.

Ø Kontrol ve veri alanlarının CRC kodları ile korunması.

Ø Cihazların bağlanmasını ve bağlantılarının kesilmesini ve sistem düzeyinde kaynakları yapılandırmayı tespit edin.

Ø Paket kaybı zaman aşımına sahip kendi kendini iyileştirme protokolü.

Ø Eşzamanlı ve donanım arabellek yönetimi için akış denetimi.

Ø Diğer işlevlerle başarısız alışverişlerden işlev bağımsızlığı.

USB cihazları - özellikler ve hub'lar

USB cihazı, mevcut tüketiminin 500 μA'yı aşmadığı Askıya Alınmış Modu desteklemelidir. Veri yolu artık aktif olmadığında cihaz otomatik olarak askıya alınmalıdır.

Hub'ların aşağı akış bağlantı noktaları aşağıdaki durumlarda olabilir:

Ø Powered - bağlantı noktasına güç sağlanmaz (yalnızca gücü değiştiren hub'lar için mümkündür). Çıkış tamponları yüksek empedans durumuna getirilir, giriş sinyalleri göz ardı edilir.

Ø Bağlantı Kesildi - Bağlantı noktası sinyalleri her iki yönde de iletmiyor, ancak bir cihaz bağlantısını algılayabiliyor (2,5 μs için SEO durumuna sahip olmadan). Ardından port Devre Dışı durumuna geçer ve giriş sinyali seviyelerine göre (Boş durumda DiffO veya Diff1) bağlı cihazın hızını belirler.

Ø Devre Dışı - Bağlantı noktası yalnızca bir sıfırlama sinyali (denetleyiciden gelen komutta) iletir, bağlantı noktasından gelen sinyaller (bağlantıyı kesme algılaması dışında) kabul edilmez. Bir bağlantı kesilmesi (2,5 μs SEO durumu) algılandığında, bağlantı noktası Bağlantıyı Kes durumuna geçer ve bağlantının kesilmesi "uyku" bir hub tarafından algılanırsa, denetleyiciye bir Devam sinyali gönderilir.

Ø Etkin — Bağlantı noktası, sinyalleri her iki yönde iletir. Bir denetleyici komutunda veya bir çerçeve hatası algılandığında, bağlantı noktası Devre Dışı durumuna geçer ve bir bağlantı kesilmesi algılandığında Bağlantıyı Kes durumuna geçer.

Ø Askıya alındı — Bağlantı noktası, durma durumuna ("hazırda bekleme") girmek için bir sinyal gönderiyor. Hub etkinse, bağlantı noktasından herhangi bir yönde sinyal geçmez. Bununla birlikte, bir "uyku" hub'ı, yasak olmayan bağlantı noktalarının durumundaki bir değişikliğin sinyallerini algılar ve bir "uyku" hub zinciri aracılığıyla bile etkinleştirilmiş bir cihazdan "uyandırma" sinyalleri gönderir. Her bağlantı noktasının durumu, ayrı kayıtlar kullanılarak hub denetleyicisi tarafından tanımlanır. Bitleri, her bağlantı noktasının durumunun değiştiği (EOF sırasında kilitlenir) gerçeğini yansıtan genel bir kayıt vardır. Bu, ana bilgisayar denetleyicisinin hub'ın durumunu hızlı bir şekilde bulmasını ve özel işlemler tarafından değişiklikler algılanırsa durumu netleştirmesini sağlar.

Ana Bilgisayar Denetleyicisi

Ana bilgisayar, denetleyici aracılığıyla cihazlarla iletişim kurar. Ev sahibinin aşağıdaki sorumlulukları vardır:

Ø USB cihazlarının bağlanmasının ve bağlantısının kesilmesinin tespiti;

Ø cihazlar ve ana bilgisayar arasındaki kontrol akışının manipülasyonu;

Ø veri akışı kontrolü;

Ø istatistiklerin toplanması;

Ø bağlı PU ile enerji tasarrufu sağlamak.

Ø Denetleyici sistem yazılımı, aşağıdakileri koordine etmek için cihazlar ve ana bilgisayarda çalışan yazılımları arasındaki etkileşimi yönetir:

Ø cihazların numaralandırılması ve konfigürasyonu;

Ø eşzamanlı veri aktarımları;

Ø asenkron veri transferleri;

Ø enerji yönetimi;

Ø cihaz ve veri yolu yönetimi hakkında bilgi.

USB, bir ana bilgisayar ile çeşitli çevresel aygıtlar (CP) arasında veri alışverişine izin verir. USB spesifikasyonuna göre, cihazlar hub'lar, işlevler veya her ikisinin birleşimi olabilir. Bir hub aygıtı, yalnızca aygıtları veri yoluna bağlamak için ek noktalar sağlar. USB işlev cihazı, sisteme ek işlevsellikörneğin ISDN bağlantısı, dijital joystick, dijital arayüzlü hoparlörler, vb. Çeşitli işlevler içeren bir bileşik cihaz, kendisine bağlı birkaç cihazın bulunduğu bir hub olarak görünür. USB aygıtı, USB protokolünü tam olarak destekleyen, standart işlemleri (yapılandırma ve sıfırlama) gerçekleştiren ve aygıtı açıklayan bilgiler sağlayan bir USB arabirimine sahip olmalıdır. Tüm USB sistemi, ana bilgisayarın donanım ve yazılım alt sistemi olan ana bilgisayar denetleyicisi tarafından kontrol edilir. Veri yolu, ana bilgisayar ve cihazların kendileri çalışırken cihazları bağlamanıza, yapılandırmanıza, kullanmanıza ve bağlantısını kesmenize olanak tanır. USB veri yolu ana bilgisayar merkezlidir: alışverişi kontrol eden tek ana bilgisayar ana bilgisayardır ve ona bağlı tüm çevre birimleri yalnızca bağımlıdır. USB veri yolunun fiziksel topolojisi çok katmanlı bir yıldızdır. En üstte, genellikle iki bağlantı noktalı olan kök hub ile birleştirilmiş ana bilgisayar denetleyicisidir. Bir hub, bir ayırıcı aygıttır; kendisine bağlı aygıtlar için bir güç kaynağı da olabilir. Bir çevresel aygıt veya ara hub, hub'ın her bir bağlantı noktasına doğrudan bağlanabilir; veri yolu, 5 seviyeye kadar hub basamaklandırmasına izin verir (kökü saymaz). Kombine cihazlar kendi içlerinde bir hub içerdiğinden, bir tier 6 hub'a bağlantılarına artık izin verilmez. Her ara hub, çevresel aygıtları (veya aşağı akış hub'larını) bağlamak için birden çok aşağı akış bağlantı noktasına ve bir yukarı akış hub'ının kök hub'ına veya aşağı akış bağlantı noktasına bağlanmak için bir yukarı akış bağlantı noktasına sahiptir. USB mantıksal topolojisi yalnızca bir yıldızdır: ana bilgisayar denetleyicisi için hub'lar, her bir aygıtı doğrudan bağlama yanılsamasını yaratır. Programın, bellek hücrelerinin fiziksel adreslerine, G/Ç bağlantı noktalarına, kesintilere ve DMA kanallarına erişerek cihazlarla etkileşime girdiği genişleme veri yollarının (ISA, PCI, PC Card) aksine, uygulamalar USB cihazlarıyla yalnızca program arabirimi üzerinden etkileşime girer. Cihazlara erişim bağımsızlığını sağlayan bu arayüz, sistem yazılımı tarafından sağlanmaktadır. USB denetleyicisi.

Hacimli, pahalı paralel AT A veri yolu kablolarının ve özellikle çeşitli konektörleri ve karmaşık bağlantı kuralları ile SCSI veri yolunun aksine, kablolama USB basit ve zarif. USB kablosu bir korumalı bükülü çift sinyal devreleri için 90 Ohm empedans ve güç kaynağı için bir blendajsız kablo (+5 V), izin verilen segment uzunluğu 5 m'ye kadar Düşük hızlar için 3 m uzunluğa kadar bükümsüz blendajsız kablo kullanılabilir (daha ucuz ). Kablo ve USB konektör sistemi, cihazları bağlarken hata yapmayı mümkün kılmaz (Şekil 13.1, a ve b). USB konektörünü tanımak için, cihaz kasasına standart bir sembolik işaret yerleştirilir (Şekil 13.1, c). "A" tipi soketler yalnızca aşağı akış hub bağlantı noktalarına, "A" tipi fişler çevresel veya yukarı akış hub kablolarına uyar. B tipi soketler ve fişler, yalnızca çevresel aygıtlardan ve hub'ların yukarı akış bağlantı noktalarından ("küçük" cihazlardan - fareler, klavyeler vb., kablolar, kural olarak, bağlantılarını kesmeyen) bağlantısı kesilmiş kablolar için kullanılır. Şekil 19'da gösterilen standart konektörlere ek olarak minyatür versiyonları da kullanılmaktadır (Şekil 20, c, d, e). Hub'lar ve cihazlar, çalışırken takma ve çıkarma özelliği sağlar. Bunun için konektörler, sinyal devreleriyle ilgili olarak besleme devrelerinin daha erken bağlanmasını ve daha sonra kesilmesini sağlar, ek olarak, cihazların bağlanması ve bağlantısının kesilmesi için bir protokol sağlanır. USB konektörlerinin pin atamaları tabloda gösterilmiştir. 9, pin numaralandırması şek. 20. Tüm USB kabloları "düz"dür - aynı adlı konektör zincirlerini bağlarlar.

İncir. 19. USB konektörleri: a - "A" tipi fiş, b - "B" tipi fiş, c - sembolik tanım

İncir. 20. USB soketleri: a - "A" tipi, b - "B" tipi standart, c, d, e - minyatür tip "B"

Tablo 9. USB konektör pimlerinin amacı

Veri yolu, D + ve D- sinyallerini iki kablo üzerinden iletmek için diferansiyel bir yöntem kullanır. Belirli bir bağlantı noktasına bağlı bir cihazın hızı, alıcı-vericilerin yük dirençleri tarafından kaydırılan D + ve D- hatlarındaki sinyal seviyelerine dayalı olarak hub tarafından belirlenir: düşük hızlı cihazlar D-'yi "yukarı çeker". tam bir - D + ile yüksek bir seviyeye çizgi. HS cihazının bağlantısı, konfigürasyon bilgisi alışverişi aşamasında belirlenir - fiziksel olarak, ilk kez HS cihazı bir FS olarak bağlanmalıdır. USB iki telli iletim, diferansiyel sinyallerle sınırlı değildir. Diferansiyel alıcıya ek olarak her cihazda D+ ve D- sinyalleri için hat alıcıları bulunur ve bu hatların vericileri ayrı ayrı kontrol edilir. Bu, donanım arayüzünü düzenlemek için kullanılan ikiden fazla hat durumu arasında ayrım yapmayı mümkün kılar.

Yüksek hızın (480 Mbps - Gigabit Ethernet'ten sadece 2 kat daha yavaş) tanıtılması, alıcı-vericilerin ve iletişim hatlarının dikkatli bir şekilde koordinasyonunu gerektirir. Bu hızda yalnızca sinyal hatları için blendajlı bükümlü çift kablo çalışabilir. Yüksek hız için, USB donanımının ek özel alıcı-vericilere sahip olması gerekir. FS ve LS modları için potansiyel koşullandırıcılardan farklı olarak, HS vericileri, her iki sinyal hattında sonlandırma dirençlerinin varlığına yönelik akım kaynaklarıdır.

Baud hızı (LS, FS veya HS), çevre biriminin ihtiyaçlarına göre çevre birimi tasarımcısı tarafından seçilir. Cihaz için düşük hızların uygulanması biraz daha ucuzdur (alıcı-vericiler daha basittir ve LS için kablo ayrıca korumasız, bükülü olmayan bir çift olabilir). "Eski" USB cihazında, herhangi bir hub'ın herhangi bir boş bağlantı noktasına tereddüt etmeden bağlanmak mümkün olsaydı, o zaman aygıtlar ve hub'lar varsa USB 2.0'da farklı versiyonlar optimal, optimal olmayan ve çalışmayan konfigürasyonlar arasında bir seçim vardı.

USB 1.1 hub'ları FS ve LS hızlarını desteklemelidir, hub'a bağlı cihazın hızı, sinyal hatlarının potansiyel farkı ile otomatik olarak belirlenir. Paketleri aktarırken, USB 1.1 hub'ları, çevre birimi ve denetleyici arasında şeffaf iletişim sağlayan basitçe tekrarlayıcılardır. Düşük hızlı aktarımlar, potansiyel veri yolu bant genişliğini oldukça boşa harcar: veri yolunu kullandıkları süre içinde, yüksek hızlı bir cihaz 8 kat daha fazla veri aktarabilir. Ancak tüm sistemin basitleştirilmesi ve maliyetinin düşürülmesi adına bu fedakarlıklar yapıldı ve bant genişliğinin aralarındaki dağıtımı için yapıldı. farklı cihazlar ana bilgisayar denetleyicisinin işlem planlayıcısı tarafından izlenir.

Spesifikasyon 2.0'da, 480 Mbit / s hızı öncekilerle uyumlu olmalıdır, ancak böyle bir hız oranıyla, FS ve LS'ye yapılan alışverişler olası veri yolu bant genişliğini herhangi bir "zevk" olmadan "yiyecektir" (kullanıcı için) . Bunun olmasını önlemek için USB 2.0 hub'ları paket anahtarlarının özelliklerini alır. Böyle bir hub'ın portuna yüksek hızlı bir cihaz (veya benzer bir hub) bağlanırsa, hub tekrarlayıcı modunda çalışır ve HS'deki cihazla yapılan işlem, tüm kanalı ana bilgisayar denetleyicisine alır. yürütülmesinin tüm süresi. USB 2.0 hub bağlantı noktasına bir aygıt veya hub 1.1 bağlıysa, paket kanaldan denetleyiciye HS hızında geçer, hub arabelleğinde depolanır ve yerel FS veya LS'deki eski aygıta veya hub'a gider. hız. Aynı zamanda, denetleyici ve hub 2.0'ın (kök dahil) işlevleri daha karmaşık hale gelir, çünkü FS ve LS üzerindeki işlemler parçaları arasında bölünür ve sıkışır. yüksek hızlı aktarımlar... Eski (1.1) cihazlardan ve hub'lardan, tüm bu incelikler gizlenir, bu da geriye dönük uyumluluk sağlar. Bir USB 2.0 aygıtının, yalnızca ondan ana bilgisayar denetleyicisine (ayrıca 2.0) giden yolda yalnızca 2.0 hub'larla karşılaşıldığında yüksek hızı gerçekleştirebileceği oldukça açıktır. Bu kural ihlal edilirse ve onunla 2.0 denetleyicisi arasında eski bir hub varsa, iletişim yalnızca FS modunda kurulabilir. Cihaz ve istemci yazılımı böyle bir hızdan memnunsa (örneğin, bir yazıcı ve tarayıcı için bu yalnızca kullanıcı için daha uzun bir bekleme süresine neden olur), o zaman bağlı cihaz çalışacaktır, ancak bir mesaj çalışacaktır. -optimal bağlantı yapılandırması görünecektir. Mümkünse, (yapılandırması) düzeltilmelidir, çünkü USB kablolarını değiştirmek hareket halindeyken yapılabilir. Veri yolu bant genişliği için kritik olan cihazlar ve yazılımlar, yanlış yapılandırmaçalışmayı reddediyor ve kategorik olarak geçiş gerektiriyor. Ana bilgisayar denetleyicisi eskiyse, USB 2.0'ın tüm avantajları kullanıcıya sunulmayacaktır. Bu durumda, ana bilgisayar denetleyicisini değiştirmeniz gerekecektir (anakartı değiştirin veya bir PCI denetleyici kartı satın alın). USB 2.0 denetleyicisi ve hub'ları, daha eski cihazlar için de toplam veri yolu bant genişliğini artırmaya olanak tanır. FS cihazları, USB 2.0 hub'larının (kök dahil) farklı bağlantı noktalarına bağlanırsa, bunlar için USB veri yolunun toplam verimi, yüksek hızlı hub bağlantı noktalarının sayısı kadar 12 Mbit / s ile karşılaştırıldığında artacaktır. Kullanılmış.

Hub, USB mimarisindeki PnP sisteminin önemli bir unsurudur. Hub birçok işlevi yerine getirir:

cihazların fiziksel bağlantısını sağlar,

şekillendirme ve algılama

için veri yolu spesifikasyonuna uygun sinyaller

limanlarının her biri;

besleme voltajını kontrol eder

her bir bağlantı noktası tarafından tüketilen akım üzerinde bir sınır belirleme koşuluyla aşağı akış bağlantı noktaları;

kendisine bağlı cihazların durumunu izler,

değişikliklerin ev sahibine bildirilmesi;

otobüsteki hataları tespit eder, prosedürleri gerçekleştirir

hatalı otobüs segmentlerini onarın ve izole edin;

üzerinde çalışan otobüs segmentleri arasında iletişim sağlar.

farklı hızlar.

Hub, cihazlar tarafından üretilen sinyalleri izler. Arızalı bir cihaz, bir şeyi “kapayamaz” (faaliyetini kaybedemez) veya tersine bir şeyi “gevezelik edemez”. Bu durumlar, cihaza en yakın hub tarafından izlenir ve en geç (mikro) çerçeve sınırı boyunca böyle bir cihazdan yukarı akış iletimlerini yasaklar. Hub'ların dikkatli olması sayesinde bu durumlar arızalı bir cihazın tüm bus'ı bloke etmesini önleyecektir.

Aşağı akış bağlantı noktalarının her biri etkinleştirilebilir veya devre dışı bırakılabilir ve yüksek, tam veya sınırlı baud hızları için yapılandırılabilir. Hub'lar, otomatik olarak kontrol edilen (hub mantığı) veya yazılım (ana bilgisayar denetleyicisi) aşağı akış bağlantı noktası durum ışıklarına sahip olabilir. Gösterge bir çift LED olabilir - yeşil ve sarı (sarı) veya değişen renkte bir LED. Bağlantı noktası durumu şu şekilde temsil edilir:

kapalı - bağlantı noktası kullanımda değil;
yeşil - normal çalışma;
sarı - hata;
yeşil yanıp sönüyor - program dikkat gerektiriyor

kullanıcı (Yazılım dikkati);

sarı yanıp sönüyor - ekipman dikkat gerektiriyor

tarafından (Donanım dikkati).

Hub'ın yukarı akış bağlantı noktası, tam hız veya yüksek hız (yalnızca USB 2.0) olarak yapılandırılır ve harici olarak sunulur. USB 2.0 hub bağlantı noktası bağlandığında, FS şemasına göre sonlandırma sağlar; yalnızca denetleyicinin komutuyla HS moduna geçirilir.

İncirde. 13.3, yüksek hızlı bir USB 2.0 cihazının yalnızca bir video akışını sıkıştırma olmadan ileten bir TV kamerası olduğu, bağlantı cihazlarının ve hub'ların bir çeşidini gösterir. 2.0 hub üzerindeki ayrı bağlantı noktalarına bir USB 1.1 yazıcı ve tarayıcı bağlamak ve hatta bunları ses aygıtlarından ayırmak, her birinin 12 Mbps'lik bir veri yolu bant genişliği kullanmalarına olanak tanır. Böylece, toplam 480 Mbit / s bant genişliğinden 3x12 = 36 Mbit / s "eski" cihazlara (USB 1.0) tahsis edilir. Aslında, klavye ve fare USB 2.0 ana bilgisayar denetleyicisinin ayrı bir bağlantı noktasına bağlı olduğu için 48 Mbps bant genişliğinden bahsedebiliriz, ancak bu aygıtlar kendilerine tahsis edilen 12 Mbps'nin yalnızca bir kısmını "ustalar". Tabii ki, harici bir hub'ın bağlantı noktasına bir klavye ve fare bağlayabilirsiniz, ancak artan güvenilirlik açısından sistem cihazları girişi en kısa yoldan bağlamak daha iyidir (kablo, konektör ve ara cihaz sayısı açısından). Başarısız bir yapılandırma, bir yazıcıyı (tarayıcıyı) bir USB 1.1 hub'ına bağlamak olacaktır - ses cihazlarıyla çalışırken (yüksek kalitedeyse), yazdırma (tarama) hızı düşecektir. Çalışmayan bir yapılandırma, kamerayı bir USB 1.1 hub bağlantı noktasına bağlamak olacaktır.

Bağlantıları planlarken, cihazlara nasıl güç verildiğini göz önünde bulundurun: veri yolundan güç alan cihazlar genellikle ağ tarafından desteklenen hub'lara bağlanır. Veri yolundan güç alan hub'lara yalnızca düşük güçlü aygıtlar bağlanır - örneğin, bir USB fare ve diğer işaretleme aygıtları (iztopu, tablet), bir hub içeren bir USB klavyeye bağlanır.

Güç yönetimi, oldukça gelişmiş bir USB işlevidir. Veri yolu ile çalışan cihazlar için güç sınırlıdır. Herhangi bir cihaz bağlandığında, veriyolu akımından 100 mA'yı aşmamalıdır. Çalışma akımı (en fazla 500 mA) konfigürasyonda belirtilmiştir. Hub, cihaza beyan edilen akımı sağlayamıyorsa, yapılandırılamaz ve bu nedenle kullanılamaz.

USB cihazı, mevcut tüketiminin 500 μA'yı aşmadığı askıya alma modunu desteklemelidir. Veri yolu artık aktif olmadığında cihaz otomatik olarak askıya alınmalıdır.

İncir. 21. Bağlantı yapılandırması örneği

Uzaktan uyandırma özelliği, askıya alınmış bir aygıtın, aynı zamanda askıya alınmış durumda olabilecek bir ana bilgisayara sinyal göndermesine olanak tanır. Uzaktan uyandırma özelliği, cihaz yapılandırmasında açıklanmıştır. Bu işlev, yapılandırma sırasında devre dışı bırakılabilir.

Evrensel Seri Veri Yolu USB. Seri usb Seri usb

2.USB veri yolu Genel özellikler.

usb yapısı

Ders 11. Evrensel seri veri yolu USB.

USB OTG'si

USB 3.0

USB 3.0 kabloları ve konektörleri

USB'nin Dezavantajları

USB ve FireWire / 1394

Ayrıca bakınız

Kaynakları

Bağlantılar

Şifre kurtarma