Структура USB. Интерфейс USB, типы передачи, режимы передачи USB-кадра

Шина USB

Интерфейс USB, типы передачи, режимы передачи USB-кадра.

USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Версия 1.0 была опубликована в январе 1996 года. Архитектура USB определяется следующими критериями:

* Легко реализуемое расширение периферии PC.

* Дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Мбит/с.

* Полная поддержка в реальном времени передачи аудио-и (сжатых) видеоданных.

* Гибкость протокола смешанной передачи изохронных данных и асинхронных сообщений.

* Интеграция с выпускаемыми устройствами. ^ Доступность в PC всех конфигураций и размеров.

* Обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро завоевать рынок.

* Создание новых классов устройств, расширяющих PC.

С точки зрения конечного пользователя, привлекательны следующие черты USB:

^ Простота кабельной системы и подключений.

* Скрытие подробностей электрического подключения отконечного пользователя.

*Самоидентифицирующиеся ПУ, автоматическая связьустройств с драйверами и конфигурирование.

* Возможность динамического подключения и конфигури-рования ПУ.

С середины 1996 года выпускаются PC со встроенным кон-троллером USB, реализуемым чипсетом. Ожидается появ-ление модемов, клавиатур, сканеров, динамиков и другихустройств ввода/вывода с поддержкой USB, а также мони-торов с USB-адаптерами - они будут играть роль хабов дляподключения других устройств.

USB обеспечивает одновременный обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств(ПУ). Распределение пропускной способности шины междуПУ планируется хостом и реализуется им с помощью по-сылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигури-ровать, использовать и отключать устройства во время ра-боты хоста и самих устройств.

Ниже приводится авторский вариант перевода терминовиз спецификации "Universal Serial Bus Specification. Revi-sion I.O.January 15, 1996", опубликованной Compaq, DEC,IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Более под-робную и оперативную информацию можно найти по ад-ресу: http://www.usb.org.

Устройства (Device) USB могут являться хабами, функция-ми или их комбинацией. ^ Хаб (Hub) обеспечивает дополни-тельные точки подключения устройств к шине. Функции(Function) USB предоставляют системе дополнительные воз-можности, например подключение к ISDN, цифровой джой-стик, акустические колонки с цифровым интерфейсом и т. п.Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечи-вающий полную поддержку протокола USB, выполнениестандартных операций (конфигурирование и сброс) и пре-доставление информации, описывающей устройство. Многие устройства, подключаемые к USB, имеют в своем соста-ве и хаб, и функции. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (Host Controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера.

^ Физическое соединение устройств осуществляется по топо-логии многоярусной звезды. Центром каждой звезды явля-ется хаб, каждый кабельный сегмент соединяет две точки -хаб с другим хабом или с функцией. В системе имеется один(и только один) хост-контроллер, расположенный в верши-не пирамиды устройств и хабов. Хост-контроллер интегри-руется с корневым хабом (Root Hub), обеспечивающим однуили несколько точек подключения - портов. КонтроллерUSB, входящий в состав чипсетов, обычно имеет встроен-ный двухпортовый хаб. Логически устройство, подключен-ное к любому хабу USB и сконфигурированное (см. ниже),может рассматриваться как непосредственно подключенноек хост-контроллеру.

Функции представляют собой устройства, способные пере-давать или принимать данные или управляющую информа-цию по шине. Типично функции представляют собой отдель-ные ПУ с кабелем, подключаемым к порту хаба. Физическив одном корпусе может быть несколько функций со встро-енным хабом, обеспечивающим их подключение к одномупорту. Эти комбинированные устройства для хоста являют-ся хабами с постоянно подключенными устройствами-функ-циями.

Каждая функция предоставляет конфигурационную инфор-мацию, описывающую возможности ПУ и требования к ре-сурсам. Перед использованием функция должна быть скон-фигурирована хостом - ей должна быть выделена полоса вканале и выбраны опции конфигурации.

Примерами функций являются:

^ Указатели - мышь, планшет, световое перо.^ Устройства ввода - клавиатура или сканер.

^ Устройство вывода - принтер, звуковые колонки (циф-ровые).

т Телефонный адаптер ISDN.

Хаб - ключевой элемент системы РпР в архитектуре USB.Хаб является кабельным концентратором. Точки подключе-ния называются портами хаба. Каждый хаб преобразует однуточку подключения в их множество. Архитектура допускаетсоединение нескольких хабов.

У каждого хаба имеется один восходящий порт (UpstreamPort}, предназначенный для подключения к хосту или хабуверхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими(Downstream Ports), предназначенными для подключенияфункций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознатьподключение устройств к портам или отключение от них иуправлять подачей питания на их сегменты. Каждый из пор-тов может быть разрешен или запрещен и сконфигурированна полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспе-чивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высоко-скоростных.

Хабы могут управлять подачей питания на нисходящие пор-ты; предусматривается установка ограничения на ток, по-требляемый каждым портом.

^ Система USB разделяется на три уровня с определеннымиправилами взаимодействия. Устройство USB содержит ин-терфейсную часть, часть устройства и функциональнуючасть. Хост тоже делится на три части - интерфейсную, си-стемную и ПО устройства. Каждая часть отвечает только заопределенный круг задач, логическое и реальное взаимодей-ствие между ними иллюстрирует рис. 7.1.

В рассматриваемую структуру входят следующие элементы:

^ ^ Физическое устройство USB - устройство на шине, вы-полняющее функции, интересующие конечного пользо-вателя.

^ Client SW - ПО, соответствующее конкретному устрой-ству, исполняемое на хост-компьютере. Может являтьсясоставной частью ОС или специальным продуктом.

^ USB System SW - системная поддержка USB, независи-мая от конкретных устройств и клиентского ПО.

^ ^ USB Host Controller - аппаратные и программные сред-ства для подключения устройств USB к хост-компьютеру.

Дата добавления: 2014-01-05