ВВЕДЕНИЕ


USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры РС, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Спецификация USB 1.0 была опубликована в январе 1996.

Архитектура USB определялась следующими критериями:

° Легко реализуемое расширение периферии РС

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

° Полна поддержка в реальном времени передачи аудио и сжатых видео данных.

° Гибкость протокола для смешанной передачи изоморфных данных и асинхронных сообщений

° Интеграция в технологию выпускаемых устройств.

° Доступность в РС всех конфигураций и размеров.

° Открытие новых классов устройств, расширяющих РС.

С точки зрения пользователя привлекательны такие черты USB:

° Простота кабельной системы подключений.

° Изоляция подробностей электрических подключений от пользователя.

° Самоидентифицирующаяся периферия, автоматическая связь устройств с драйверами и конфигурирование.

° Возможность динамического подключения и реконфигурирования периферии.


СТРУКТУРА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИСТЕМЫ USB


USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством одновременно доступных периферийных устройств. Распределение пропускной способности шины между подключенными устройствами планируется хостом и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств - динамическое ("горячее") подключение и отключение.

° Устройства (Device) USB могут являться хабами, "функциями" или их комбинацией.

° Хаб (Hub) обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине.

° "Функции" (Function) USB предоставляют системе дополнительные возможности - например подключение к ISDN, цифровой джойстик. акустические колонки с цифровым интерфейсом и т.д.

Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий поддержку протокола USB, выполнение стандартных операций(конфигурирование и сброс) и стандартное представление информации, описывающей устройство. Многие устройства, подключаемые к USB, имеют в своем составе и "функции" и хабы.

Работой всей системы USB управляет хост-контроллер. являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера.

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центром каждой звезды является хаб, каждый кабельный сегмент соединяет две точки - хаб с другим хабом или хаб с функцией. В системе USB имеется только один хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды устройств и хабов USB. Хост-контроллер интегрируется с корневым хабом( root hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения - портов. Контроллер USB, входящий в состав чипсетов многих современных системных плат обычно имеет двухпортовый хаб.

Логически устройство подключенной к любому хабу и сконфигурированное может рассматриваться как подключенное напрямую к хост-контроллеру.

"Функции" представляют собой устройства USB, способный принимать или передавать данные или управляющую информацию по шине. Физически в одном корпусе может быть несколько "функций" со встроенным хабом обеспечивающим их подключение к одному порту

Каждая "функция" предоставляет конфигурационную информацию, описывающую его возможности и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом - ей должна быть выделена полоса в канале выбраны специфические опции конфигурации.

Хаб - ключевой элемент системы Plug-and-Play в архитектуре USB. Хаб является кабельным концентратором, точки подключения называются портами хаба. Каждый хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура подразумевает возможность соединения нескольких хабов.

У каждого хаба имеется один восходящий порт( upstream port), предназначенный для подключению к хосту и ли к хабу верхнего уровня. Остальные порты являются являются нисходящими(downstream) и предназначены для подключения функций и хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение или отключение устройств к этим портам и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из этих портов индивидуально может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных.

Хабы могут иметь возможность управления подачей питания на нисходящие порты, предусмотрена управляемая установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом.

Система USB разделяется на три уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB делится на интерфейсную часть, часть устройства и функциональную часть. Хост тоже делится на три части - интерфейсную, системную и ПО устройства. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач, взаимодействие между ними показано на рисунке 1.1.




Рис 1.1. - Взаимодействие компонентов USB


1. Физическое устройство USB - устройство на шине, выполняющее функции, интересующие пользователя.

2. Client SW - программное обеспечение, соответствующее конкретному устройству , исполняемое на хост-компьютере. Может являться составной частью ОС или специальным продуктом.

3. USB System SW - системная поддержка USB операционной системой, независимая от конкретных устройств и клиентского ПО.

USB Host Controller - аппаратные и программные средства, обеспечивающие подключение устройств USB к хост-компьютеру.


ФИЗИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС


Информационные сигналы и питающее напряжение 5В передаются по четырехпроводному кабелю. Для сигнала используется дифференциальный способ передачи по двум проводам D+ и D-. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0.3 В( низкий уровень) или выше 2.8 В (высокий уровень). Приемники должны выдерживать входное напряжение в пределах -0.5...+3.8 В. Передатчики должны иметь возможность перехода в высокоимпедансное состояние для обеспечения двунаправленной полудуплексной передачи данных по одной паре проводов.Передача по двум проводам не ограничивается лишь дифференциальными сигналами. Кроме дифференциального приемника, каждое устройство имеет и линейные приемники сигналов D+ и D- , а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать множество состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса. Состояния Diff0 и Diff1 определяются по разности потенциалов на линиях D+ и D- более 200 мВ при условии, что на одной из них потенциал выше порога срабатывания VSE. Состояние, при котором на обоих входах D+ и D- присутствует низкий уровень называется линейным нулем (SE0 - single-ended zero). Интерфейс определяет следующие состояния:

° Data J State и Data K State - состояния передаваемого бита ( определяются через состояния Diff0 и Diff1).

° Idle State - пауза на шине.

° Resume State - сигнал "пробуждения" для вывода устройства из спящего режима.

° Start of Packet (SOP) - начало пакета( переход из "Idle" в "K").

° End of Packet (EOP) - конец пакета.

° Disconnect - устройство отключено от порта.

° Connect - устройство подключено к порту.

° Reset - сброс устройства.

Состояния определяются сочетаниями дифференциальных и линейных сигналов, для полной и низкой скоростей состояния Diff0 и Diff1 имеют противоположное назначение. В декодировании состояние Disconnect, Connect и Reset принимается во внимание и время нахождения линий (более 2.5 мс) в определенных состояниях.

Шина имеет два режима передачи. Полная скорость передачи сигналов USB составляет 12 Мбит/с, низкая - 1.5 Мбит/с. Для полной скорости используется экранированная витая пара с импедансом 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой - невитой и неэкранированный кабель при длине сегмента до 3 м. Одна и та же система может использовать оба режима, переключение для устройств осуществляется прозрачно. Низкая скорость предназначена для работы с небольшим количеством устройств, не требующих высокой пропускной способности канала.

Скорость, используемая устройством, подключенным к конкретному порту определяется хабом по уровням сигналов на линиях D+ и D-, смещаемых нагрузочными резисторами R2 приемопередатчиков( рис 2.1, 2.2 ). Сигналы кодируются по методу NRZI ( Non Retur n To Zero Invert ) - при переходе сигнала из 0 в 1 сигнал NRZI не изменяется, а при переходе из 1 в 0 - изменяется на противоположный. Каждому пакету предшествует поле SYNC, позволяющее приемнику настроиться на частоту передатчика.Кроме сигнальной пары кабель имеет линии VBus и GND для передачи питающего напряжения 5В к устройствам.




Рис 2.1 - Подключение полноскоростного устройства




Рис 2.2 - Подключение низкоскоростного устройства


Таблица 2.1. - Назначение выводов разъема USB

Контакт

Цепь

1

VCC

2

-Data

3

+Data

4

Ground


Разъемы для подключения к хабам и для подключения к устройствам различаются механически, что исключает возможность неверного соединения. Для облегчения распознания разъема USB на корпусе устройства ставится обозначение, приведенное на рисунке 2.3.




Рис 2.3. - Обозначение разъема USB


Питание устройства USB возможно как от кабеля так и от собственного блока питания.Хост обеспечивает питанием непосредственно подключенные к нему устройства. Каждый хаб обеспечивает питание устройств, подключенным к его нисходящим портам. USB имеет развитую систему управления энергопотреблением. Хост компьютер может иметь собственную систему управления энергопотреблением, к которой логически подключается одноименная система USB. Программное обеспечение USB взаимодействуя с этой системой поддерживает такие события как приостанов (SUSPEND) или восстановление (RESUME). Кроме того, устройства USB могут сами являться источниками событий, отрабатываемых системой управления энергопотреблением.


Случайные файлы

Файл
60090.rtf
15335.doc
101521.rtf
20488.rtf
157745.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.