15 Организация шины usb, типы передачи данных

Физ. интерфейс USB состоит из 4 проводников: 2 для питания внеш. ус-ва (VCC и GND) и 2 сигнальных проводника (DATA+ и DATA-).

Через проводники питания передается постоянное напряжение ≈ 5В с нагрузочной способностью максимум 500 мА.

Сигнальные проводники называются DATA+ и DATA- и управляют связью между главным (компьютер) и устройством. Сигналы в этих проводниках являются двунаправленными. Уровни напряжения - дифференциальные: когда DATA+ имеет высокий уровень, тогда DATA- находится на низком уровне. Однако, имеются некоторые случаи, когда DATA+ и DATA- имеют один и тот же уровень, например, при EOP (конец пакета).

Шина строго ориентирована, имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер) и «периферийные устройства».

Шина имеет древовидную топологию, посколько ПУ может быть разветвитель (hub), в свою очередь имеющий несколько нисходящих разъемов.

USB подразумевает 4 типа передачи: передача управления, передача прерывания, изохронная передача и передача потока.

Управляющий тип предназначен для обмена с ус-вом короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое ус-во имеет управляющий канал 0, который позволяет ПО ОС прочитать краткую инф-ию об ус-ве, в том числе коды производителя и модели, исп. для выбора драйвера, и список других оконечных точек.

Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки. Исп. в ус-вах ввода (клавиатуры/мыши/джойстики).

Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки. Исп. для передачи аудио- и видеоинформации.

Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Исп. в принтерах и сканерах.

16 Протокол обмена, форматы пакетов шины usb

Пакет - ряд взаимосвязанных и передаваемых битов инф-ии, предназначенных для вып. заданной функции и имеющих строго заданный формат, в котором в общем случае указаны идентификатор пакета, передаваемые данные заданного размера и контрольные биты. Идентификатор пакета USB - начальное поле в пакете, опред. тип пакета, его формат и способ выявления ошибок.

После определения нового устройства главный начинает связь в соответствии с физическим протоколом USB. Протокол USB, в отличие от УАПП, основан на синхронной передаче данных. Синхронизация передатчика и приемника необходима для осуществления связи. Синхронизация выполняется путем передачи небольшого заголовка "образцовая синхронизация", который предшествует передаче данных. Данный заголовок представляет собой прямоугольные импульсы (101010), за ними передаются два 0, а затем данные.

Уведомление об окончании передачи данных выполняется с помощью передачи сигнала "конец пакета" (EOP). EOPпередается путем установки низких уровней на обеих линиях данных DATA+ и DATA-. EOP передается непродолжительное время (минимум два периода скорости данных). После этого, выполняется следующая транзакция.

Данные, которые передаются между образцовой синхронизацией и EOP, закодированы в коде NRZI.

Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.

Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют крайне сложный DMA со сложной DMA-программой, формируемой драйвером.