Хост-контроллер

Хост-компьютер общается с устройствами через контроллер. Хост имеет следующие обязанности:

* обнаружение подключения и отсоединения устройств USB;

* манипулирование потоком управления между устройствами и хостом;

* управление потоками данных;

* сбор статистики;

* обеспечение энергосбережения подключенными ПУ.

2. Практическая часть

• Рассмотрел изучение принципов организации аппаратного интерфейса USB

• Выполнил примеры изучение принципов организации аппаратного интерфейса USB

• Проанализировал результат изучение принципов организации аппаратного интерфейса USB

Шина имеет два режима передачи. Полная скорость передачи сигна-лов 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 неэкранированньгй кабель до 3 м. Низкоскоростные кабели и устройства дешевле высокоскоростных. Одна и та же система может одновременно использовать оба режима; переключение для устройств осуществляется прозрачно. Сигналы синхронизации кодируются вместе с данными по методу NRZI (Non Return to Zero Invert), его работу иллюстрирует рис. 1. Каждому пакету предшествует поле синхронизации SYNC, позволяющее приемнику настроиться на частоту передатчика. Кабель также имеет линии VBus и GND для передачи питающего напряжения 5 В к устройствам. Сечение проводников выбирается в соответствии с длиной сегмента для обеспечения гарантированного уровня сигнала и питающего напряжения.

Контакт	Цепь	Контакт	Цепь
1	VBus	3	D+
2	D-	4	GND

Рис. 1. Кодирование данных по методу NRZI

Разъемы типа "А" (Рис.2) применяются для подключения к хабам (Upstream Connector). Вилки устанавливаются на кабелях, не отсоединяемых от устройств (например, клавиатура, мышь и т. п.). Гнезда устанавливаются на нисходящих портах (Downstream Port) хабов.

а) б)

Рис. 2 а) кабель USB с вилкой типа «А», б) розетка типа «А»

Разъемы типа "В" (Downstream Connector) устанавливаются на устройствах, от которых соединительный кабель может отсоединяться (принтеры и сканеры). Ответная часть (вилка) устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет вилку типа "А". (Рис.3)

Рис. 3. Кабель USB с вилкой типа «B»

Модель передачи данных

Каждое устройство USB представляет собой набор независимых конечных точек (Endpoint), с которыми хост-контроллер обменивается информацией. Конечные точки описываются следующими параметрами:

• требуемой частотой доступа к шине и допустимыми задержками обслуживания;

• требуемой полосой пропускания канала;

• номером точки;

• требованиями к обработке ошибок;

• максимальными размерами передаваемых и принимаемых пакетов;

• типом обмена;

• направлением обмена (для сплошного и изохронного обменов).

Устойчивость к ошибкам обеспечивают следующие свойства USB:

* Высокое качество сигналов, достигаемое благодаря дифференциаль-ным приемникам/передатчикам и экранированным кабелям.

* Защита полей управления и данных CRC-кодами.

* Обнаружение подключения и отключения устройств и конфигури-рование ресурсов на системном уровне.

* Самовосстановление протокола с тайм-аутом при потере пакетов.

* Управление потоком для обеспечения изохронности и управления аппаратными буферами.

* Независимость функций от неудачных обменов с другими функциями.

Для обнаружения ошибок передачи каждый пакет имеет контроль-ные поля CRC-кодов, позволяющие обнаруживать все одиночные и двойные битовые ошибки. Аппаратные средства обнаруживают ошибки передачи, а контроллер автоматически производит трехкратную попытку передачи. Если повторы безуспешны, сообщение об ошибке передается клиентскому ПО.

Архитектура чипсета SiS656 с южным мостом SiS965

Рис. 4. Пример реализации аппаратного интерфейса USB в микросхеме системной логики South Bridge SiS965

Рис.5 Структура МК интерфейса USB ATmega32U6/AT90USB64/128

USB 2.0

Спецификация USB 2.0 совместима с USB 1.1 и использует те же кабели, разъемы и программное обеспечение, но работает в 40 раз быстрее ориги-нальной спецификации версий 1.0 и 1.1. Такое увеличение производитель-ности позволяет использовать более современную периферию — камеры для видеоконференций, сканеры, принтеры, устройства хранения данных.

Для конечного пользователя USB 2.0 ничем не отличается от 1.1, за исключением производительности. Все существующие устройства USB 1.1 работают на меньшей скорости с шиной USB 2.0. Сравнительные данные о производительности разных версий USB приведены в табл. 1.

Для работы с высокопроизводительными устройствами USB 2.0 необходим концентратор, поддерживающий эту же версию спецификации USB. Можно использовать старый концентратор USB 1.1, но увеличения производительно-сти устройств USB 2.0 достичь не удастся (максимальная скорость передачи данных будет ограничена 1,5 Мбайт/с). Устройства, подключенные к концен-тратору USB 2.0, будут работать на максимальной скорости около 60 Мбайт/с для USB 2.0 и 1,5 Мбайт/с для USB 1.1.

Таблица 1 Скорость передачи данных различных версий USB

Для одновременной совместной работы устройств USB 2.0 и 1.1, подключен-ных к высокопроизводительному концентратору USB 2.0, используется слож-ная система буферизации входящих данных. Таким образом, каждое устройство будет работать на максимально возможной скорости.

• стандарт USB 1.1 называется “USB”,

• стандарт USB 2.0 “Hi-Speed USB”.