82. Універсальна послідовна шина usb
USB (Universal Serial Bus - універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури PC, орієнтованим на інтеграцію з телефонією і пристроями побутової електроніки (специфікація версії 1.0 опублікована в січні 1996 року).
USB - кабельна шина, яка підтримує обмін даних між хост комп'ютером і одночасно підключеними периферійними пристроями. Приєднані периферійні пристрої спільно використовують пропускну здатність USB через маркерний метод доступу. Шина дозволяє приєднувати, конфігурувати, використовувати, і від'єднувати периферійні пристрої, в той час як хост і інші периферійні пристрої знаходиться в роботі. Архітектура USB визначалася наступними критеріями:
- Легко реалізоване розширення периферії PC;
- Дешеве рішення, що підтримує швидкість передачі до 12 Мбіт / с;
- Повна підтримка в реальному часі передачі аудіо-і стислих відеоданих;
- Гнучкість протоколу для змішаної. Передачі ізохронних даних і асинхронних повідомлень;
- Інтеграція в технологію пристроїв, що випускаються;
- Доступність в ПК всіх конфігурацій і розмірів;
- Забезпечення стандартного інтерфейсу для нових типів периферійних пристроїв;
- Простота кабельної системи і підключень;
- Самоідентифікується периферія, автоматична зв'язок пристроїв з драйверами і конфігурація;
- Можливість динамічного підключення і реконфигурирования периферії.
З середини 1996 року багато фірм випускають PC з вбудованим контроллером USB, реалізованим чіпсетом системної плати.
83.Типи передач і формати інформації що передається
Архітектура USB включає в себе чотири базисних типу передач даних:
- Передачі керуючої інформації, яка використовується для конфігурації пристрою під час приєднання і може використовуватися іншим пристроєм для специфічних цілей;
- Передачі даних типу Bulk, генеруються або використовуються при відносно великих обсягах інформації. Виконується контроль правильності прийому з можливістю повторних передач;
- Передачі типу переривання (короткі повідомлення в кілька байт - введений символ або координати покажчиків) з підтвердженням прийому за лімітоване час;
- Ізохронний або потокові передачі даних в реальному часі, які займають заздалегідь обумовлену пропускну здатність USB шини. У даному типі передачі не підтримується механізм підтвердження правильності прийому і повторних передач. Дані передаються з допустимим рівнем помилок. Типовими даними ізохронних передач є передача оцифрованих звукових сигналів.
Клієнтське програмне забезпечення зазвичай запитує передачу даних в каналі за допомогою пакетів запиту вводу / виводу (IRPs) і потім або чекає або повідомляє що вони завершені.
Потоки в каналах поставляють дані як частину пакета даних транзакцій шини не наводячи зміст даних до структури необхідної USB. Дані надійшли в один кінець потоку в каналі, виходять з іншого боку в тому ж самому порядку (FIFO). Потоки в каналах - завжди спрямовані в одну сторону. Потоки в каналі підтримують такі типи передачі bulk, ізохронний, і переривання.
Канали повідомлень взаємодіють з кінцевою точкою не так, як потоки в каналах. Спочатку, хост посилає запит пристрою USB. Цей запит супроводжується передачею (ами) даних у відповідному напрямку. Після цього зчитується стан, що є відповіддю від кінцевої точки.
Щоб розмістити зразок запиту / даних / стану, канали повідомлень роблять потік зв'язку структурованим, що дозволяє командам бути достовірно переданими і ідентифікованими.
Канали повідомлень дозволяють потоку зв'язку мати два напрямки. Створюваний за замовчуванням каналу з кінцевої точки 0, є завжди каналом повідомлень.
Обмін інформацією в усіх зазначених вище типах передач виконується пакетами. Можливі типи пакетів наведено в табл. 3.9.
Тип пакета визначається першим байтом пакета (ідентифікатором пакета - РГТ), який слідує безпосередньо за полем синхронізації (див. вище) кожного пакета USB. Для надійного декодування РЮ, тип пакета задається розрядами 3 - 0, а розряди 7 - 4 (поле перевірки) містять їх інверсію. Слід зазначити, що при перетворенні в послідовний код на сдвиговом регістрі всі байти пакета (включаючи РШ) посилаються в лінію молодшими розрядами вперед (першим передається нульовий біт, останнім - сьомий). Будь РЮ, отриманий з помилковим полем перевірки або який декодується до невизначеного значенням, вважається пошкодженим і ігнорується весь пакет.
Пакети розділені на чотири кодові групи: маркер, дані, квотування, і спеціальні, кожна група визначається двома молодшими розрядами (передаються в лінію першими). Структура пакетів наведена на рис. 3.7.
Призначення полів наступне:
- РГО - ідентифікатор пакету (див. вище);
- ADDR - адреса функції,, яка є або джерелом або приймачем пакета даних, залежно від значення маркера РГТ. Після скидання і включення живлення, адреси функції встановлюється за умовчанням в 0 і повинні програмуватися хостом протягом процесу переномераціі;
- ENDP - номер кінцевої точки, який забезпечує більш гнучку адресацію функцій, в яких потрібно більше одного подканала. Номери кінцевих точок залежать від функції. Всі функції повинні підтримувати одну керуючу нульову кінцеву точку. Низько-швидкісні пристрої підтримують два номери кінцевої точки для кожної функції. Повно - швидкісні функції можуть підтримувати до 16 кінцевих точок;
- CRC - циклічні контролі за надмірності (CRC) використовуються для захисту всіх полів крім РЮ в маркерах і пакетах даних, В даному контексті, ці поля розглядається як захищені поля. PID не входить в перевірку CRC пакета. Всі CRC згенеровані для відповідно своїх полів в передавачі перш, ніж виконується вставка біт. Точно так само CRC декодуються в приймальнику після того, як були видалені вставлені біти. CRC маркера і пакета даних забезпечують виправлення всіх одиночних і виявлення подвійних помилок в захищених полях пакета.
Схеми контролю CRC на основі зсувних регістрів і суматорів по модулю 2 викладаються у відповідному курсі і тут не розглядаються.
Для маркерів передбачено п'яти-бітове поле CRC з що створює поліномом:
G (X) = Xs + X2 + 1.
Пакети даних використовують 16-бітний поліном (і відповідне поле CRC):
G (X) = X16 + X15 + Х2 + 1;
- Frame Numer - поле номера кадру являє собою 11 - бітове поле, яке инкрементируется хостом в кожному кадрі. Поле номера кадру відлічується заново з нуля після досягнення максимального значення 7FFh, і надсилається тільки для SOF маркерів на початку кожного кадру;
- DATA - поле даних може бути довжиною від 0 до 1023 байт і має містити ціле число байт. Розмір поля даних змінюється відповідно до типу передачі.
Розглянемо призначення пакетів і особливості їх передачі.
Маркерні пакети (IN, OUT або SETUP) служать для організації каналів і задають тип транзакцій. Маркер складається з РШ, і полів ENDP і ADDR. Для транзакцій OUT і SETUP, поле адреси і кінцевої точки однозначно визначає кінцеву точку, яка отримає наступний пакет даних. Для вхідний (IN) транзакції, ці поля однозначно визначають кінцеву точку, яка повинна передати пакет даних. Тільки хост може видавати маркерні пакети.
Пакети початку кадру (SOF) видаються хостом з номінальною швидкістю кожну мікросекунду. Пакети SOF складаються з PID визначає тип пакету, за яким слідує 11 - бітне поле номера кадру.
Пакети SOF генеруються в точно визначених інтервалах, і повідомляють всіх функцій дві частини часової інформації (початок кадру і номер кадру). Всі повно-швидкісні функції, включаючи концентратори, повинні отримати і декодувати пакет SOF.
Пакети даних складаються з PID, поля даних, і CRC (див. рис. 3.7). Є два типи пакетів даних, що визначаються різними РЮамі (DATA0 і DATA1).
Два типи пакетів даних необхідні для підтримки синхронізації перемикача даних. При передачі даних по каналу повідомлень гарантується достовірна передача пакетів даних, для чого передача кожного пакету підтверджується відповідним пакетом квитирования (правильний або неправильний прийом) і в разі неправильного прийому виконується повторна передача. Першим передається пакет типу DATA0, і при повторних передачах передається той же тип пакету. Після успішного прийому перемикається тип пакету (DATA1), з яким виконуються аналогічні дії (передача і підтвердження прийому). Наступний пакет має тип DATA0 і т.д. Чергування типів для парних і непарних пакетів при можливих повторних передачах дозволяє приймачу однозначно ідентифікувати прийняті пакети. При потокових ізохронних передачах, в яких немає підтвердження прийому та повторних передач, всі пакети даних мають тип DATАО.
Пакети квитирования і спеціальні є однобайтні і складаються тільки з РШ. Пакети квитирования використовуються, для повідомлення стану транзакції даних, і можуть повертати значення, що означають успішний прийом даних, управління потоком даних, і умова зупину. Повертати квитирование може тільки такий тип трансакцій, який підтримує управління потоком даних. Квитування завжди повертаються у фазі транзакції квитирования і можуть бути повернуті, замість даних, у фазі даних.
Всі розглянуті вище пакети повинні розмежовуватися ЕОР. Якщо пакет декодує як допустимий, але не завершується ЕОР після відомої для кожного типу пакетів довжини (три байти для маркерів, один байт для квитування), він розглядається як неприпустимий і ігнорується приймачем.
Всі передачі транзакцій шини включають до трьох пакетів. Кожна транзакція починається, коли хост контролер, за розкладом, посилає USB пакет, що описує тип і напрямок транзакції, адресу пристрою USB, і номер кінцевої точки (маркерний пакет). Пристрій USB, до якого адресовано повідомлення самостійно ідентифікується, декодуючи відповідні поля адреси. У даній транзакції, дані передані або з хоста на пристрій або з пристрою на хост. Напрямок передачі даних визначено в маркерні пакеті. Джерело транзакції потім посилає пакет даних або повідомляє, що більше немає ніяких даних
для передачі. Адресат в загальному випадку посилає пакет квитирования, який показує, чи була передача успішною.
Розклад посилок транзакцій дозволяє управляти потоком даних для деяких режимів потоків в каналі. На апаратному рівні, це запобігає такі ситуації буфера як обнулення або переповнювання, використовуючи ИАСК квитирование, щоб зменшити швидкість передачі даних. Механізм управління потоком даних дозволяє створення гнучких розкладів, які погоджують паралельне обслуговування гетерогенної суміші режимів потоків в каналі. Таким чином, безліч режимів потоку в каналі можуть обслуговуватися в різні інтервалах і містити пакети_разлічних розмірів.