Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ Раздел 2

150

дынные без ошибок. Вторая передача начинается с еще одного признака OUT (Пакет 4), далее следуют данные (Пакет 5), на этот раз предваряемые PID DATA0. В конце передачи устройство опять подтверждает успешную передачу, передавая ACK PID (Пакет 6).

Наличие DATA1 и DATA0 обусловлено коррекцией ошибок. Как описано выше, ACK — это сигнал хосту, что периферия получила дынные без ошибки (поля CRC в пакетах используются для определения ошибок). Но что произойдет, если пакет повредится во время передачи? Для определения этого, каждая сторона устанавливает data toggle bit, переключаемый между передачами пакетов данных. Состояние этого флажка сравнивается с PID, приходящим с данными, с каждым DATA0 или DATA1. При передаче данных хост или устройство посылают перемежающиеся DATA0-DATA1 идентификаторы пакетов. Путем сравнения идентификатора DATA с состоянием внутреннего переключаемого флажка, хост или устройство могут определить поврежденный

handshake packet.

Признак SETUP предназначен только для передач типа CONTROL. Они предваряют 8 байт данных, из которых периферия определяет запросы хоста.

Признак SOF приходит каждую миллисекунду, обозначая фрэйм USB.

Существуют три PID согласования: ACK, NAK и STALL:

•ACK означает, что данные были приняты без ошибок.

•NAK означает — занято, передайте еще раз. Это не означает ошибки, так как ошибка — это отсутствие ответа.

•STALL — означает, что произошло нечто непредвиденное (возможно как результат потери связи или несогласования программного обеспечения разных уровней). Устройство посылает STALL, показывая, что не поняло запрос.

PID PRE предшествует передаче на малой скорости (1.5 Мбит). Мы его игнорируем.

10.10.4 Передача данных по шине USB

Для передачи данных устройству, хост передает признак OUT, за которым следуют данные. Если устройство имеет воз-

151

можность принять данные и принимает их без ошибки, оно возвращает ACK хосту. Если оно занято, оно отсылает NAK.

При передаче данных хосту периферийное устройство ждет прихода от хоста запроса IN. Если хост не посылает эти запросы, данные навсегда останутся в буфере устройства.

Хост в системе USB обеспечивает распределение времени, передавая SOF (начало фрейма) каждую миллисекунду. Пакет SOF включает в себя инкрементирующийся 11-разрядный счетчик фреймов.

Напомним, что в системе USB возможны четыре типа передачи. Они соответствуют требованиям различных типов данных, передаваемых по шине:

•Control.

•Bulk.

•Interrupt.

•Isochronous.

Далее мы затронем форматы передачи данных для всех этих режимов и поясним это рисунками.

Режим Bulk

Схематическое изображение процесса обмена пакетами в этом режиме показано на рисунке:

Рис. 10.12

Передача типа Bulk — «прорывная», пакетами по 8, 16, 32, 64 байта. Доставка информации гарантирована по причине автоматической перепосылки поврежденных данных. Хост позволяет передавать пакеты bulk, когда шина освобождается. Этот тип передачи применяется для принтера, сканера или модема. Данные, передаваемые таким способом имеют встроенный контроль передачи, обеспечиваемый пакетами согласования.

152

Режим Interrupt

Схематическое изображение процесса обмена пакетами в этом режиме показано на рисунке:

Рис. 10.13

Этот тип передачи похож на bulk, но передача происходит только для IN каналов. Блок данных может иметь длину от 1 до 64 байт. Каналы interrupt типа имеют ассоциированный временной интервал, через эти интервалы хост посылает признак IN.

Режим Isochronous

Схематическое изображение процесса обмена пакетами в этом режиме показано на рисунке:

Рис. 10.14

Режим предназначен для передачи потоковой, критичной ко времени информации, такой как аудио или видео информация, целесообразно применять этот режим передачи. Для такой информации время доставки. основное требование.

В каждом фрейме USB определенная жесткая часть времени отводится для передачи типа isochronous. Заглядывая вперед скажем, что такая передача не имеет признаков согласования (ACK/NAK/STALL) и не имеет перепосылок. Определение ошибок происходит только на уровне согласования контрольной

153

суммы CRC16. Передача isochronous не использует механизм переключения флажков DATA, передается всегда PID DATA0.

Режим Control

Схематическое изображение процесса обмена пакетами в этом режиме показано на рис.10.15.

Этот тип передачи используется для конфигурирования и посылки команд устройству. Так как эти задачи жизненно важны для функционирования системы, при передаче типа control обеспечивается наилучшая защита от ошибок. Хост резервирует часть каждого фрэйма для передачи control.

Передачи control состоят из двух или трех стадий. Стадия SETUP содержит 8 байт управляющих данных. Опциональная стадия DATA содержит дополнительные данные, если необходимо. Стадия STATUS позволяет устройству индицировать благополучное завершение процесса конфигурирования.

Рис. 10.15

154

10.10.5 Включение в систему и нумерация устройств на шине USB

При включении нового устройства в шину хост производит последовательность.перепеси. устройств:

•Хост посылает запрос «Get_Descriptor/Device» на адрес 0 (впервые подключенные устройства отвечают по адресу 0).

•Устройство обязательно отвечает на запрос, посылая байты идентификатора обратно хосту, говорящие, что за устройство подключено.

•Хост посылает устройству запрос «Set_Address», дающий уникальный адрес устройству, позволяющий отличить это устройство от других, подключенных к шине.

•Хост посылает еще запросы «Get_Descriptor», запрашивая остальную информацию об устройстве. Из этих ответов хост узнает, как много каналов устройство имеет, его требования по питанию, необходимую пропускную способность канала и какой драйвер загрузить.

•Этот процесс «переписи» называется Enumeration (нуме-

рация).

USB была разработана группой из семи компаний, которые видели необходимость во взаимодействии для обеспечения дальнейшего роста и развития расцветающей индустрии интегрированных компьютеров и телефонии. Эти семь компаний, продви-

гающие USB, следующие: Compaq, Digital Equipment Corp, IBM

PC Co., Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom.

155

ЛИТЕРАТУРА

1.ОС ТУСУР 6.1-97. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования к правилам оформления.

2.Бондарь А.В. Эксплуатация и развитие компьютерных сетей и систем. Часть 1: Программно-аппаратная реализация персонального компьютера: Учебное пособие. — Томск: ТУСУР, 1999.

3.Брябин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. — 272 с.

4.Фролов А.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение IBM PC. В 2-х ч. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1992. — 208 с.

5.Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств: Учебное пособие для вузов по спец. «Автоматика и управление в технических системах». — М.: Высш. шк., 1989. — 223 с.

6.Левкин Г.Н., Левкина В.Е. Введение в схемотехнику IBM PC/AT. — М.: Изд-во МПИ, 1991. — 96 с.

7.Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж.

Уэстера. — М.: Мир, 1992. — 592 с.

8.Шарапов А.В. Микропроцессорные устройства и системы: Методические указания к выполнению курсового проекта. — Томск: ТУСУР, 1998. — 38 с.

9.Мячев А.А. Системы ввода-вывода ЭВМ. — М.: Энерго-

атомиздат, 1983. — 168 с.

10.Гибсон Г.Ю. Аппаратные и программные средства мик- ро-ЭВМ. — М.: Финансы и статистика, 1983. — 304 с.

11.Хвощ С.Т. и др. Организация последовательных мультиплексных каналов систем автоматизированного управления. — Л.: Машиностроение, 1988. — 120 с.

12.Якимов О.П. Газоразрядные матричные индикатроные панели. — М.: Сов. радио, 1980. — 72 с.

13.Однокристальные микроЭВМ: Справочник / Под ред. А.В. Боборыкина, А.А. Сергеева и др. — М.: МИКАП, 1994. —

400 с.