usb
.pdfUniversal Serial Bus
универсальная последовательная шина
Лист 2
Общие сведения об USB
|
USB 1.0 1996г. |
USB 1.1 1998г. |
USB 2.0 2000г. USB 3.0 2008г. |
|
Low speed |
1,5 Мбит/с |
1,5 Мбит/с |
1,5 Мбит/с |
|
Full speed |
12 Мбит/с |
12 Мбит/с |
12 Мбит/с |
|
High speed |
|
|
480 Мбит/с |
|
|
|
|
127 устройств |
|
|
Хост-контроллер |
связь устройств, подключенных к шине, с |
||
Физические |
компьютером (с ОС и с клиентским ПО). |
|||
|
|
|||
устройства
USB устройства 
Концентратор 
Логические
устройства
Конечное устройство (функция)
предоставляют порты для подключения, ретранслируют трафик от хост-контроллера к конечным устройствам и обратно, отслеживают состояние и физически управляют электропитанием портов
полезные устройства, которые мы подключаем к шине USB
|
Лист 3 |
Физические устройства USB |
|
взаимодействие с |
Создать хост-контроллеру иллюзию |
клиентским ПО, нумерация |
взаимодействия с подключенным к хабу |
устройств на шине, их |
устройством; |
конфигурирование, |
Мониторинг сегмента шины |
распределение питания и |
Оповещение об изменениях, |
пропускной способности |
Вкл/откл. питание портов. |
шины и так далее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
USBD (universal |
|
|
|
Корневой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
serial bus driver) |
|
|
|
концентратор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ОС |
|
|
|
Хост- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCD - host |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
контроллер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
controller driver |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концен |
|
|
Концентр |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тратор |
|
|
|
атор |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Управление потоками данных, |
|
регистрами. |
|
Вызов функций хост-контроллера |
Конечные устройства |
|
Лист 4
Логические устройства USB
Идентификация [1..127]
Хост-контроллер
Топология Звезда
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Системные и прикладные потоки данных |
|
|
|
|
|
|
Концентраторы |
|
|
|
Приоритет потоков Надежность |
|||||||
|
|
|
|
|
|
и функции |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость передачи данных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отправитель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Получатель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Составное |
Простое |
Конечные точки |
|||||
устройство |
устройство |
||||||
(буферы обмена) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Лист 5
Типы передачи данных USB
Изохронные передачи |
Высокая скорость, низкая надежность, до 90% пропускной |
|
способности канала |
|
Потоковые данные реального времени |
|
Web-камеры, аудиоколонки |
Прерывания |
Гарантированное время обслуживания, высокая надежность |
|
Спонтанные короткие сообщения |
|
Клавиатура |
Передача массивов данных
Управляющие
передачи
Высокая надежность Большие массивы данных, фото на печать Принтер
Высокая надежность, 10% пропускной способности Системные данные типа «запрос-ответ» Различные конечные устройства
Лист 6
Другие понятия USB
Идентификатор
Направление (IN – к хосту, OUT – от хоста)
Конечная EP0 – двунаправленная для настройки устройства точка
|
Адресация |
|
|
|
|
|
|
Номер |
Номер |
Направление |
|
конечной |
потока |
||
устройства |
|||
точки |
данных |
||
|
|||
|
|
|
Интерфейс 3
Альтернативные |
Интерфейс 1 |
|
|
установки |
|
2
Лист 7
Передача данных по шине USB
Хостконтроллер
создать
Клиентское ПО |
Канал связи |
IRP - input/output request packet Пакет запроса ввода/вывода
содержит
адрес буфера длина передачи
Потоковый канал Канал сообщений
Основной канал
(default pipe, control pipe 0, EP0)
Лист 8
Передача данных по шине USB
SOF (start of frame), в состав 
которого входят 11 младших бит
номера кадра.
EOF - время тишины
Режим high speed 1 сек – кадр
125 мкс - микрокадр
Лист 9
Передача данных по шине USB
Структура транзакций
маркер-пакеты (token), пакеты данных (data),
пакеты подтверждения (handshake) специальные пакеты (special).
CRC
Ст. бит |
Мл. бит |
Ст. бит |
Мл. бит |
Кодирование NRZI + bit staffing
EOP
Длительность 2 битовых интервала (LS/FS) Спец последовательность бит (HS)
Лист 10
Передача данных по шине USB
EOF
Нормировка
Максимальное время оборота по шине
Максимальная задержка ответа
задержку вносят кабели, хабы
нужно учитывать, что хабов в цепочке от хоста до устройства может быть несколько,
приёмник должен иметь некоторое время для предварительной обработки пакета
FS: |
(16, 18) б.и. * 83 нс Допустимые |
||
HS: |
(736, 816) б.и. *2 нс |
интервалы |
|
ожидания |
|||
|
|
||