цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 

Принцип работы интерфейса USB 2.0

Автор: Mike(admin) от 13-01-2020, 20:15

Интерфейс USB соединяет USB-устройства с USB-хостом. Физическое межсоединение USB по своей топологии является многоуровневой звездой. Концентратор или хаб находится в центре каждой звезды. Каждый сегмент линии представляет собой соединение точка-точка между хостом и концентратором или функцией или концентратором, подключенным к другому концентратору или функциональному узлу. Следующий Рисунок иллюстрирует топологию USB.


схематичное изображение топологии USB 2.0

В любой системе USB есть только один хост. Интерфейс USB в системе главного компьютера называется хост-контроллером. Он может быть реализован в виде комбинации аппаратного обеспечения, встроенного программного обеспечения или программного обеспечения. Корневой хаб интегрирован в хост-систему, чтобы обеспечить одну или несколько точек подключения.


USB-устройства являются одним из следующих:


  • Концентраторы или хабы, которые реализуют точки подключения к интерфейсу
  • Функциональные узлы или функции, такие как клавиатура, компьютерные колонки, мышь и т.п.

Интерфейс USB 2.0 передает сигналы и питание по четырехпроводному кабелю, как показано на следующем рисунке. Передача сигналов происходит по двум проводам на каждом двухточечном сегменте.


кабель USB 2.0

Передача данных осуществляется по дифференциальной линии, состоящей из проводов D+ и D-. Тактовые сигналы передаются в закодированном виде вместе с дифференциальными данными. Схема тактового кодирования – это NRZI (Non Return to Zero Invertive или метод без возврата к нулю с инвертированием) с битовой вставкой для обеспечения адекватных переходов. Поле SYNC предшествует каждому пакету, чтобы позволить приемнику синхронизировать свою систему тактирования.


Кабель также содержит провода VBUS и GND в каждом сегменте для подачи питания на устройства. Номинальное напряжение VBUS составляет +5 В. USB 2.0 позволяет использовать сегменты кабеля переменной длины, вплоть до нескольких метров,. Чтобы обеспечить гарантированные уровни входного напряжения и надлежащий импеданс, на каждом конце кабеля используются встроенные терминаторы смещения. Терминаторы также позволяют обнаруживать присоединение и отсоединение на каждом порту и различать высокоскоростные и низкоскоростные устройства.


USB является опрашиваемой шиной. Хост-контроллер инициирует все передачи данных. Большинство операций с шиной предполагает передачу до трех пакетов. Каждая транзакция начинается, когда хост-контроллер на плановой основе отправляет пакет USB, описывающий тип и направление транзакции, адрес устройства USB и номер конечной точки. Этот пакет называется «токен-пакетом». Адресуемое устройство USB выбирает себя путем декодирования соответствующих полей адреса. В данной транзакции данные передаются либо с хоста на устройство, либо с устройства на хост. Направление передачи данных указывается в токен-пакете. Затем источник транзакции отправляет пакет данных или указывает, что у него нет данных для передачи. Как правило, пункт назначения отвечает пакетом квитирования, указывающим, была ли передача успешной.


Модель передачи данных USB между хостом и конечной точкой называется каналом. Существует два типа каналов: поток и сообщение. Потоковые данные не имеют определенной USB-структуры, а данные сообщений имеют. Кроме того, каналы имеют параметры пропускной способности данных, типа службы передачи и характеристик конечной точки, таких как направленность и размеры буфера. Большинство каналов формируются при настройке устройства USB. Один канал сообщений (канал управления по умолчанию) всегда существует после включения устройства, чтобы обеспечить доступ к конфигурации устройства, состоянию и информации управления.


График транзакций позволяет контролировать поток данных для некоторых потоковых каналов. На аппаратном уровне это предотвращает переполнение буферов с помощью «рукопожатия» NAK для регулирования скорости передачи данных. Механизм управления потоком позволяет создавать гибкие графики, которые обеспечивают одновременное обслуживание разнородной смеси потоковых каналов. Таким образом, несколько потоковых каналов могут обслуживаться с разными интервалами и с пакетами разных размеров.


USB подразумевает обмен данными и управляющей информации между хостом и устройством в виде набора однонаправленных или двунаправленных каналов. Передача данных через USB происходит между ПО хоста и конкретной конечной точкой. Как правило, перемещение данных по одному каналу не зависит от потока данных в любом другом канале. У одного USB-устройства может быть много каналов. Например, конкретное устройство может содержать конечную точку, которая поддерживает канал для передачи данных на устройство USB, и другую конечную точку, которая поддерживает канал для передачи данных с устройства USB.


Архитектура USB предполагает четыре базовых вида типа информационной передачи:


  • Передачи управления: применяются для настройки устройства во время подключения и могут применяться для других специфических для устройства задач, в том числе управление другими каналами устройства.
  • Передачи массивов данных: используются для работы с относительно большим количеством пакетов и имеет широкую динамическую широту в ограничениях передачи.
  • Передачи по прерываниям: используются для своевременной, но надежной доставки данных, например, символов или координат с воспринимаемыми человеком характеристиками эха или отклика обратной связи.
  • Изохронные передачи данных: занимают заранее определенную величину пропускной способности USB с заранее определенной задержкой доставки (также называется потоковой передачей в реальном времени).

Канал поддерживает только один из типов передачи, описанных выше для любой конкретной конфигурации устройства.




© digitrode.ru


Теги: USB



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий