Что такое последовательная шина как найти

В телекоммуникации и информатике под последовательной передачей данных понимают процесс передачи данных по одному биту за один промежуток времени, последовательно один за одним по одному каналу связи или компьютерной шине, в отличие от параллельной передачи данных, при которой несколько бит пересылаются одновременно по линии связи из нескольких параллельных каналов. Последовательная передача всегда используется при связи на дальние расстояния и в большинстве компьютерных сетей, так как стоимость кабеля и трудности синхронизации делают параллельную передачу данных неэффективной. Последовательные компьютерные шины становятся всё более распространёнными даже на коротких расстояниях, по мере улучшения обеспечения целостности сигнала и скорости передачи данных в новых технологиях последовательной передачи она начинает перевешивать преимущество простоты параллельной шины (не требуется схема параллельно-последовательного / последовательно-параллельного преобразования, также известная как SerDes) и перекрывать недостатки (расфазировка синхронизирующих импульсов, плотность межсоединения). При этом появляются другие проблемы такие как качество передачи и приема информации – корректность этих процессов обратно пропорциональна скорости (известный пример: оверклокинг). Подходящим примером является переход с PCI на PCI Express.

Последовательные шины[править | править код]

Интегральные цепи становятся дороже по мере увеличения числа штырьков. Для уменьшения числа штырьков в системе многие ИЦ используют последовательную шину для передачи данных в случае, когда скорость не так важна. В качестве примеров подобных недорогих последовательных шин можно привести SPI, I²C, UNI/O и 1-Wire.

Сравнение последовательного и параллельного соединений[править | править код]

Коммуникационные соединения, при помощи которых компьютеры—или части компьютеров—взаимодействуют друг с другом, могут быть или последовательными или параллельными. Параллельное соединение передает несколько потоков данных (которые, вероятно, представляют собой определенные биты потока байтов) по нескольким каналам (кабели, дорожки печатных плат, оптоволокно и т. д.); последовательное соединение передает лишь один поток данных.

На первый взгляд кажется, что последовательное соединение должно проигрывать параллельному, так как оно может передавать меньше данных за такт. Однако, зачастую последовательные соединения могут функционировать значительно быстрее по сравнению с параллельными соединениями, и за счёт этого достигать более высокой скорости передачи данных. Среди факторов, позволяющих последовательному соединению работать быстрее параллельного, выделяют:

• Нет расфазировки синхронизирующих импульсов между различными каналами (для нескоростных асинхронных последовательных соединений соединений)
• Последовательное соединение требует меньше соединительных кабелей (то есть проводов/волокон) и поэтому занимает меньше пространства. Дополнительное пространство позволяет использовать более хорошую изоляцию канала от влияния окружающей среды
• Перекрестные помехи существенно ниже, так как там меньше расположенных рядом проводников.

Определение скорости для последовательных и параллельных соединений не идентично. В последовательных соединениях большая скорость является компенсирующим параметром для достижения нужной пропускной способности в сравнении с относительно ‘медленными’ параллельными соединениями. Во многих случаях, последовательное соединение является лучшим выбором, так как оно дешевле в реализации. Множество ИС имеют последовательный интерфейс, которые, в отличие от параллельных интерфейсов, имеют меньше штырьков и за счет этого дешевле.

Примеры применения последовательной передачи данных[править | править код]

• Азбука Морзе, используемая на телеграфе
• RS-232 (низкоскоростной, реализуется последовательными портами)
• RS-422
• RS-423
• RS-485
• I²C
• SPI
• ARINC 818 Avionics Digital Video Bus
• USB (управляемая скорость, используется для подключения периферии к компьютеру)
• FireWire
• Ethernet
• Fibre Channel (высокая скорость, используется для подключения компьютеров к устройствам хранения данных)
• InfiniBand (очень высокая скорость, сравнимая с PCI)
• MIDI — управление электронными музыкальными инструментами
• DMX512 — управление театральной подсветкой
• SDI-12 — промышленный протокол для сенсоров
• Serial Attached SCSI
• Serial ATA
• SpaceWire — коммуникационная сеть в космических аппаратах
• HyperTransport
• PCI Express
• SONET и SDH (высокоскоростная телекоммуникация по оптическим фильтрам)
• T1, E1 и их варианты (высокоскоростная телекоммуникация по медной паре)
• MIL-STD-1553A/B

См. также[править | править код]

• Передача данных
• Шина
• Параллельное соединение, является противоположностью последовательного соединения.
• Асинхронное последовательное соединение
• Сравнение использования синхронных и асинхронных сигналов
• Список пропускных способностей интерфейсов передачи данных
• 8N1
• Федеральный стандарт 1037C
• MIL-STD-188

Ссылки[править | править код]

• Serial Interface Tutorial for Robotics (содержит множество практических примеров)  (англ.)
• Список последовательных интерфейсов (с разъемами)  (англ.)
• Wiki:SerialPorts  (англ.)
• Visual studio 2008 coding for Serial communication  (англ.)

Что такое USB или универсальная последовательная шина

Термин USB это сокращение от англ. Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина) и является стандартным типом соединения для различных устройств, при чем не обязательно только в компьютере. Современная техника, находящаяся дома или же допустим в автомобиле, так же обладает данными разъёмами.

Что такое USB и для чего этот разъём нужен

Как правило, USB относят и к разъёмам на устройствах и кабелям, соединяющие разные по назначению устройства.

Этот универсальный стандарт последовательной шины стал для человечества чрезвычайно успешным и используется по всюду. Разъёмы USB, а также USB кабели, используются для соединения как принтеров, сканеров, музыкальных инструментов, компьютерных клавиатуры и мыши, флеш карты, внешних оптических приводы и жёстких дисков, не говоря о возможности подключения при помощи этой последовательной шины практически как любом компьютере, так и на игровых приставках, домашнем аудио и видео оборудование, и даже в автомобилях.

Многие портативные персональные устройства как смартфон, электронные книги и планшетные компьютеры, используют возможности USB для подзарядки своих батарей. Зарядка при помощи USB стала на столько распространённой, что при поломке USB адаптера используемого при зарядке устройства, нет необходимости бежать в магазин для покупки нового, ведь его замену можно найти прямо дома или же подключившись к своему компьютеру, что позволит напрочь отрицать необходимость в таком адаптере.

Версии USB и скорости обмена данными

USB 3.1: часто называемым Super speed +, совместимые устройства способны к передачи данных на скорости 10 Гбит (10240 Мбит), что соответствует Thunderbolt – формат, который когда то считалось, что может стать возможной заменой USB.

USB 3.0: (Super Speed USB), устройства, совместимые с USB 3.0 могут достигать скорости обмена данных до 5Гбит (5120 Мбит).

USB 2.0: называется High Speed USB (высоко скоростной), USB 2.0 совместимое аппаратное обеспечение может достигать скорость обмена данными до 480 Мбит.

USB 1.1: называется Full Speed USB, максимальную скорость которую могут развивать совместимые устройства равно 12 Мбит.

Большинство же USB устройств и USB кабели поддерживают USB 2.0, но USB 3.0 всё больше набирает обороты при производстве. Современные материнские платы распространяются с обеими версиями универсальной последовательной шины.

Разъёмы USB и совместимость

Существует довольно большое разнообразие разъёмов USB, но хоть типы их разняться, называются они будут одинаково. Следует понимать, что разъем на кабеле или флеш-накопителе правильно называть вилкой, а вот гнездо на устройстве или же на кабеле удлинителе будет сосудом или более его распространённое название — розетка.

USB-C: имеет официальное название USB Type-C, эти вилки и розетки имеют прямоугольную форму, с четырьмя закруглёнными углами.

USB Type A: называется USB Standart-A, данные вилки и розетки имеют прямоугольную форму, будучи самым распространённым типом USB, является обратно совместимыми друг с другом.

USB Type B — вилки и розетки имеют квадратную форму, с небольшой выемкой в верху. USB 1.1 Type B и USB 2.0 Type B вилки физически совместим с USB 3.0 Type B розетки, а вот обратной совместимости между USB 3.0 Type B вилки и USB 2.0 Type B или USB 1.1 Type B нет.

USB Micro-A: USB разъемы 3,0 Micro-A выглядят как две разные прямоугольные вилки, конденсированных вместе, одна чуть больше, чем другая. USB разъемы 3,0 Micro-A совместимы только с USB 3.0 Micro-AB розетками.

USB 2.0 Micro-A вилки очень малы и имеют прямоугольную форму, напоминающую во многом усохшие USB Type A разъем. Штекер USB Micro-A физически совместим с 3.0 розетками, так и USB 2.0, и USB.

USB Micro-B: USB 3.0 разъемы Micro-B выглядят почти идентично USB 3.0 Micro-розетки, они так же выглядят как две отдельные, но связанные вилки. USB 3.0 разъемы Micro-B совместимы с USB 3.0 Micro-B розетками, а также с USB 3.0 Micro-AB. USB 2.0 Micro-B вилки очень малы и прямоугольной формы, причём два угла на одной из длинных сторон скошены. USB Micro-B разъемы физически совместим с USB 2.0 Micro-B и Micro-AB розетками, а также с USB 3.0 Micro-B и Micro-AB.

USB Mini-A: USB 2.0 Mini-разъём имеет прямоугольную форму, но одна имеет закругление. Вилки USB Mini-A совместимы только с USB Mini-AB розетками. USB 3.0 Mini-A разъем, не существует.

USB Mini-B: 2.0 Mini-B разъем USB имеет прямоугольную форму с небольшими щербинками по обе стороны, что можно сравнить с нарезкой хлеба, если смотреть на него в лоб. USB Mini-B разъем физически совместим с USB 2.0 Mini-B и мини-AB розетками. USB 3.0 Mini-B разъем не существует.

Что такое USB ? Это возможность для подключения различных периферийных устройств. Это не только сэкономит место на плате, но и экономит инженерные усилия, следовательно, снижает производственные затраты. Что не только удобно для пользователя, но дёшево.

Источник

Последовательные и параллельные шины

Дата добавления: 2014-11-28 ; просмотров: 10334 ; Нарушение авторских прав

По способу передачи сигнала все шины можно разделить на последовательные и параллельные.

Основным отличием параллельных шин от последовательных является сам способ передачи данных. Параллельные шины можно рассматривать как совокупность сигнальных линий (можно сказать что просто проводников), объединённых по их назначению (данные, адреса, управление), которые имеют определённые электрические характеристики и протоколы передачи информации. Группы этих сигнальных линий также называются шинами:

— Линии для обмена данными (шина данных);

— Линии для адресации данных (шина адреса);

— Линии для управления данными (шина управления);

Для каждой из этих шин вводится понятие ширины. В параллельных шинах понятие «ширина шины» соответствует её разрядности – количеству сигнальных линий, или, другими словами, количеству одновременно передаваемых («выставляемых на шину») битов информации. Сигнал на каждой линии может принимать два значения 0 и 1 (линия с двумя состояниями). Сигналом для старта и завершения цикла приёма/передачи данных служит внешний синхросигнал.

Для передачи в шине может использоваться положительная логика или отрицательная логика. При положительной логике высокий уровень напряжения соответствует логической единице на соответствующей линии связи, низкий – логическому нулю. При отрицательной логике – наоборот.

На рис … показана в приближенном виде передача данных по шине шириной 8 разрядов (т.е. шина имеет 8 линий для передачи данных и одну для синхросигнала). Понятно, что за один цикл по 8-разрядной шине может передаваться один байт.

Проблема параллельных шин в том, что каждая линия такой шины имеет свою длину, свою паразитную ёмкость и индуктивность, а также взамоиндуктивность. При параллельной передаче байты мешают друг другу вследствие наличия взаимоиндуктивности, поэтому вероятность ошибок увеличивается, чем ограничивается частота шины.

Помимо линий (проводников) важным компонентом шины является контроллер шины,который осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхема либо интегрируется в микросхемы Chipset. Для работы контроллера шины нужен внешний синхронизирующий сигнал (тактовая частота), который вырабатывается опорным генератором.

Еще раз обсудим особенности каждой из видов шин (линий), перечисленных выше.

Шина данных – это основная шина, по которой собственно и происходит передача информации. Количество ее разрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена. Скорость передачи данных (она же пропускная способность) высчитывается по формуле:

скорость передачи данных = тактовая частота * разрядность * [2..4]

Полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов: неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторым данным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

Шина данных всегда двунаправленная, так как предполагает передачу информации в обоих направлениях.

Шина адреса — вторая по важности шина, которая определяет максимально возможную сложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и, следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможный объем запоминаемых данных. Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса, определяется как N =2 I , где I, – количество разрядов. Разрядность шины адреса обычно кратна 4 и может достигать 64. Шина адреса может быть однонаправленной (когда магистралью всегда управляет только процессор) или двунаправленной (когда процессор может временно передавать управление магистралью другому устройству).

Для снижения общего количества линий связи магистрали часто применяется мультиплексирование шин адреса и данных. То есть одни и те же линии связи используются в разные моменты времени для передачи как адреса, так и данных (в начале — адрес, потом — данные). Понятно, что мультиплексированная шина адреса/данных обеспечивает меньшую скорость обмена. Иногда в шинах применяется частичное мультиплексирование, то есть часть разрядов данных передается по немультиплексированным линиям, а другая часть — по мультиплексированным с адресом линиям.

Шина управления — это вспомогательная шина, управляющие сигналы на которой обеспечивают согласование работы процессора (или другого хозяина магистрали, задатчика, master) с работой памяти или устройства ввода/вывода (устройства-исполнителя, slave).

Для успешной передачи данных не достаточно установить их на шине данных и задать адрес на шине адреса. Для того чтобы данные были записаны (считаны) в регистре устройств, подключенных к шине, адреса которых указаны на шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передачи данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и др. Все эти сигналы передаются по шине управления.

Управляющие сигналы также обслуживают запрос и предоставление прерываний, запрос и предоставление прямого доступа.

Самые главные управляющие сигналы — это стробы обмена, то есть сигналы, формируемые процессором и определяющие моменты времени, в которые производится пересылка данных по шине данных, обмен данными.

— Строб записи (вывода), который определяет момент времени, когда устройство-исполнитель может принимать данные, выставленные процессором на шину данных;

— Строб чтения (ввода), который определяет момент времени, когда устройство-исполнитель должно выдать на шину данных код данных, который будет прочитан процессором.

При этом большое значение имеет то, как процессор заканчивает обмен в пределах цикла, в какой момент он снимает свой строб обмена. Возможны два пути решения, синхронный и асинхронный обмен, (рис. ….) соответственно, шины также делятся на синхронные и асинхронные:

— При синхронном обмене процессор заканчивает обмен данными самостоятельно, через раз и навсегда установленный временной интервал выдержки (t_выд), то есть без учета интересов устройства-исполнителя;

— При асинхронном обмене процессор заканчивает обмен только тогда, когда устройство-исполнитель подтверждает выполнение операции специальным сигналом (так называемый режим handshake — рукопожатие).

Достоинства синхронного обмена – более простой протокол обмена, меньшее количество управляющих сигналов. Недостатки — отсутствие гарантии, что исполнитель выполнил требуемую операцию, а также высокие требования к быстродействию исполнителя, при синхронном обмене приходится искусственно увеличивать длительность строба обмена для соответствия требованиям большего числа исполнителей, чтобы они успевали обмениваться информацией в темпе процессора.

Рисунок Синхронный и асинхронный обмен.

Достоинства асинхронного обмена — более надежная пересылка данных, возможность работы с самыми разными по быстродействию исполнителями. Недостаток — необходимость формирования сигнала подтверждения всеми исполнителями, то есть дополнительные аппаратурные затраты.

Линии шины управления могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными.

В последовательных шинах используется одна сигнальная линия (возможно использование двух отдельных каналов для разделения потоков приёма-передачи). Соответственно, информационные биты здесь передаются последовательно. Данные для передачи через последовательную шину облекаются в пакеты (пакет – единица информации, передаваемая как целое между двумя устройствами), в которые, помимо собственно полезных данных, включается некоторое количество служебной информации: старт-биты, заголовки пакетов, синхросигналы, биты чётности или контрольные суммы, стоп-биты и т. п.

В качестве примера приведем описание обмена для последовательного интерфейса RS-232.

Данные передаются пакетами по одному байту (8 бит). Вначале передаётся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой линии, после чего передаётся непосредственно кадр полезной информации – 8 бит. Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит, говорящий о том, что передача завершена. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение — не более 10%.

Рисунок Работа последовательной шины, формат данных RS-232

Последовательные шины – не обязательно значит «однобитные», здесь возможны и 2, и 8, и 32 бит ширины при сохранении присущей последовательным шинам пакетной передачи данных, то есть в пакете импульсов данные, адрес, другая служебная информация разделены на логическом уровне.

Последовательные шины часто используют более чем два состояния линии (иногда дополнительные состояния используют для служебной информации).

Малое количество сигнальных линий и логически более сложный механизм передачи данных последовательных шин оборачиваются для них существенным преимуществом – возможностью наращивания рабочих частот. Последовательный способ передачи имеет преимущество перед параллельным если длина линии превышает хотя бы несколько сантиметров.

Источник

Компьютер «Bondi blue» iMac G3 от англ. legacy) портов. Спецификация USB 1.1 вышла в сентябре 1998 года, в ней были исправлены ошибки версии 1.0.

Alcatel-Lucent), Microsoft,

Основные сведения

Кабель USB состоит из 4 проводников – 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплетки/экрана.

Кабели USB ориентированы, т.е. имеют физически разные наконечники “к устройству” и “к хосту”. Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником “к хосту”. Возможно и неразъемное встраивание кабеля в устройство, как в мышь (стандарт запрещает это для устройств full и high speed, но производители его нарушают). Существуют (хотя и запрещены стандартом) и пассивные USB удлинители, имеющие разъемы “от хоста” и “к хосту”.

Шина строго ориентирована, имеет понятие “главное устройство” (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и “периферийные устройства”. Шина имеет древовидную топологию, посколько периферийным устройством может быть разветвитель (hub), в свою очередь имеющий несколько нисходящих разъемов “от хоста”. Разветвитель есть сложное электронное устройство, пассивных разветвителей не бывает.

Соединение 2 компьютеров – или 2 периферийных устройств – пассивным USB кабелем невозможно. Существуют активные USB кабели для соединения 2 компьютеров, но они включают в себя сложную электронику, эмулирующую Ethernet адаптер, и требуют установки драйверов с обоих сторон.

Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и “спячка” устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и пробуждением по команде с шины.

USB поддерживает “горячее” подключение и отключение устройств.

На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe).

Оконечные точки, а значит, и каналы, относятся к одному и 4 классов – поточный (bulk), управляющий (control), изохронный (isoch) и прерывание (interrupt). Низкоскоростные устройства, такие, как мышь, не могут иметь изохронные и поточные каналы.

Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами “вопрос-ответ”. Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в т.ч. коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.

Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки – пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода человеком (клавиатуры/мыши/джойстики).

Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 КГц у low и full speed, 8 КГц у high speed). Используется для передачи аудио и видео информации.

Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматический временный приостанов передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.

Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет “начало периода”. Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.

Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратурые контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют крайне сложный DMA со сложной DMA-программой, формируемой драйвером.

Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разрабочиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB (степени двойки).

Версии спецификации

Предварительные версии

• USB 0.7: спецификация выпущена в ноябре 1994 года.
• USB 0.8: спецификация выпущена в декабре 1994 года.
• USB 0.9: спецификация выпущена в апреле 1995 года.
• USB 0.99: спецификация выпущена в августе 1995 года.
• USB 1.0 Release Candidate: спецификация выпущена в ноябре 1995 года.

USB 1.0

Спецификация выпущена в ноябре 1995 года.

Технические характеристики:

• два режима передачи данных:
  • режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) — 12 Мбит/с
  • режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) — 1,5 Мбит/с
• максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью — 5 м ^[1]
• максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью — 3 м ^[1]
• максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127
• возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью к одному контроллеру USB
• напряжение питания для периферийных устройств — 5 В
• максимальный ток, потребляемый периферийным устройством — 500 мА

USB 1.1

Спецификация выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. Первая версия, получившая массовое распространение.

USB 2.0

Спецификация выпущена в апреле 2000 года.

USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

• Low-speed, 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстики)
• Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
• Hi-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

Последующие модификации

Последующие модификации к спецификации USB публикуются в рамках Извещений об инженерных изменениях (англ. Engineering Change Notices — ECN). Самые важные из модификаций ECN представлены в наборе спецификаций USB 2.0 (англ. USB 2.0 specification package, доступном на сайте USB Implementers Forum.

• Mini-B Connector ECN: извещение выпущено в октябре 2000 года.
• Errata, начиная с декабря 2000: извещение выпущено в декабре 2000 года.
• Pull-up/Pull-down Resistors ECN: извещение выпущено в мае 2002 года.
• Errata, начиная с мая 2002: извещение выпущено в мае 2002 года.
• Interface Associations ECN: извещение выпущено в мае 2003 года.
  • Были добавлены новые стандарты, позволяющие ассоциировать множество интерфейсов с одной функцией устройства.
• Rounded Chamfer ECN: извещение выпущено в октябре 2003 года.
• Unicode ECN: извещение выпущено в феврале 2005 года.
  • Данное ECN специфицирует, что строки закодированы с использованием UTF-16LE.
• Inter-Chip USB Supplement: извещение выпущено в марте 2006 года.
• On-The-Go Supplement 1.3: извещение выпущено в декабре 2006 года.
  • USB On-The-Go делает возможным связь двух USB-устройств друг с другом без отдельного USB-хоста. На практике одно из устройств играет роль хоста для другого.

USB OTG

USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования ПК. В данной спецификации устройства обходятся без персонального компьютера, то есть выступают как одноранговые приёмопередатчики (на самом деле только создаётся такое ощущение). В действительности же устройства определяют, какое из них будет мастер-устройством, а какое — подчиняемым. Одноранговый интерфейс USB существовать не может.

USB Wireless

USB wireless — технология USB (официальная спецификация доступна с мая 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

23 июля 2007 года USB Implementers Forum (USB-IF) объявила о сертификации шести первых потребительских продуктов с поддержкой Wireless USB. ^[2]

USB 3.0

USB 3.0 находится на финальных стадиях разработки. Созданием USB 3.0 занимаются компании: Microsoft, Texas Instruments, NXP Semiconductors. В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта будут физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, одну — для питания и ещё одну — для заземления. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. USB 3.0 может похвастаться не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь сможет не только подпитывать от одного хаба гораздо большее количество устройств, но и само аппаратное обеспечение, ранее поставлявшееся с отдельными блоками питания, избавится от них.

Финальная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году, а оборудование, поддерживающее новую спецификацию, появится в 2009—2010 годах.

Фирмой анонсирована предварительная версия программной модели контроллера USB 3.0.

Кабели и разъёмы USB 1.0 и 2.0

Спецификация 1.0 регламентировала два типа разъёмов: A — на стороне контроллера или концентратора USB и B — на стороне периферийного устройства. Впоследствии были разработаны миниатюрные разъёмы для применения USB в переносных и мобильных устройствах, получившие название Mini-USB. Новая версия миниатюрных разъёмов, называемых Micro-USB, была представлена USB Implementers Forum 4 января 2007 года.

Размеры разъёмов: USB Тип A — 4×12 мм, USB Тип B — 7×8 мм, USB mini A и USB mini B — 2×7 мм.

Существуют также разъёмы типа Mini-AB и Micro-AB с которыми соединяются соответствующие коннекторы как типа A, так и типа B.

В отличие от многих других стандартных типов разъёмов, для USB характерны долговечность и механическая прочность.

Сигналы USB передаются по двум проводам четырёхпроводного кабеля.

Номер контакта	Обозначение	Цвет провода
1	V BUS	красный
2	D−	белый
3	D+	зелёный
4	GND	чёрный

Здесь GND — цепь «корпуса» для питания периферийных устройств, VBus — +5 В, так же для цепей питания. Данные передаются по проводам D+ и D− дифференциально (состояния 0 и 1 (в терминологии официальной документации diff0 и diff1 соответственно) определяются по разности потенциалов межу линиями более 0,2 В и при условии, что на одной из линий (D− в случае diff0 и D+ при diff1) потенциал относительно GND выше 2,8 В.^[3] Дифференциальный способ передачи является основным, но не единственным (например, при инициализации устройство сообщает хосту о режиме, поддерживаемом устройством (Full-Speed или Low-Speed), подтягиванием одной из линий данных к V_BUS через резистор 1.5 кОм (D− для режима Low-Speed и D+ для режима Full-Speed, устройства, работающие в режиме Hi-Speed, ведут себя на этой стадии как устройства в режиме Full-Speed). Так же иногда вокруг провода присутствует волокнистая обмотка для защиты от физических повреждений.^[4].

Кабели и разъёмы USB 3.0

USB Тип А

USB Тип В

USB Тип B micro

Недостатки USB

Хотя пиковая пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к пиковой, не удаётся. Это объясняется достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации.

USB и FireWire/1394

Протокол USB storage, представляющий собой метод передачи команд

Кроме того, USB storage не поддерживался в старых ОС (первоначальная Windows 98), и требовал установки драйвера. SBP-2 поддерживался и в них. Также в старых ОС (Windows 2000) протокол USB storage был реализован в урезанном виде, не позволяющем использовать функцию прожига CD/DVD дисков на подключенном по USB дисководе, SBP-2 никогда не имел таких ограничений.

Шина USB строго ориентирована, потому соединение 2 компьютеров или же 2 периферийных устройств требует дополнительного оборудования. Некоторые производители поддерживают соединение принтера и сканера, или же фотоапарата и принтера, но эти реализации сильно завязаны на конкретного производителя и не стандартизированы. Шина 1394/FireWire не подвержена этому недостатку (можно соединить 2 видеокамеры).

Тем не менее, ввиду лицензионной политики Apple, а также намного более высокой сложности оборудования, 1394 менее распространен, материнские платы старых компьютеров не имеют 1394 контроллера. Что касается периферии, то поддержка 1394 обычно не встречается ни в чем, кроме видеокамер и корпусов для внешних жестких дисков и CD/DVD приводов.

См. также

• FireWire
• Последовательные и параллельные порты ввода-вывода
• TransferJet

Источники

1. ↑ ^{1 2} http://docs.info.apple.com/article.html?artnum=31116
2. ↑ terralab.ru Wireless USB: первые шаги
3. ↑ Гук М. Аппаратные средства IBM PC.-СПб:Питер,2000.-С.-708-723.-ISBN 5-88782-290-2
4. ↑ Агуров П. В. Интерфейс USB. Практика использования и программирования.-СПб:БХВ-Петербург,2004.-576 с.-ISBN 5-94157-202-6

Ссылки

• USB Implementers Forum, Inc.
• USB 3.0 — уже в разработке
• USB 3.0. Новые подробности
• Фотографии разъёмов USB 3.0
• USB News (нем.)
• Распайка разъёма USB 1.1 и 2.0
• List of USB ID’s (Vendors, devices and interfaces) (англ.)

Литература

• Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК (глава 15 — Последовательный, параллельный и другие интерфейсы ввода/вывода — USB) = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 1016—1026. — ISBN 0-7897-3404-4

Микроконтроллеры
Архитектура	8-bit MCS-51 • MCS-48 • AVR • Z8 • H8 • COP8 • 68HC08 • 68HC11 16-bit PIC24 • MAXQ • Nios • 68HC12 • 68HC16 32-bit ARM • PIC32MX • 683XX • M32R •
Производители	Analog Devices • Fujitsu • Holtek • Infineon • MicroChip • Maxim • Parallax • Texas Instruments • Zilog
Компоненты	Регистр • Прерывание • CPU • SRAM • Флеш-память • кварцевый резонатор • кварцевый генератор • RC-генератор • Корпус
Периферия	Таймер • АЦП • ЦАП • Компаратор • ШИМ контроллер • Счётчик • LCD • Датчик температуры • Watchdog Timer
Интерфейс	CAN • UART • USB • SPI • I²C • ОС	μClinux • BeRTOS • ChibiOS/RT • RTEMS • Unison • MicroC/OS-II • Программирование	Программатор • Ассемблер • MPLAB • AVR Studio • MCStudio

Последовательная
шина USB (Universal
Serial Bus – универсальная последовательная
шина) компьютерным меркам довольно
давно – версия первого утвержденного
варианта стандарта появилась 15 января
1996 года. Разработка стандарта была
инициирована весьма авторитетными
фирмами – Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq.

Основная
цель стандарта, поставленная перед его
разработчиками – создать реальную
возможность пользователям работать в
режиме Plug&Play с периферийными
устройствами. Это означает, что должно
быть предусмотрено подключение устройства
к работающему компьютеру, автоматическое
распознавание его немедленно после
подключения и последующей установки
соответствующих драйверов. Кроме этого,
желательно питание маломощных устройств
подавать с самой шины. Скорость шины
должна быть достаточной для подавляющего
большинства периферийных устройств.
Попутно решается историческая проблема
нехватки ресурсов на внутренних шинах
IBM PC совместимого компьютера – контроллер
USB занимает только одно прерывание
независимо от количества подключенных
к шине устройств.

Возможности
последовательной шины USB следуют из ее
технических характеристик:

Высокая
скорость
обмена
(full-speed signaling bit rate) – 12 Mb/s

Максимальная
длина кабеля для высокой скорости обмена
– 5 m

Низкая
скорость
обмена
(low-speed signaling bit rate) – 1.5 Mb/s

Максимальная
длина кабеля для низкой скорости обмена
– 3 m

Максимальное
количество подключенных устройств
(включая размножители) – 127.

Возможно
подключение устройств с различными
скоростями обмена

Отсутствие
необходимости в установке пользователем
дополнительных элементов, таких как
терминаторы для SCSI

Напряжение
питания для периферийных устройств –
5 V

Максимальный
ток потребления на одно устройство –
500 mA.

Поэтому
целесообразно подключать к USB практически
любые периферийные устройства, кроме
цифровых видеокамер и высокоскоростных
жестких дисков. Конструкция разъемов
для USB рассчитана на многократное
сочленение/расчленение.

Возможность
использования только двух скоростей
обмена данными ограничивает применяемость
шины, но существенно уменьшает количество
линий интерфейса и упрощает аппаратную
реализацию.

Питание
непосредственно от USB возможно только
для устройств с малым потреблением,
таких как клавиатуры, мыши, джойстики
и т.п.

Сигналы
USB передаются по 4–х проводному кабелю.

Кабель
для поддержки полной скорости шины
(full-speed) выполняется как витая пара,
защищается экраном и может также
использоваться для работы в режиме
минимальной скорости (low-speed). Кабель для
работы только на минимальной скорости
(например, для подключения мыши) может
быть любым и неэкранированным.

Система
USB разделяется на три уровня с определенными
правилами взаимодействия. Устройство
USB содержит интерфейсную часть, часть
устройства и функциональную часть. Хост
тоже делится на три части – интерфейсную,
системную и ПО устройства. Каждая часть
отвечает только за определенный круг
задач, логическое и реальное взаимодействие
между ними иллюстрирует рис. 69.

В
рассматриваемую структуру входят
следующие элементы:

Физическое
устройство USB – устройство на шине,
выполняющее функции, интересующие
конечного пользователя.

Client
SW – ПО, соответствующее конкретному
устройству, исполняемое на хост–компьютере.
Может являться составной частью ОС или
специальным продуктом.

USB
System SW – системная поддержка USB, независимая
от конкретных устройств и клиентского
ПО.

USB
Host Controller – аппаратные и программные
средства для подключения устройств USB
к хост–компьютеру.

Рис.
69 Взаимодействие компонентов USB

Физический
интерфейс

Информационные
сигналы и питающее напряжение 5В
передаются по четырехпроводному кабелю.
Используется дифференциальный способ
передачи сигналов D+ и D– по двум проводам.
Уровни сигналов передатчиков в статическом
режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий
уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень).
Приемники выдерживают входное напряжение
в пределах – 0,5…+3,8 В. Передатчики должны
уметь переходить в высокоимпедансное
состояние для двунаправленной
полудуплексной передачи по одной паре
проводов.

Передача
по двум проводам в USB не ограничивается
дифференциальными сигналами. Кроме
дифференциального приемника каждое
устройство имеет линейные приемники
сигналов D+ и D–, а передатчики этих линий
управляются индивидуально. Это позволяет
различать более двух состояний линии,
используемых для организации аппаратного
интерфейса. Состояния DiffO и Diff1 определяются
по разности потенциалов на линиях D+ и
D – более 200 мВ при условии, что на одной
из них потенциал выше порога срабатывания
VSE. Состояние, при котором на обоих входах
D+ и D– присутствует низкий уровень,
называется линейным ну– лем (SEO –
Single–Ended Zero). интерфейс определяет
следующие состояния:

DataJ
State и Data К State – состояния передаваемого
бита (или просто J и К), определяются
через состояния DiffO и Diff1.

Idle
State – пауза на шине.

Resume
State – сигнал “пробуждения” для
вывода устрой– ства из “спящего”
режима.

Start
of Packet (SOP) – начало пакета (переход из
Idle State в К).

End
of Packet (EOP) – конец
пакета.

Disconnect
– устройство отключено от порта.

Connect
– устройство подключено к порту.

Reset
– сброс устройства.

Состояния
определяются сочетаниями дифференциальных
и линейных сигналов; для полной и низкой
скоростей состояния DiffO и Diff1 имеют
противоположное назначение. В декодировании
состояний Disconnect, Connect и Reset учитывается
время нахождения линий (более 2,5 мс) в
определенных состояниях.

Шина
имеет два режима передачи. Полная
скорость передачи сигналов 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.

Сигналы
синхронизации кодируются вместе с
данными по методу NRZI (Non Return to Zero Invert),
его работу иллюстрирует рис. 72. 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.

Рис.
70 Подключение полноскоростного
устройства

Рис.
71 Подключение низкоскоростного
устройства

Рис.
72. Кодирование данных по методу NRZI

Стандарт
определяет два типа разъемов ( табл. 7 и
рис.73).

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

Таблица
7

Разъемы
типа “А” 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.

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”.

Разъемы
типов “А” и “В” различаются
механически (рис. 73), что исключает
недопустимые петлевые соединения портов
хабов. Четырехконтактные разъемы имеют
ключи, исключающие неправильное
присоединение. Конструкция разъемов
обеспечивает позднее соединение и
раннее отсоединение сигнальных цепей
по сравнению с питающими. Для распознавания
разъема USB на корпусе устройства ставится
стандартное символическое обозначение.

Рис.
73. Гнезда USB: а – типа “А”, б – типа
“В”, в – символическое обозначение

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).

Каждое
устройство обязательно имеет конечную
точку с номером 0, используемую для
инициализации, общего управления и
опроса его состояния. Эта точка всегда
сконфигурирована при включении питания
и подключении устройства к шине. Оно
поддерживает передачи типа “управление”.

Кроме
нулевой точки, устройства–функции
могут иметь дополнительные точки,
реализующие полезный обмен данными.
Низкоскоростные устройства могут иметь
до двух дополнительных точек,
полноскоростные – до 16 точек ввода и
16 точек вывода (протокольное ограничение).
Точки не могут быть использованы до их
конфигурирования (уста– новления
согласованного с ними канала).

Каналом
{Pipe) в USB называется модель передачи
данных между хост–контроллером и
конечной точкой (Endpoint) ус– тройства.
Имеются два типа каналов: потоки (Stream)
и со– общения (Message). Поток доставляет
данные от одного конца канала к другому,
он всегда однонаправленный. Один и тот
же номер конечной точки может использоваться
для двух поточных каналов – ввода и
вывода. Поток может реализовывать
следующие типы обмена: сплошной,
изохронный и прерывания. Доставка всегда
идет в порядке “первым вошел – первым
вышел” (FIFO); с точки зрения USB, данные
потока неструктурированы. Сообщения
имеют формат, определенный спецификацией
USB. Хост посылает запрос к конечной
точке, после которого передается
(принимается) пакет сообщения, за которым
следует пакет с информацией состояния
конечной точки. Последующее сообщение
нормально не может быть послано до
обработки предыдущего, но при отработке
ошибок возможен сброс необслуженных
сообщений. Двухсторонний обмен сообщениями
адресуется к одной и той же конечной
точке. Для доставки сообщений используется
только обмен типа “управление”.

С
каналами связаны характеристики,
соответствующие конечной точке (полоса
пропускания, тип сервиса, размер буфера
и т. п.). Каналы организуются при
конфигурировании устройств USB. Для
каждого включенного устройства существует
канал сообщений (Control Pipe 0), по которому
передается информация конфигурирования,
управления и состояния.

Типы
передачи данных

USB
поддерживает как однонаправленные, так
и двунаправленные режимы связи. Передача
данных производится между ПО хоста и
конечной точкой устройства. Устройство
может иметь несколько конечных точек,
связь с каждой из них (канал) устанавливается
независимо.

Архитектура
USB допускает четыре базовых типа передачи
данных:

Управляющие
посылки (Control Transfers), используемые для
конфигурирования во время подключения
и в процессе работы для управления
устройствами. Протокол обеспечивает
гарантированную доставку данных. Длина
поля данных управляющей посылки не
превышает 64 байт на полной скорости и
8 байт на низкой.

Сплошные
передачи (Bulk Data Transfers) сравнительно
больших пакетов без жестких требований
ко времени доставки. Передачи занимают
всю свободную полосу про– пускания
шины. Пакеты имеют поле данных размером
8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет этих передач
самый низкий, они могут приостанавливаться
при большой загрузке шины. Допускаются
только на полной скорости передачи.

Прерывания
(Interrupt) – короткие (до 64 байт на полной
скорости, до 8 байт на низкой) передачи
типа вводимых символов или координат.
Прерывания имеют спонтанный характер
и должны обслуживаться не медленнее,
чем того требует устройство. Предел
времени обслуживания устанавливается
в диапазоне 1–255 мс для полной скорости
и 10–255 мс – для низкой.

Изохронные
передачи (Isochronous Transfers) – непрерывные
передачи в реальном времени, занимающие
предварительно согласованную часть
пропускной способности шины и имеющие
заданную задержку доставки. В случае
обнаружения ошибки изохронные данные
передаются без повтора – недействительные
пакеты игнорируются. Пример – цифровая
передача голоса. Пропускная способность
определяется требованиями к качеству
передачи, а задержка доставки может
быть критичной, например, при реализации
телеконференций.

Полоса
пропускания шины делится между всеми
установленными каналами. Выделенная
полоса закрепляется за каналом, и если
установление нового канала требует
такой полосы, которая не вписывается в
уже существующее распределение, запрос
на выделение канала отвергается.

Архитектура
USВ предусматривает внутреннюю буферизацию
всех устройств, причем чем большей
полосы пропускания требует устройство,
тем больше должен быть его буфер. USB
должна обеспечивать обмен с такой
скоростью, чтобы задержка данных в
устройстве, вызванная буферизацией, не
превышала нескольких миллисекунд.

Изохронные
передачи классифицируются по способу
синхронизации конечных точек – источников
или получателей данных – с системой:
различают асинхронный, синхронный и
адаптивный классы устройств, каждому
из которых соответствует свой тип канала
USB.

Протокол

Все
обмены (транзакции) по USB состоят из трех
пакетов. Каждая транзакция планируется
и начинается по инициативе контроллера,
который посылает пакет–маркер {Token
Packet). Он описывает тип и направление
передачи, адрес устройства USB и номер
конечной точки. В каждой транзакции
возможен обмен только между адресуемым
устройством (его конечной точкой) и
хостом. Адресуемое маркером устройство
распознает свой адрес и готовится к
обмену. Источник данных (определенный
маркером) передает пакет данных (или
уведомление об отсутствии данных,
предназначенных для передачи). После
успешного приема пакета приемник данных
посылает пакет подтверждения (Handshake
Packet).

Планирование
транзакций обеспечивает управление
поточными каналами. На аппаратном уровне
использование отказа от транзакции
(NAck) при недопустимой интенсивности
передачи предохраняет буферы от
переполнения сверху и снизу. Маркеры
отвергнутых транзакций повторно
передаются в свободное для шины время.
Управление потоками позволяет гибко
планировать обслуживание одновременных
разнородных потоков данных.

Устойчивость
к ошибкам обеспечивают следующие
свойства USB:

Высокое
качество сигналов, достигаемое благодаря
дифференциальным приемникам/передатчикам
и экранированным кабелям.

Защита
полей управления и данных CRC–кодами.

Обнаружение
подключения и отключения устройств и
конфигурирование 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 контрольные 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.

Форматы
пакетов

Байты
передаются по шине последовательно,
начиная с младшего бита. Все посылки
организованы в пакеты. Каждый пакет
начинается с поля синхронизации Sync,
которое представляется последовательностью
состояний KJKJKJKK (кодированную по NRZI),
следующую после состояния Idle. Последние
два бита (КК) являются маркером начала
пакета SOP, используемым для идентификации
первого бита идентификатора пакета
PID. Идентификатор пакета является
4–битным полем PID[3:0], идентифицирующим
тип пакета (табл.8), за которым в качестве
контрольных следуют те же 4 бита, но
инвертированные.

В
пакетах–маркерах IN, SETUP и OUT следующими
являются адресные поля: 7–битный адрес
функции и 4–битный адрес конечной точки.
Они позволяют адресовать до 127 функций
USB (нулевой адрес используется для
конфигурирования) и по 16 конечных точек
в каждой функции.

В
пакете SOF имеется 11–битное поле номера
кадра (Frame Number Field), последовательно
(циклически) увеличиваемое для очередного
кадра.

Поле
данных может иметь размер от 0 до 1023
целых байт. Размер поля зависит от типа
передачи и согласуется при установлении
канала.

Поле
СКС-кола присутствует во всех маркерах
и пакетах данных, оно защищает все поля
пакета, исключая PID. CRC для маркеров (5
бит) и данных (11 бит) подсчитываются по
разным формулам.

Таблица
8

Тип PID	Имя PID	PID[3:0]	Содержимое и назначение
Token	OUT	0001	Адрес функции и номер конечной точки – маркер транзакции функции
Token	IN	1001	Адрес функции и номер конечной точки – маркер транзакции хоста
Token	SOF	0101	Маркер начала кадра
Token	SETUP	1101	Адрес функции и номер конечной точки – маркер транзакции с управляющей точкой
Data	DataO Datal	0011 1011	Пакеты данных с четным и нечетным PID чередуются для точной идентификации подтверждений
Handshake	Ack	0010	Подтверждение безошибочного приема пакета
Handshake	NAK	1010	Приемник не сумел принять или передатчик не сумел передать данные. Может использоваться для управления потоком данных (неготовность). В транзакциях прерываний является признаком отсутствия необслуженных прерываний
Handshake	STALL	1110	Конечная точка требует вмешательства хоста
Special	PRE	1100	Преамбула передачи на низкой скорости

Каждая
транзакция инициируется хост–контроллером
посылкой маркера и завершается пакетом
квитирования. Последовательность
пакетов в транзакциях иллюстрирует
рис. 7.7.

Хост-контроллер
организует обмены с устройствами
согласно своему плану распределения
ресурсов. Контроллер циклически (с
периодом 1 мс) формирует кадры (Frames), в
которые укладываются все запланированные
транзакции. Каждый кадр начинается с
посылки маркера SOF (Start Of Frame), который
является синхронизирующим сигналом
для всех устройств, включая хабы. В конце
каждого кадра выделяется интервал
времени EOF (End Of Frame), на время которого
хабы запрещают передачу по направлению
к контроллеру. Каждый кадр имеет свой
номер. Хост–контроллер оперирует
32–битным счетчиком, но в маркере SOF
передает только младшие 11 бит. Номер
кадра увеличивается (циклически) во
время EOF. Хост планирует загрузку кадров
так, чтобы в них всегда находилось место
для транзакций управления и прерывания.
Свободное время кадров может заполняться
сплошными передачами (Bulk Transfers).

Задание
для выполнения работы

1.
Описать функции управления шиной и
портами

а)
формирование адреса порта

б)
организация сквозного канала в системном
интерфейсе для передачи данных между
портом устройства ввода-вывода и МП.

2.
Структура микропроцессорной памяти.

3.
Последовательная шина USB.
Режимы передачи данных.

4.
Чипсет. Его назначение. Диаграмма
чипсета.

5.
Микропроцессорная память. Регистры и
их назначение.

6.
Стандартные интерфейсы и форматы
передачи данных.

7.
Привести схемы подключение модемов,
принтеров, плоттеров к COM-порту.

8.
Нарисовать схему взаимодействия
компонентов USB.