Навигация
Принцип работы интерфейса USB
59054
знака
7
таблиц
7
изображений
2 Принцип работы интерфейса USB
USB – аббревиатура от Universal Serial Bus, что означает универсальная последовательная шина. Первоначальное ее назначение касалось организации простого и универсального подключения между телефонами и компьютерами. Однако, по мере совершенствования спецификаций, USB-интерфейс становится основным интерфейсом для подключения любого периферийного оборудования к ПК, а в современном виде USB дополнен возможностью организовать связь между двумя устройствами, минуя ПК [2].
Ключевые факторы, способствующие популяризации интерфейса USB:
- последовательная передача;
- высокая скорость обмена данными до 480 Мбит/сек;
- наличие линии питания среди интерфейсных сигналов (5В, 500 мА);
- поддержка функции автоматического определения внешнего устройства при подключении (plug-&-play); возможность подключения к шине при включенном питании (hot plug);
- расширяемость USB-порта. С помощью специального устройства – размножителя (hub) – имеется возможность подключения к одному USB-порту до 127 устройств;
-поддержка передачи аудио, видео, голосовой информации в реальном масштабе времени;
-наличие электронных компонентов, интегрирующих как физический, так и логический уровни; поддержка большинством популярных операционных систем.
2.1 Обзор архитектуры USB
Архитектура шины USB выполнена аналогично локальной сети на витой паре, т.е. как многоуровневая звезда (рисунке 2). При этом шина USB соединяет внешние USB-устройства с главным USB-портом (host). Топология многоуровневой звезды подразумевает, что центром каждого разветвления (звезды) является размножитель (hub). Каждая связь выполняет двухточечное соединение между главным USB-портом и размножителем/функцией или между размножителем и другим размножителем/функцией. На рисунке 2 представлена топология шины USB. Вследствие задержек в распространении сигналов в размножителях и кабелях максимальное количество разветвлений (звезд) ограничено до 7, включая корневой уровень. Из 7 только на 5 уровнях могут быть установлены некорневые размножители, составляющих путь связи между любым устройством и главным USB-портом. Составное устройство занимает два уровня. На 7-ом уровне могут находиться только функции.
Рисунок 2 - Топология шины USB
В любой USB-системе может быть только один главный USB-порт. Устройство, которое соединяет главную компьютерную систему с USB-интерфейсом, называется главный контроллер (Host Controller). Корневой размножитель входит в состав главной системы для организации нескольких точек подключения.
2.2 Протоколы передачи данных USB-порта
Все обмены (транзакции) по USB состоят из трех пакетов. Каждая транзакция планируется и начинается по инициативе контроллера, который посылает пакет-маркер (Token Packet). Этот пакет 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 USB распознает свой адрес и подготавливается 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 или переопустошения. Маркеры отвергнутых транзакций повторно передаются в свободное для шины время. Управление потоками позволяет гибко планировать обслуживание одновременных разнородных потоков данных.
Устойчивость к ошибкам обеспечивается следующими свойствами USB:
-высокое качество сигналов, обеспечиваемое дифференциальными приемниками и передатчиками и экранированием кабелей;
-защита полей управления и данных CRC-кодами;
-обнаружение подключения и отключения устройств и конфигурирование ресурсов на системном уровне;
-самовосстановление протокола с использованием тайм-аута при потере пакетов;
-управление потоком для обеспечения изохронности и управления аппаратными буферами;
-независимость одних функций от неудачных обменов с другими функциями, обеспечиваемая конструкцией каналов.
Для обнаружения ошибок передачи каждый пакет имеет контрольные поля CRC-кодов, позволяющих обнаруживать все одиночные и двойные битовые ошибки. Аппаратные средства обнаруживают ошибки передачи, а контроллер автоматически производит трехкратную попытку передачи. Если эти повторы безуспешны, сообщение об ошибке передается клиентскому ПО для программной обработки.
2.3 Драйвер D2XX
Драйвер D2XX является альтернативным решением к виртуальному программному обеспечению и обеспечивающий доступ к USB компонентам с использованием DLL. Драйвер применяется для новых разработок и в системах без COM-порта. Драйвер состоит из Windows WDM драйвера и соединяется с устройством, используя USB-стек операционной системы и DLL библиотеку, которая объединяет программное обеспечение (написанное на VC++, C++ Builder, Delphi, VB и т.д.) и WDM драйвер. В комплекте с драйвером на сайте FTDI находятся руководство программиста и примеры программного обеспечения на Visual C++, C++ Builder, Delphi, Visual Basic[8].
Похожие работы
... во многих случаях придется приобрести дорогое дополнительные программное обеспечение. Планшетные сканеры Планшетные сканеры — это рабочие лошадки в промышленности и наиболее популярный тип устройств ввода изображения. И не без причин: они доступны и просты в использовании, могут обрабатывать оригиналы различных размеров и обеспечивают приемлемое качество изображения для широкого диапазона ...
... возможность работать с компьютером, набирая текст на клавиатуре и считывая информацию прямо с экрана. Преимущества подобной технологии были очевидны: экономилась бумага – это раз, из-за отсутствия электромеханических устройств ввода-вывода возросла скорость обмена информацией – это два. Стало понятно, что именно такой способ общения с компьютером наиболее удобен, а это значит, что печатная ...
... Bell+Howell. Проектирование. К этой группе относятся сканеры (проекционные, рулонные сканеры), применяемые в конструировании, медицине, военных нуждах. Планшет Планшет - это полуавтоматическое устройство ввода графической информации со свободно перемещаемым указателем координат. Планшет представляет собой некоторую ограниченную плоскость, полностью соответствующую по конфигурации рабочему полю ...
... для чтения записанной на микрофильм информации необходимы специальные устройства. Устройства вывода на микрофильм сравнительно дороги. Вывод графической информации осуществляется с помощью графопостроителей. Рассмотрим устройства ввода информации Самым известным устройством ввода информации является: 1. Клавиатура является основным устройством ввода информации в ПК. Это первое из внешних ...
0 комментариев