USB

Многоточечный последовательный интерфейс USB предназначен для сопряжения PC с периферийными устройствами. Первая версия протокола утверждена в 1996 г., в настоящее время действует версия 2.0 2000 г. (дополнена 3-й скоростью обмена high speed – 480 Мбит/с).

Технические характеристики USB:

• высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) (12 Мбит/с) с максимальной длинойкабеля для высокой скорости обмена 5 м;

• низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) (1.5 Мбит/с) с максимальной длиной кабеля для низкой скорости обмена 3 м;

• максимальное количество подключенных устройств 127;

• подключение устройств с различными скоростями обмена;

• напряжение питания для периферийных устройств 5 В.Основные свойства USB:

• поддержка алгоритма plug&play – автоматическое обнаружение подключенных устройств, идентификация, инициализация и образование различных конфигураций;

• реализация асинхронного и изохронного режима обмена данными с широким диапазоном скоростей и размеров пакетов данных;

• управление потоком данных и средства обработки ошибок.

Топологияшины – древовидная с одним управляющим контроллером

Host USB и остальными ведомыми устройствами Device USB (рис. 3.12). Вершина топологического дерева – Host USB, остальные уровни-слои содержат концентраторы (hub) и/или устройства Device USB. Соединение устройства Device USB с концентратором – "точка-точка", разветвление шины – только через концентраторы. Максимальное количество слоев – 7, нижний слойсодержит только Device USB. Верхний слой образован Host USB, следующий слой содержит корневой концентратор с несколькими USB портами, к которым могут быть подключены и Device USB, и концентраторы, формирующие следующие слои топологии шины.

Линии связи в интерфейсе USB 4-х проводные: VCC, GND, D+, D-. Данные передаются дифференциальными сигналами по симметричной линии D+, D- с использованиемпотенциального кода NRZI. Временные характеристики дифференциальных сигналов зависят от скорости обмена данными. Амплитуда дифференциальных сигналов не менее 200 мВ с допустимым диапазоном синфазной составляющей 0,8-1,5 В. Общий провод GND и провод питания VCC (5 В) используются для питания устройств, подключенных к шине.



Рис. 3.12.Топология интерфейса USB

Host инициирует все передачи данных. Типовойалгоритм обмена (транзакции) включает передачу трех пакетов. Первый пакет (token packet) посылает Host, в нем определены тип и направление транзакции, адрес Device USB. Адресуемое устройство может принять условия транзакции или отвергнуть. Передача данных определена термином pipe и может быть двух типов: поток и сообщение. Протокол не определяет характер обмена "поток", а задает алгоритм обмена"сообщение".

Для контроля сообщений используется алгоритм CRC, с раздельными контрольными полями для управляющего поля и поля данных. Алгоритм контроля гарантирует обнаружение всех одно- и двукратных ошибок. Разрешается троекратное повторение сообщений при обнаружении ошибок.

Протокол USB описывает средства физического уровня (сигналы, линии связи, разъемы), канального уровня (процедуры управления иконтроля обмена данными) и прикладного уровня (алгоритмы взаимодействия с устройствами, включая инициализацию и "горячее" подключение новых устройств).

В последнее время появились беспроводные средства интерфейса USB с применением радиоканалов.

Микросхемы для реализации USB-интерфейса можно условно разделить на три группы: микроконтроллеры с встроенным USB-модулем, отдельные микросхемыUSB-контроллеров и микросхемы – преобразователи USB- интерфейса в RS-232.

В связи с тем, что в интерфейсе USB реализован достаточно сложный протокол обмена информацией, в устройствах сопряжения с интерфейсом USB необходим микропроцессорный блок, обеспечивающий поддержку всех необходимых функций протокола. Поэтому практически все известные варианты реализации интерфейса USB основаны на...