USB

1. USB โดย นาย กิตติพงศ์ เอกไชย 43650035 นางสาว เบญจา บุญเอื้อ 43650167 นางสาว สุดารัตน์ วาจาพัฒนา 43650332 วิชา 204521 Digital System Architecture

2. ประวัติของ USB (Universal Serial Bus) (1) • Universal Serial Busถูกผลิตขึ้นเมื่อปี 1995 โดยบริษัทชั้นนำเช่น Compaq, Hewlett Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC และ Philip • จุดประสงค์เพื่อทำการพัฒนาช่องทางการส่งข้อมูลให้กับคอมพิวเตอร์ไปยัง PC ให้ง่ายเหมือนกับการที่ เราสามารถใช้โทรศัพท์ได้โดยเพียงการใช้ปลั๊กสายโทรศัพท์ต่อเข้ากับเต้าเสียบที่ติดกับฝาผนัง • ใช้งานง่าย และมีราคาถูก • ความเร็วสูงกว่า 100 เท่าเมื่อเทียบกับ serial port • สนับสนุนการเชื่อมต่ออุปกรณ์หลายๆ ตัว เช่น printer scanner

3. System Resources Used by Legacy Pheripheral Devices

4. ข้อดีและประโยชน์ของการใช้ USB • ง่ายต่อการติดตั้ง • ไม่ต้องคำนึงถึงการ conflict ของ resource • สามารถตรวจสอบอุปกรณ์อย่างอัตโนมัติ • Plug and play support • hot attachment

5. Table 2-1 Application,Relative Performance Required and Desired Attributes

6. Various Solutions with Relative Performance and Complexity

7. USB System Implement in a PCI-based Platform

8. The primary hardware and software in USB • USB Hardware • USB Host Controller/Root Hub • USB Hubs • USB Devices • -USB Software • USB Device Drivers • USB Driver • Host Controller Driver

9. Communication Flow in a USB System

10. USB Device Drivers - issue request to USB driver via IO Request Packets ( IRPs ) - supplying a memory buffer USB Driver - know the charateristics of USB and how to communicate - organize the request into individual transaction USB Host Controller Driver • - schedule transactions to be broadcast over USB • build a series of transaction list (one list or frame execute at 1ms) • Each 1 ms frame begin with a start of frame (SOF)

11. The Host Controller • Generate the transactions which includes this information • USB Device Address • Type of Transfer • Direction of Transfer • Address of Device Driver’s Memory Buffer Write Read data from a memory buffer -> delivered to the target device Parallel to serial conversion on data -> creates USB transaction -> Forward to root hub to send over the bus USB Host Controller/Root Hub Read

12. Read Build read transaction -> send to root hub -> hub transmit over USB -> target recognize -> send back data to root hub -> Root hub forward data to host controller -> host controller Convert serial to parallel and transfer data to the device driver’s Memory buffer.

13. The root hub • Provide the connection points for USB devices and this operations • Control power to its USB ports • Enables and disable ports • recognizes devices attached to each ports • sets and report status events • Root hub consists of • A hub controller • repeater

14. Block Diagram of Major Root hub Functions

15. USB Hub Types

16. Primary hub Functions

17. Hub Repeater

18. Communication Flow • USB Client • USB Driver • Host Controller Driver • Host Controller • Hub • Device

19. USB Driver • Provides interface and services for client software drivers, allocate bus bandwidth, and manages configuration process

20. Host Controller Driver • Controls operation of the host controller, schedules transactions and monitors completion status of transactions

21. Communication Flow

22. Transfers Transfer type • Isochronous Transfers • Bulk Transfers • Interrupt Transfers • Control Transfer

23. Frames • USB communication is based on transferring data at regular (1ms) intervals call “Frames” • Each USB device requires a portion of the USB bandwidth be allocated during these 1ms frames

24. Frame Example

25. Device Framework • USB Bus Interface Layerrepresent the actual transfer of data across the USB cable between the host system and USB device • USB Device Layerrepresent the portion of USB that comprehends the actual USB communication mechanism and the nature of transfers required by USB functional device. • Function Layerrepresents the relationship between client software and a given device’s functional interface

26. Device Framework

27. ประวัติของ USB (Universal Serial Bus) (2) • USB 1.1 รุ่นที่ใช้กันแพร่หลาย • USB 2.0 รุ่นล่าสุดที่คาดว่าจะเป็นที่นิยมแพร่หลายในอนาคต

28. การเชื่อมต่อของ USB รุ่น 1.1 • บทบาทของ system software • ทำหน้าที่กำหนดมุมมองของ IO system ให้กับ แอปพลิเคชั่นต่างๆ โดยทำการปกปิดรายละเอียดเกี่ยวกับการติดต่อกับฮาร์ดแวร์ • การ ติดต่อกับ USB แล้วจะเป็นไปในรูปแบบของการค้นพบอุปกรณ์ USB ที่ต่อด้วยแบบอัตโนมัติ เพื่อทำการ load เอา device driver ที่เหมาะสมมาใช้

29. การเชื่อมต่อของ USB รุ่น 1.1 • บทบาทของ hub • ทำให้เกิดการเชื่อมต่อของ อุปกรณ์ USB • hub ยังทำหน้าที่ในการจ่าย กระแสไฟให้กับอุปกรณ์ที่ต่ออยู่กับมันอีกดโดยจะจ่ายกระแสไฟให้อย่างน้อย 0.5 W ต่ออุปกรณ์ USB 1ตัว ภายใต้การควบคุมของHost PC software , hub สามารถทำการจ่ายกระแสได้ มากถึง 2.5 W • การทำงาน hub ซึ่งทำหน้าที่เป็น Bi-Directional Repeater จะทำการส่ง USB signal ไปยังทิศทางที่ต้องการ เช่น จาก host ไปอุปกรณ์ และ จากอุปกรณ์ ไป host • hub สามารถ ใช้ได้กับ การส่ง แบบ full speed ซึ่งเท่ากับ 12 Mbs และ lowspeed เท่ากับ 1.5 Mbs

30. การเชื่อมต่อของ USB รุ่น 1.1 • บทบาทของอุปกรณ์ แบบ USB • ทำหน้าที่ในการรับใช้ host PC โดยทำการส่ง ข้อมูลและ รับข้อมูลจาก host PC เมื่อมีการร้องขอ โดยการส่งข้อมูล จะทำให้อยู่ในรูปแบบ USB Data , อุปกรณ์ USB 1.1 ทำงานในการรับส่งข้อมูลที่ อัตรา 12 Mb/s หรือที่ 1.5 Mb/s

31. การเชื่อมต่อใน USB 2.0 • บทบาทของ system software • บทบาทยังคงเหมือนกับที่มีใน USB 1.1 แต่หาก system software ค้นพบว่าอุปกรณ์ดังกล่างเป็นอุปกรณ์แบบ USB 2.0 มันก็ควรจะให้ประสิทธิภาพที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ดังกล่าว เป็นแบบ USB 2.0 ซึ่งก็คือสามารถถ่ายโอนข้อมูลได้เร็วขึ้น

32. การเชื่อมต่อใน USB 2.0 • บทบาทของ USB 2.0 hub • สามารถรับ high speed ที่ส่งถึงมันและทำการส่งต่อให้กับ อุปกรณ์ USB 2.0 และ อุปการณ์ USB 1.0 โดยอัตราการส่ง นี้ทำให้อุปกรณ์ hub มีความซับซ้อนมากขึ้น และ ต้องมี buffer เพื่อใช้เป็นที่เก็บ ชั่วคราวให้กับ ข้อมูลที่ส่งเข้ามาแบบ high speed • ตัวอย่างง่ายๆ ของการเชื่อมต่อ กับ อุปกรณ์ USB 2.0 , hub แบบ USB 2.0 เพียงทำการทบทวนสัญญาณ high speed สำหรับอุปกรณ์ USB 2.0 แต่ในการเชื่อมต่อกับ อุปกรณ์ USB 1.1 , hub USB 2.0 มีกลไกสนับสนุน เรื่องของการจัดให้ อัตราการส่ง ไปยังอุปกรณ์มีค่าเหมาะสมกับประเภทของอุปกรณ์นั้น นั้นหมายความว่า hub จัดการกับแปลงข้อมูลที่รับมาจาก host ในอัตรา high speed ให้เหลือเป็น low speedแล้วทำการส่งต่อให้อุปกรณ์สำหรับอุปกรณ์ ที่เป็น USB 1.1

33. การเชื่อมต่อใน USB 2.0 • บทบาทของอุปกรณ์ แบบ USB • อุปกรณ์ในปัจจุบันบางชนิดไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนไปให้เป็นแบบ USB 2.0 เช่น อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับการติดต่อกับ มนุษย์ อย่างเช่น เมาส์ , คีย์บอร์ด , จอยสติก ซึ่งไม่มีความจำเป็นต้องใช้เป็น แบบ USB 2.0 เป็นแค่ USB 1.1 ก็เพียงพอแล้ว แต่ในอุปกรณ์บางชนิด เช่น วีดิโอ คอนเฟอเร็นซ์ ต้องการ ความเร็วในการรับส่งสูงเป็นต้น

34. ตารางเปรียบเทียบ USB กับ เทคโนโลยีอื่น

35. The End.