USB

1. USB Vytvoril: Pavel Novák Preložil a upravil:Michal COPKO

2. Parametre • sériové rozhranie (šírka 1b) • rýchlosť 1.5, 12, 480, 4800 Mbps • Max. vzdialenosť zariadení: 5 m • možnosť napájania z konektora • max. počet zariadení: 127 • podpora plug&play: áno • podpora hotplugging: áno • externá: áno • zdieľané pásmo – viac zariadení = nižšia rýchlosť

3. Konektory Typ A Typ „mini“ Typ B

4. Vývody konektoru

5. Kábel • tienený alebo netienený (pre low-speed, max. dĺžka 3 metre) • dáta sú prenášané krútenou dvojlinkou, napájanie je realizované priamymi káblami • tienenie je pripojené len na strane počítača a nikdy nie na strane koncového zariadenia

6. Typy zariadení • USB host – môžeme si ho predstaviť ako radič, cez ktorý OS komunikuje so zariadeniami na zbernici • USB koncové zariadenie – zariadenia pripojené na zbernicu, ktoré poskytujú svoje prostriedky a pripojenie sa tu končí a ďalej nepokračuje • USB rozbočovač (hub) – obsadí jeden USB port ale vytvára ďalšie plnohodnotné porty bez obmedzení (4 alebo 8), môže byť aktívny (s napájaním) alebo pasívny (bez napájania) • Kombinované zariadenie – plní funkciu rozbočovača ale aj koncového zariadenia (napr. kombo – scanner, fax, tlačiareň)

7. Verzie USB • 1.1 • prenosová rýchlosť max. 12 Mb/s • 2.0 • doplnená rýchlejšia vrstva • prenosová rýchlosť max. 480 Mb/s • 3.0 • Zatiaľ najrýchlejší prenos (august 2008) • Pripravované na rok 2009-2010

8. Definície rýchlosti zariadení • zariadenia môžu byť pripojené za chodu, je potrebné ich rozpoznať a dohodnúť (určiť) rýchlosť pre komunikáciu • zariadenia sa dohodnú prostredníctvom vyslania napätí na dátových vodičoch a sledovania poklesu napätia (najmenší pokles napätia=480Mbps, najväčší pokles napätia=1,5Mbps)

9. Prenos dát • neprenáša sa hodinový signál • kódovanie NRZI (zmena signálu označuje 0, nemenný signál 1) • bit stuffing (ak je za sebou vysielaných šesť 1, automaticky sa vloží medzi ne 0 aby nedošlo k rozsynchronizovaniu) • dátové vodiče prenášajú vzájomne negovaný signál (zníženie vplyvu rušení)

10. Kódovanie • 0 – zmena úrovne napätia1 – ponechanie úrovne napätia • Na začiatku prenosu sa vysiela tzv. sync-byte 00000001

11. Bit Stuffing • príjemca sa synchronizuje podľa dát je nutné zaistiť dostatočný počet zmien za určitý čas • po každých 6-tich jednotkách je vložená nula • príjemca nuly naviac odstraňuje • paket obsahujúci viac ako 6 jedniček za sebou je ignorovaný

12. Napájanie • hub dodáva 4.75 – 5.25 V, max. pokles o 0.35 V • zariadenie môže mať max. odber 100 mA • zariadenie môže požiadať až o 500 mA, ale len ak je takéto zaťaženie možné od zdroja • zariadenie si môže požiadať o presné napájanie • hub napájaný po zbernici je schopný dodávať max. 100 mA / port

13. Architektura • max. 7 hubov, max. 127 zariadení • zariadenia komunikujú len pomocou rootu a nesmú komunikovať medzi sebou priamo

14. Typy prenosov I • Riadiaci (Control) • Tento typ sa používa pre konfiguráciu zariadení najmä hneď po pripojení • Prerušované (Interrupt) • vhodné pro zařízení, která chtějí trvale přenášet málo dat (myš, klávesnice). • Dáta musia byť prenesené do nejakej doby od vzniku požiadavky a s minimálnou garantovanou rýchlosťou prenosu.

15. Typy prenosov II • Hromadný (Bulk) • Požiadavky na prenos dát prichádzajú nepravidelne a väčšinou sa jedná o veľké množstvá dát. • Nejedná sa o časovo kritické operácie – majú nízku prioritu. • Využíva sa ostávajúca maximálna možná kapacita zbernice • vhodné pre zariadenia ako skener, tlačiareň

16. Typy prenosov III • Izochrónne prenosy (Isochronous) • Používa sa pre prenos súvislých dát, ktoré sú generované v reálnom čase, musia byť v reálnom čase prenesené a tiež spracované • Pri použití tohoto typu prenosu sa vyhradí časť prenosovej kapacity. Typickým príkladem je prenos hlasu, kedy sa dáta nemôžu nijako urýchliť ani opozdiť. • Pri tomto type prenosu sa chyby neopravujú.

17. Pripojenie nového zariadenia k USB • Koreňový rozbočovač (root) rozpozná pripojenie nového zariadenia –tento fakt preruší činnosť OS (opakovane sa testuje, či bolo pripojené nejaké zariadenie). • OS rozpozná, o aké zariadenie ide a akú šírku pásma bude potrebovať. • Ak je šírka pásma, ktorú zariadenie požaduje, je k dispozícii, pridelí OS tomuto novopripojenému zariadeniu jednoznačnú adresu (1 – 127). • Túto adresu a ďalšie informácie OS vloží do konfiguračných registrov pripojeného zariadenia.

18. Adresovanie zariadení na zbernici USB • Koreňový rozbočovač komunikuje s procesorom cez systémovú zbernicu (FSB). • Koreňový rozbočovač komunikuje tiež súčasne so všetkými pripojenými zariadeniami. • Každé zariadenie na zbernici USB má jednoznačnú 7 bitovú adresu. Tá to adresa je lokálna v strome USB a nemá žiadny vzťah k adrese, s ktorou sa pracuje na zbernici počítača. • Po zapnutí zariadenia USB alebo jeho pripojení na USB má toto zariadenia adresu 0. Rozbočovač rozpozná, že bolo pripojené nové zariadenie a túto informáciu si uchová.

19. Počítač sa periodicky pýta jednotlivých rozbočovačov na ich stav. Takto rozpozná, či bolo pridané ďalšie zariadenie. • Ak sa počítač dozvie o novom zariadení vykoná toto: • resetuje zariadenia • opýta sa zariadenia na jeho údaje • nakonfiguruje zariadenie • pridelí zariadeniu jednoznačnú adresu (1-127) • tieto údaje uloží do tabuľky zariadení • Po vykonaní týchto činností je zariadenie pripojené. • Odpojenie zariadenia – počítač vymaže údaje o zariadení zo svojich konfiguračných tabuliek.

20. Štruktúra dát • Štruktúra paketu: • synchronizačný byte: 0000 0001 • PID – packet ID • špecifické informácie z paketu (adresy, dáta a pod.) • CRC – kontrola správnosti prenosu (16 bitov pre dátové pakety, 5 bitov pre ostatné) • koniec paketu

21. PID • identifikátor paketu (packet identifier - PID) – 4 bity určujú jeden zo 16 typov paketu • PID obsahuje 4 bity, vysielané 2x (priama hodnota, potom negovaná) čo umožňuje kontrolu správneho príjmu PID.

22. Typy USB paketov • Po synchronizácii sa po D+ a D- vodičoch prenášajú 8 bitové pakety od LSB po MSB • Handshake pakety – posielajú sa v nich riadiace správy (potvrdzovanie prijatia, zamietnutie prijatia, ...) • Token pakety – definujú typ prenosu (začiatok dátového prenosu, k hostiteľovi, od hostiteľa, začiatok riadiaceho prenosu) • Dátové pakety – samotné dáta • Preambulové pakety – prepínanie rýchlosti na zbernici

23. Riadiace pakety • označované ako token pakety • slúžia pre riadenie prenosu dát po USB kanáli • časti token paketu: • ADDR – adresa zariadenia • ENDP – koncový bod (adresa dátového kanála pre dané zariadenie – jedno zariadenie môže nadviazať viac kanálov) • CRC – Cyclic Redundancy Check (2 slabiky cyklické kontroly),

24. Dátové pakety • Datový paket nenesie adresu zariadenia ani koncového bodu. • Tieto adresy sa vysielajú v riadiacich paketoch pred dátovým prenosom.

25. USB OTG (On-the-Go) • Pri prepojovaní dvoch USB zariadení bez pomoci počítača nebolo do nedávnej minulosti možné takýto prenos uskutočniť • Technológie USB OTG zavádza nové štandardy pre takúto komunikáciu • Rieši tento problém jednak z hľadiska napájania (jedno zariadenie zabezpečuje napájanie pre druhé) aj z hľadiska prenosu (jedno zariadenie je master-riadi komunikáciu a druhé je slave)

26. Wireless USB • Máj 12, 2005 (rev. 1) • Zámer: zachovať všetky pozitíva Wired USB = klasicé USB – CUSB (užívateľská jednoduchosť, flexibilita, softvérová kompatibilita, prenosová rýchlosť a bezpečnosť) ale odstrániť káble a rôzne konektory • Rozšírenie aplikácií z oblasti PC do segmentu spotrebnej elektroniky a mobilných aplikácií a inde.

27. Vlastnosti WUSB • Softvérová kompatibilita s klasickým USB • Šírka pásma 480Mb/s na 3m. S rastúcou vzdialenosťou klesá • Škálovateľnosť – možnosť využiť súčasne viacero kanálov a tak zvýšiť šírku pásma až nad 1Gb/s • Rozšírený manažment napájania • Bezpečnosť – kryptovanie dát • Jednoduchosť použitia WUSB huby