Інтерфейс usb: опис і основи пристроїв сполучення. Контролери для usb

Відео: Лекція 308. Шина I2C

Інтерфейс USB (Universal Serial Bus - Універсальний Послідовний інтерфейс) призначений для підключення периферійних пристроїв до персонального комп`ютера. Дозволяє проводити обмін інформацією з периферійними пристроями на трьох швидкостях (специфікація USB 2.0):

  • Низька швидкість (Low Speed ​​- LS) - 1,5 Мбіт / с;
  • Повна швидкість (Full Speed ​​- FS) - 12 Мбіт / с;
  • Висока швидкість (High Speed ​​- HS) - 480 Мбіт / с

Для підключення периферійних пристроїв використовується 4-жильний кабель: харчування +5 В, сигнальні дроти D + і D-, загальний провід. Інтерфейс USB з`єднує між собою хост (Host) і пристрої. Хост знаходиться всередині персонального комп`ютера і управляє роботою всього інтерфейсу. Для того, щоб до одного порту USB можна було підключати більше одного пристрою, застосовуються хаби (Hub - пристрій, що забезпечує підключення до інтерфейсу інших пристроїв). кореневої хаб (Root hub) знаходиться всередині комп`ютера і підключений безпосередньо до хосту. В інтерфейсі USB використовується спеціальний термін "функція"- це логічно закінчений пристроїв, яка виконує будь-які специфічну функцію. Топологія інтерфейсу USB являє собою набір з 7 рівнів (tier): на першому рівні знаходиться хост і кореневої хаб, а на останньому - тільки функції. Пристрій, до складу якого входить хаб і одна або декілька функцій, називається складовим (Compaund device). Порт хаба або функції, що підключається до хабу вищого рівня, називається висхідним портом (upstream port), а порт хаба, що підключається до хабу нижчого рівня або до функції називається низхідним портом (downstream port). Всі передачі даних по інтерфейсу ініціюються хостом. Дані передаються у вигляді пакетів. В інтерфейсі USB використовується кілька різновидів пакетів:

  • пакет-ознака (Token paket) описує тип і напрям передачі даних, адреса пристрою і порядковий номер кінцевої точки (КТ - адресується частина USB-пристрої) - пакет-ознаки бувають декількох типів: IN, OUT, SOF, SETUP;
  • пакет з даними (Data packet) містить дані, що передаються;
  • пакет узгодження (Handshake packet) призначений для повідомлення про результати пересилання даних-пакети узгодження бувають декількох типів: ACK, NAK, STALL.

інтерфейс USB

Таким чином кожна транзакція складається з трьох фаз: фаза передачі пакета-ознаки, фаза передачі даних і фаза узгодження

В інтерфейсі USB використовуються кілька типів пересилань інформації.

  • керуюча пересилання (Control transfer) використовується для конфігурації пристрою, а також для інших специфічних для конкретного пристрою цілей
  • Передача потокового пересилання (Bulk transfer) використовується для передачі відносно великого обсягу інформації.
  • Пересилання з перериванням (Iterrupt transfer) використовується для передачі відносно невеликого обсягу інформації, для якого важлива своєчасна його пересилання. Має обмежену тривалість і підвищений пріоритет щодо інших типів пересилань
  • ізохронна пересилання (Isochronous transfer) також називається потокової пересиланням реального часу. Інформація, передана в такого пересилання, вимагає реального масштабу часу при її створенні, пересилання і прийомі.

потокові пересилання характеризуються гарантованої безпомилкової передачею даних між хостом і функцією за допомогою виявлення помилок при передачі і повторного запиту інформації. Коли хост стає готовим приймати дані від функції, він у фазі передачі пакета-ознаки посилає функції IN-пакет. У відповідь на це функція в фазі передачі даних передає хосту пакет з даними або, якщо вона не може зробити цього, передає NAK- або STALL-пакет. NAK-пакет повідомляє про тимчасову неготовність функції передавати дані, а STALL-пакет повідомляє про необхідність втручання хоста. Якщо хост успішно отримав дані, то він у фазі узгодження посилає функції ACK-пакет. В іншому випадку транзакція завершується.

Відео: USB реле, кероване через інтернет




Коли хост стає готовим передавати дані, він посилає функції OUT-пакет, супроводжуваний пакетом з даними. Якщо функція успішно отримала дані, він відсилає хосту ACK-пакет, в іншому випадку відсилається NAK- або STALL-пакет.

керуючі пересилання містять не менше двох стадій: Setup-стадія і статусна стадія. Між ними може також розташовуватися стадія передачі даних. Setup-стадія використовується для виконання SETUP-транзакції, в процесі якої пересилається інформація в керуючу КТ функції. SETUP-транзакція містить SETUP-пакет, пакет з даними і пакет узгодження. Якщо пакет з даними отримано функцією успішно, то вона відсилає хосту ACK-пакет. В іншому випадку транзакція завершується.

В стадії передачі даних керуючі пересилання містять одну або кілька IN- або OUT-транзакцій, принцип передачі яких такий же, як і в потокових пересиланнях. Всі транзакції в стадії передачі даних повинні проводитися в одному напрямку.




В статусної стадії проводиться остання транзакція, яка використовує ті ж принципи, що і в потокових пересиланнях. Напрямок цієї транзакції протилежно тому, яке використовувалося в стадії передачі даних. Статусна стадія служить для повідомлення про результат виконання SETUP-стадії і стадії передачі даних. Статусна інформація завжди передається від функції до хоста. При керуючої записи (Control Write Transfer) статусна інформація передається в фазі передачі даних статусної стадії транзакції. При керуючому читанні (Control Read Transfer) статусна інформація повертається у фазі узгодженні статусної стадії транзакції, після того як хост відправить пакет даних нульової довжини в попередній фазі передачі даних

Пересилання з перериванням можуть містити IN- або OUT-пересилання. При отриманні IN-пакета функція може повернути пакет з даними, NAK-пакет або STALL-пакет. Якщо у функції немає інформації, для якої потрібно переривання, то в фазі передачі даних функція повертає NAK-пакет. Якщо робота КТ з перериванням припинена, то функція повертає STALL-пакет. При необхідності переривання функція повертає необхідну інформацію в фазі передачі даних. Якщо хост успішно отримав дані, то він посилає ACK-пакет. В іншому випадку узгоджувальний пакет хостом не посилати

Ізохронні транзакції містять фазу передачі ознаки і фазу передачі даних, але не мають фази узгодження. Хост відсилає IN- або OUT-ознака, після чого в фазі передачі даних КТ (для IN-ознаки) або хост (для OUT-ознаки) пересилає дані. Ізохронні транзакції не підтримують фазу узгодження і повторні посилки даних у разі виникнення помилок.

У зв`язку з тим, що в інтерфейсі USB реалізований складний протокол обміну інформацією, в пристрої сполучення з інтерфейсом USB необхідний мікропроцесорний блок, що забезпечує підтримку протоколу. Тому основним варіантом при розробці пристрою сполучення є застосування мікроконтролера, який буде забезпечувати підтримку протоколу обміну. В даний час всі основні виробники мікроконтролерів випускають продукцію, що має в своєму складі блок USB.

Фірма виробник

Найменування

опис

AtmelAT43301Контролер LS / FS-хаба 1-4 із загальним управлінням харчуванням низхідних портів
AT43312AКонтролер LS / FS-хаба 1-4 з індивідуальним управлінням харчуванням низхідних портів.
AT43320AМікроконтролер на ядрі AVR. Має вбудовані USB-функцію і хаб з 4 зовнішніми спадними портами, що працюють в LS / FS-режимах, 512 байт ОЗУ, 32х8 регістрів загального призначення, 32 програмованих виведення, послідовний і SPI-інтерфейси. Функція має 3 КТ з буферами FIFO розміром 8 байт. Для тих, які сходять портів хаба передбачено індивідуальне управління живленням.
AT43321Контролер клавіатури на ядрі AVR. Має вбудовані USB-функцію і хаб з 4 зовнішніми спадними портами, що працюють в LS / FS-режимах, 512 байт ОЗУ, 16 кбайт ПЗУ, 32х8 регістрів загального призначення, 20 програмованих виведення, послідовний і SPI-інтерфейси. Функція має 3 КТ. Для тих, які сходять портів хаба передбачено індивідуальне управління живленням.
AT43324Мікроконтролер на ядрі AVR. Має вбудовані USB-функцію і хаб з 2 зовнішніми спадними портами, що працюють в LS / FS-режимах, 512 байт ОЗУ, 16 кбайт ПЗУ, 32х8 регістрів загального призначення, 34 програмованих виведення. Клавіатурна матриця може мати розмір 18х8. Контролер має 4 виходи для підключення світлодіодів. Функція має 3 КТ. Для тих, які сходять портів хаба передбачено індивідуальне управління живленням.
AT43355Мікроконтролер на ядрі AVR. Має вбудовані USB-функцію і хаб з 2 зовнішніми спадними портами, що працюють в LS / FS-режимах, 1 кбайт ОЗУ, 24 кбайт ПЗУ, 32х8 регістрів загального призначення, 27 програмованих висновків, послідовний і SPI-інтерфейси, 12-канальний 10-розрядний АЦП. Функція має 1 управлющую КТ і 3 програмованих КТ з буферами FIFO розміром 64/64/8 байт.

Fairchild Semiconductor

Відео: MIDI to USB

USB100Контролер маніпуляторів (миша, трекбол, джойстик). Підтримує 2D / 3D-миша, джойстик з трьома потенціометрами, маніпулятор з 16 кнопками.
Intel8x931AxМікроконтролер з архітектурою MSC-51. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS / FS-режимах, 256 байт ОЗУ, 0/8 кбайт ПЗУ, 8х4 регістра загального призначення, 32 програмованих виведення, послідовний інтерфейс, інтерфейс управління клавіатурою. Функція має 3 КТ з буферами FIFO розміром 8/16/8 байт
8x931HxМікроконтролер з архітектурою MSC-51. Має вбудовану USB-функцію і хаб з 4 зовнішніми спадними портами, що працюють в LS / FS-режимах, 256 байт ОЗУ, 0/8 кбайт ПЗУ, 8х4 регістра загального призначення, 32программіруемих виведення, послідовний інтерфейс, інтерфейс управління клавіатурою. Функція має 3 КТ з буферами FIFO розміром 8/16/8 байт.
8x930AxМікроконтролер з архітектурою MSC-251. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS / FS-режимах, 1024 байта ОЗУ, 0/8/16 кбайт ПЗУ, 40 регістрів загального призначення, 32 програмованих виведення, послідовний інтерфейс. Функція має 4 (6) КТ з буферами FIFO розміром 16/1024 (256) / 16 (32) / 16 (32) / (32) / (16) байт.
8x930HxМікроконтролер з архітектурою MSC-251. Має вбудовану USB-функцію і хаб з 4 зовнішніми спадними портами, що працюють в LS / FS-режимах, 1024 байта ОЗУ, 0/8/16 кбайт ПЗУ, 40 регістрів загального призначення, 32 програмованих виведення, послідовний інтерфейс. Функція має 4 КТ з буферами FIFO розміром 16/1024/16/16 байт.
MicrochipPIC16C745Мікроконтролер з архітектурою PIC. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS-режимі, 256 байт ОЗУ, 14336 байт ПЗУ, 22 програмованих виведення, послідовний інтерфейс, 5-канальний 8-бітний АЦП.
PIC16C765Мікроконтролер з архітектурою PIC. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS-режимі, 256 байт ОЗУ, 14336 байт ПЗУ, 33 програмованих виведення, послідовний інтерфейс, 8-канальний 8-бітний АЦП.
PIC18F2450Мікроконтролер з архітектурою PIC. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS / FS-режимі, 1536 байт ОЗУ, 16384 байт ПЗУ, 19 програмованих висновків, послідовний і SPI-інтерфейси, 5-канальний 10-бітний АЦП. Функція має 8 КТ
PIC18F2550Мікроконтролер з архітектурою PIC. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS / FS-режимі, 1536 байт ОЗУ, 32768 байт ПЗУ, 19 програмованих висновків, послідовний, CAN- і SPI-інтерфейси, 5-канальний 10-бітний АЦП. Функція має 8 КТ.
PIC18F4450Мікроконтролер з архітектурою PIC. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS / FS-режимі, 1536 байт ОЗУ, 16384 байт ПЗУ, 34 програмованих виведення, послідовний, CAN- і SPI-інтерфейси, 8-канальний 10-бітний АЦП. Функція має 8 КТ.
PIC18F4550Мікроконтролер з архітектурою PIC. Має вбудовану USB-функцію, що працює в LS / FS-режимі, 1536 байт ОЗУ, 32768 байт ПЗУ, 34 програмованих виведення, послідовний, CAN- і SPI-інтерфейси, 8-канальний 10-бітний АЦП. Функція має 8 КТ.

Texas Instruments

TUSB2036Контролер LS / FS-хаба 1-3 з індивідуальним управлінням харчуванням низхідних портів
Поділися в соціальних мережах:

Схожі
Основні шини комп`ютераОсновні шини комп`ютера
Gps speedGps speed
Комп`ютерні шини - питання і відповідіКомп`ютерні шини - питання і відповіді
Hd speedHd speed
Hud aнтірадарHud aнтірадар
Комп`ютерні мережі. Обжимка кабелів, налагодження підключень і загальний доступ до інтернетуКомп`ютерні мережі. Обжимка кабелів, налагодження підключень і загальний доступ до інтернету
Need for speed shiftNeed for speed shift
Білайн пропонує швидкість до 100 мбіт / с.Білайн пропонує швидкість до 100 мбіт / с.
Що є що? Розшифровуємо скороченняЩо є що? Розшифровуємо скорочення
Види usb роз`ємівВиди usb роз`ємів
» » Інтерфейс usb: опис і основи пристроїв сполучення. Контролери для usb