Стандарты и спецификации USB

8. Исходя из полученной информации, хост конфигурирует все имеющиеся конечные точки данного устройства, которое переводится в состояние Configured (сконфигу- рировано). Теперь хаб позволяет устройству потреблять от шины полный ток, заявленный в конфигурации. Устройство готово.  

     Когда устройство отключается от шины, хаб  уведомляет об этом хост и работа порта  запрещается, а хост обновляет свою текущую топологическую информацию. 

Устройства USB - функции и хабы 

     Возможности шины USB позволяют использовать ее для подключения разнообразных устройств. Не касаясь "полезных" свойств ПУ, остановимся на их интерфейсной части, связанной с шиной USB. Все устройства должны поддерживать набор общих операций, перечисленных ниже.  

     Динамическое  подключение и отключение. Эти  события отслеживаются хабом, который сообщает о них хост-контроллеру и выполняет сброс подключенного устройства. Устройство после сигнала сброса должно отзываться на нулевой адрес, при этом оно не сконфигурировано и не приостановлено. После назначения адреса, за которое отвечает хост-контроллер, устройство должно отзываться только на свой уникальный адрес.  

     Конфигурирование  устройств, выполняемое хостом, является необходимым для их использования. Для конфигурирования обычно используется информация, считанная из самого устройства. Устройство может иметь множество интерфейсов, каждому из которых соответствует собственная конечная точка, представляющая хосту функцию устройства. Интерфейс в конфигурации может иметь альтернативные наборы характеристик; смена наборов поддерживается про- токолом. Для поддержки адаптивных драйверов дескрипторы устройств и интерфейсов имеют поля класса, подкласса и протокола.  

     Передача  данных возможна посредством одного из четырех типов передач (см. выше). Для конечных точек, допускающих разные типы передач, после конфигурирования доступен только один из них.  

     Управление  энергопотреблением является весьма развитой функцией USB. Для устройств, питающихся от шины, мощность ограничена. Любое  устройство при подключении не должно потреблять от шины ток, превышающий 100 мА. Рабочий ток (не более 500 мА) заявляется в конфигурации, и если хаб не сможет обеспечить устройству заявленный ток, оно не конфигурируется и, следовательно, не может быть использовано.  

     Устройство USB должно поддерживать приостановку (Suspended Mode), в котором его потребляемый ток не превышает 500 мкА. Устройство должно автоматически приос- танавливаться при прекращении активности шины.  

     Возможность удаленного пробуждения (Remote Wakeup) позволяет  приостановленному устройству подать сигнал хост- компьютеру, который тоже может находиться в приостановленном состоянии. Возможность удаленного пробуждения описывается в конфигурации устройства. При конфигурировании эта функция может быть запрещена.  

     Хаб в USB выполняет коммутацию сигналов и выдачу питающего напряжения, а также отслеживает состояние подключенных к нему устройств, уведомляя хост об изменениях. Хаб состоит из двух частей - контроллера (Hub Controller) и повторителя (Hub Repeater). Повторитель представляет собой управляемый ключ, соединяющий выходной порт со входным. Он имеет средства поддержки сброса и приостановки передачи сигналов. Контроллер содержит регистры для взаимодействия с хостом. Доступ к регистрам осуществляется по специфическим командам обращения к хабу. Команды позволяют конфигурировать хаб, управлять нисходящими портами и наблюдать их состояние.  

Нисходящие (Downstream) порты хабов могут находиться в следующих состояниях:  

• Powered ((питание отключено) - на порт не подается питание (возможно только для хабов, коммутирующих питание). Выходные буферы переводятся в высокоимпе- дансное состояние, входные сигналы игнорируются.

 

• Disconnected (отсоединен) - порт не передает сигналы  ни в одном направлении, но способен обнаружить подключение устройства (по отсутствию состояния SEO в течение 2,5 мкс). Тогда порт переходит в состояние Disabled, а по уровням входных сигналов {DiffO или Diff1 в состоянии Idle) он определяет скорость подключенного устройства.

 

• Disabled (запрещен) - порт передает только сигнал сброса (по команде от контроллера), сигналы от порта (кроме обнаружения отключения) не воспринимаются. По обнаружении отключения (2,5 мкс состояния SEO) порт переходит в состояние Disconnect, а если отключение обнаружено "спящим" хабом, контроллеру будет послан сигнал Resume.

 

• Enabled (разрешен) - порт передает сигналы в обоих направлениях. По команде контроллера или по обнаружении ошибки кадра порт переходит в состояние Disabled, а по обнаружении отключения - в состояние Disconnect.

 

• Suspended (приостановлен) - порт передает сигнал перевода в состояние останова ("спящий" режим). Если хаб находится в активном состоянии, сигналы через порт не пропускаются ни в одном направлении. Однако "спящий" хаб воспринимает сигналы смены состояния незапрещенных портов, подавая "пробуждающие" сигналы от активизировавшегося устройства даже через цепочку "спящих" хабов.

 

   Состояние каждого порта идентифицируется контроллером хаба с помощью отдельных  регистров. Имеется общий регистр, биты которого отражают факт изменения  состояния каждого порта (фиксируемый во время EOF). Это позволяет хост-контроллеру быстро узнать состояние хаба, а в случае обнаружения изменений специальными транзакциями уточнить состояние. 

Хост-контроллер 

Хост-компьютер  общается с устройствами через контроллер. Хост имеет следующие обязанности:  

• обнаружение подключения и отсоединения устройств USB;

 

• манипулирование потоком управления между устройствами и хостом;

 

• управление  потоками данных;

 

• сбор статистики;

 

• обеспечение энергосбережения подключенными ПУ.

 

Системное ПО контроллера управляет взаимодействием  между устройствами и их ПО, функционирующим  на хост-компьютере, для согласования:  

• нумерации и конфигурации устройств;

 

• изохронных  передач данных;

 

• асинхронных передач данных;

 

• управления  энергопотреблением;

 

• информации  об управлении устройствами и шиной.

 

  По возможности  ПО USB использует существующее системное  ПО хост-компьютера - например, Advanced Power Management для управления энергопотреблением. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список использованной литературы 

1. USB Implementers Forum. http://www.usb.org/developers/docs/
2. http://cxem.net/comp/comp56.php
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/USB

Дополнение

 

Сравнительная характеристика версий спецификации USB 

1. Даты публикации стандартов USB

 

 

2. Low-Speed, Full-Speed, High-Speed и SuperSpeed — различия

 

   Для протокола  USB предусмотрены четыре типа скоростей передачи данных, которые не следует путать с четырьмя версиями самого протокола. В каждой последующей версии стандарта USB вводилась новая скорость передачи данных при поддержке всех предыдущих. В таблице перечислены типы скоростей, поддерживаемые четырьмя версиями протокола USB. 

   

 

   В таблице  показаны максимальные значения четырех типов скоростей. 

   

 
 

3. Максимальная  длина кабеля

4. Питание

 

  Стандарт USB 3.0 позволяет работать с устройствами повышенной мощности. В таблице показана максимальная сила тока на порт в миллиамперах. 

 

5. Типы коннекторов  и приемников

 

  Существует  несколько типов коннекторов  и приемников USB 3.0: 

  • коннектор  и приемник Standard-A;

  • коннектор  и приемник Standard-B;

  • коннектор  и приемник Powered-B (впервые появились в стандарте USB 3.0);

  • приемник Micro-AB;

  • коннектор Micro-A;

  • коннектор  и приемник Micro-B. 

  Матрица в таблице показывает, какие типы коннекторов USB 2.0 и USB 3.0 совместимы с приемниками USB 2.0 и USB 3.0. Стоит учитывать, что согласно таблице 5.1 спецификаций USB 3.0, единственный коннектор USB 3.0, совместимый с приемником USB 2.0, — это Standard-A.