додати матеріал


Система USB

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ВСТУП

USB (Universal Serial Bus - універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури РС, орієнтованим на інтеграцію з телефонією і пристроями побутової електроніки. Специфікація USB 1.0 була опублікована в січні 1996.

Архітектура USB визначалася наступними критеріями:

° Легко реалізоване розширення периферії РС

° Дешеве рішення, що підтримує швидкість передачі до 12 Мбіт / с.

° Повна підтримка в реальному часі передачі аудіо і стислих відео даних.

° Гнучкість протоколу для змішаної передачі ізоморфних даних і асинхронних повідомлень

° Інтеграція в технологію пристроїв, що випускаються.

° Доступність в РС всіх конфігурацій і розмірів.

° Відкриття нових класів пристроїв, що розширюють РС.

З точки зору користувача привабливі такі риси USB:

° Простота кабельної системи підключень.

° Ізоляція подробиць електричних підключень від користувача.

° самоідентифікується периферія, автоматична зв'язок пристроїв з драйверами і конфігурація.

° Можливість динамічного підключення і реконфигурирования периферії.

СТРУКТУРА І ВЗАЄМОДІЯ СИСТЕМИ USB

USB забезпечує обмін даними між хост-комп'ютером і безліччю одночасно доступних периферійних пристроїв. Розподіл пропускної здатності шини між підключеними пристроями планується хостом і реалізується ним за допомогою посилки маркерів. Шина дозволяє підключати, конфігурувати, використовувати і відключати пристрої під час роботи хоста і самих пристроїв - динамічне ("гаряче") підключення і відключення.

° Прилади (Device) USB можуть бути хабами, "функціями" або їх комбінацією.

° Хаб (Hub) забезпечує додаткові точки підключення пристроїв до шини.

° "Функції" (Function) USB надають системі додаткові можливості - наприклад підключення до ISDN, цифровий джойстик. акустичні колонки з цифровим інтерфейсом і т.д.

Пристрій USB повинно мати інтерфейс USB, що забезпечує підтримку протоколу USB, виконання стандартних операцій (конфігурація і скидання) і стандартне подання інформації, яка описує пристрій. Багато пристроїв, що підключаються до USB, мають у своєму складі і "функції" та хаби.

Роботою всієї системи USB управляє хост-контролер. є програмно-апаратної підсистемою хост-комп'ютера.

Фізичне з'єднання пристроїв здійснюється по топології багатоярусної зірки. Центром кожної зірки є хаб, кожен кабельний сегмент з'єднує дві точки - хаб з іншим хабом або хаб з функцією. У системі USB є тільки один хост-контролер, розташований у вершині піраміди пристроїв та хабів USB. Хост-контролер інтегрується з кореневим хабом (root hub), що забезпечує одну або кілька точок підключення - портів. Контролер USB, що входить до складу чіпсетів багатьох сучасних системних плат зазвичай має двопортовий хаб.

Логічно пристрій підключеної до будь-якого хабу і сконфигурированное може розглядатися як підключений безпосередньо до хост-контролера.

"Функції" являють собою пристрої USB, здатний приймати або передавати дані або керуючу інформацію по шині. Фізично в одному корпусі може бути кілька "функцій" з вбудованим хабом забезпечує їх підключення до одного порту

Кожна "функція" надає конфігураційну інформацію, що описує його можливості і вимоги до ресурсів. Перед використанням функція повинна бути налаштована хостом - їй повинна бути виділена смуга в каналі обрані специфічні опції конфігурації.

Хаб - ключовий елемент системи Plug-and-Play в архітектурі USB. Хаб є кабельним концентратором, точки підключення називаються портами хаба. Кожен хаб перетворює одну точку підключення в їх безліч. Архітектура має на увазі можливість з'єднання декількох хабів.

У кожного хаба є один висхідний порт (upstream port), призначений для підключення до хосту і чи до хабу верхнього рівня. Решта порти є є спадними (downstream) і призначені для підключення функцій та хабів нижнього рівня. Хаб може розпізнати підключення або відключення пристроїв до цих портів і управляти подачею живлення на їх сегменти. Кожен з цих портів індивідуально може бути дозволений або заборонений і налаштований на повну або обмежену швидкість обміну. Хаб забезпечує ізоляцію сегментів з низькою швидкістю від високошвидкісних.

Хаби можуть мати можливість управління подачею живлення на спадні порти, передбачена керована установка обмеження на струм, споживаний кожним портом.

Система USB поділяється на три рівні з певними правилами взаємодії. Пристрій USB ділиться на інтерфейсну частину, частину пристрою і функціональну частину. Хост теж ділиться на три частини - інтерфейсну, системну, ПЗ пристрою. Кожна частина відповідає тільки за певне коло завдань, взаємодія між ними показано на малюнку 1.1.

Рис 1.1. - Взаємодія компонентів USB

1. Фізичне пристрій USB - пристрій на шині, що виконує функції, які цікавлять користувача.

2. Client SW - програмне забезпечення, що відповідає конкретному пристрою, що виконується на хост-комп'ютері. Може бути складовою частиною ОС або спеціальним продуктом.

3. USB System SW - системна підтримка USB операційною системою, незалежна від конкретних пристроїв та клієнтського ПЗ.

USB Host Controller - апаратні і програмні засоби, що забезпечують підключення пристроїв USB до хост-комп'ютера.

ФІЗИЧНИЙ ІНТЕРФЕЙС

Інформаційні сигнали і напругу живлення 5В передаються по чьотирьох кабелю. Для сигналу використовується диференційний спосіб передачі по двох проводах D + і D-. Рівні сигналів передавачів у статичному режимі повинні бути нижче 0.3 В (низький рівень) або вище 2.8 В (високий рівень). Приймачі повинні витримувати вхідну напругу в межах -0.5 ... +3.8 В. Передавачі повинні мати можливість переходу в високоімпедансний стан для забезпечення двобічної полудуплексной передачі даних по одній парі проводов.Передача по двох проводах не обмежується лише диференціальними сигналами. Крім диференціального приймача, кожен пристрій має й лінійні приймачі сигналів D + і D-, а передавачі цих ліній управляються індивідуально. Це дозволяє розрізняти безліч станів лінії, що використовуються для організації апаратного інтерфейсу. Стани Diff0 і Diff1 визначаються по різниці потенціалів на лініях D + і D-понад 200 мВ за умови, що на одній з них потенціал вище порога спрацьовування VSE. Стан, при якому на обох входах D + і D-присутній низький рівень називається лінійним нулем (SE0 - single-ended zero). Інтерфейс визначає наступні стани:

° Data J State і Data K State - стану переданого біта (визначаються через стани Diff0 і Diff1).

° Idle State - пауза на шині.

° Resume State - сигнал "пробудження" для виведення пристрою з сплячого режиму.

° Start of Packet (SOP) - початок пакета (перехід з "Idle" в "K").

° End of Packet (EOP) - кінець пакета.

° Disconnect - пристрій відключено від порту.

° Connect - пристрій підключено до порту.

° Reset - скидання пристрою.

Стану визначаються поєднаннями диференціальних та лінійних сигналів, для повної і низькою швидкостей стану Diff0 і Diff1 мають протилежне призначення. В декодуванні стан Disconnect, Connect і Reset приймається до уваги і час знаходження ліній (більше 2.5 мс) у певних станах.

Шина має два режими передачі. Повна швидкість передачі сигналів USB становить 12 Мбіт / с, низька - 1.5 Мбіт / с. Для повної швидкості використовується екранована вита пара з імпеданс 90 Ом і довжиною сегмента до 5 м, для низької - невітой і неекранований кабель при довжині сегмента до 3 м. Одна і та ж система може використовувати обидва режими, перемикання для пристроїв здійснюється прозоро. Низька швидкість призначена для роботи з невеликою кількістю пристроїв, що не вимагають високої пропускної здатності каналу.

Швидкість, використовувана пристроєм, підключеним до конкретного порту визначається хабом за рівнями сигналів на лініях D + і D-, що зміщаються навантажувальними резисторами R2 прийомопередавачів (рис 2.1, 2.2). Сигнали кодуються за методом NRZI (Non Retur n To Zero Invert) - при переході сигналу з 0 в 1 сигнал NRZI не змінюється, а при переході з 1 в 0 - змінюється на протилежний. Кожному пакету передує поле SYNC, що дозволяє приймачу налаштуватися на частоту передатчіка.Кроме сигнальної пари кабель має лінії VBus і GND для передачі живлячої напруги 5В до пристроїв.

Рис 2.1 - Підключення полноскоростной пристрої

Рис 2.2 - Підключення низької пристрої

Таблиця 2.1. - Призначення висновків роз'єми USB

Контакт

Ланцюг

1

VCC

2

-Data

3

+ Data

4

Ground

Роз'єми для підключення до хабам і для підключення до пристроїв розрізняються механічно, що виключає можливість невірного з'єднання. Для полегшення розпізнання роз'єми USB на корпусі пристрою ставиться позначення, наведене на малюнку 2.3.

Рис 2.3. - Позначення роз'єми USB

Живлення пристрою USB можливо як від кабелю так і від власного блоку пітанія.Хост забезпечує харчуванням безпосередньо підключені до нього пристрої. Кожен хаб забезпечує живлення пристроїв, підключеним до його низхідним портів. USB має розвинену систему управління енергоспоживанням. Хост комп'ютер може мати власну систему управління енергоспоживанням, до якої логічно підключається однойменна система USB. Програмне забезпечення USB взаємодіючи з цією системою підтримує такі події як Призупинити (SUSPEND) або відновлення (RESUME). Крім того, пристрої USB можуть самі бути джерелами подій, які відпрацьовуються системою управління енергоспоживанням.

USB 2.0

У жовтні 1999 року розробники апаратних засобів, раніше опублікували специфікацію USB 1.1 (Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC і Philips), представили специфікацію USB 2.0, в якій передбачено підвищення швидкодії шини в 40 (480 Мбіт / с) разів у порівнянні з попередніми версіями. USB 2.0 буде повністю сумісна з USB 1.1, і буде використовувати ті ж самі кабелі та з'єднувачі. Раніше оголошувалося підвищення швидкодії в 10 - 20 разів, але випробування показали, що пропускна спроможність 480 Мбіт / с може бути досягнута без шкоди для сумісності з версією USB 1.1. Очікується, що ця пропускна спроможність буде задовольняти вимогам усіх користувачів в найближчому майбутньому.

Розробники вважають, що поява цієї версії шини надасть потужний вплив на появу периферійних пристроїв наступного покоління.

Пропускної здатності 12 Мбіт / с цілком вистачає таким периферійним пристрої як телефони, клавіатури, миші, цифрові джойстики, приводи гнучких дисків, цифрові колонки, і принтери нижнього рівня. Можливість підключення цієї периферії в USB 2.0 збережеться. Більш висока смуга пропускання дозволить використовувати більш сучасні пристрої, такі як, камери високої роздільної здатності, сканери і принтери наступного покоління, швидкісні зовнішні накопичувачі. Очікується, що USB 2.0 будуть підтримуватися чипсетами провідних виробників поряд з USB 1.1. Так само як і USB 1.1 USB 2.0 буде дозволяти підключати периферійні пристрої до всіх класах персональних комп'ютерів (настільні системи, мобільні комп'ютери і т.д).

Для застосування в системах вимагають економної витрати електроенергії (таких як ноутбуки ит.д) в USB 2.0 як і в USB 1.1 передбачена потужна система управління живленням, що, як очікується, відкриє для USB 2.0 ринок мобільних комп'ютерів.

На сьогодні для USB 2.0 існує лише один солідний конкурент, це IEEE 1394, але як відзначається деякими оглядачами 1394 це хороша шина, викинута розробниками напризволяще у той час, як USB 2.0 посилено підтримується і проштовхується на ринок такими гігантами як Compaq, Hewlett- Packard, Intel, Microsoft і т.д. Розробники USB 2.0 вважають, що ця шина стане домінуючою в той час як 1394 відводиться місце лише у сфері аудіо та відео електронних пристроїв (DVD, цифрове телебачення тощо). Очікується, що 1394 і USB 2.0 найближчим часом будуть мирно уживатися в системі

Коли USB-портів в комп'ютері всього два, а претендентів на них набагато більше, тоді виникає необхідність якось ділити два інтерфейси між трьома або чотирма пристроями. Ось і приходить тоді регулярно займатися офісної акробатикою, для того щоб переткнуть один пристрій з USB-інтерфейсом на інше, - задоволення, самі розумієте, малоприємне

Це тільки одна з тих "страшних" історій, що можуть статися з будь-яким з власників комп'ютерів 2000-го року випуску (або ще більш ранніх). Особливо це стосується всіх комп'ютерів, які зібрані на базі АТ материнських плат. Тому як для АТХ форм-фактора материнські плати в більшості випадків вже містили USB хост-контролери, а в комп'ютери вбудовувалися USB-порти.

Але час не стоїть на місці - і зараз USB-порти є невід'ємним інтерфейсом для сучасного комп'ютера. Більше того - саме USB-порти привносять нові віяння в конструкцію корпусів комп'ютерів. Ці порти почали розташовувати на передній панелі комп'ютерів. Раніше цієї честі удостоювалися хіба що аудіовходи / виходи.

Але якщо вже USB є універсальним інтерфейсом, то через нього до комп'ютера можна підключити і принтер, і сканер, і цифрову камеру. Припустимо, принтер і сканер зайняли роз'єми USB на задній панелі комп'ютера і припадають пилом там до наступного прибирання. Але коли USB-портів в комп'ютері всього два, а претендентів на них набагато більше, тоді виникає необхідність якось ділити два інтерфейси між трьома або чотирма пристроями. Ось і приходить тоді регулярно займатися офісної акробатикою, для того щоб переткнуть один пристрій з USB-інтерфейсом на інше, - задоволення, самі розумієте, малоприємне.

Але це ще нічого. А ось коли у власності знаходиться преудобнейшая річ - цифрова камера, то підключати її до USB-порту доводиться щоразу, коли необхідно "злити" фотографії або провести інші маніпуляції зі знімками. Ось тоді USB на передній панелі - це вже не просто зручність. Це необхідність.

Звичайно ж, якщо комп'ютер досить новий, то будь-який пристрій з USB-інтерфейсом можна під'єднати без виключення живлення - Windows, починаючи з версії 98, нормально розпізнає підключення нового пристрою USB "на льоту", коректно визначає його і дозволяє відразу ж працювати з цим пристроєм .

Єдиний нюанс може полягати у відмінності версій самих USB-пристроїв. Справа в тому, що розвиток USB не зупинилося на розробці універсального комп'ютерного інтерфейсу. Відразу ж з'явилися нові ідеї, які знайшли своє втілення у наступній версії стандарту USB 2.0. Специфікація на цю версію універсального інтерфейсу була затверджена незабаром після попередньої версії 1.1 - тому на даний момент велика кількість виробників комп'ютерів і комп'ютерної периферії підтримують цей стандарт. Windows сама визначає версію USB-пристрої, підключеного до порту, і працює з ним відповідним чином. Windows 98 і ME підтримують специфікацію USB 1.1, Windows 2000 і XP - USB 2.0.

Ну а що ж все-таки робити, якщо USB-портів не видно ні на передній, ні на задній панелі комп'ютера? Це теж не причина, щоб відмовлятися від пристроїв, що мають USB-інтерфейси. USB саме тому і є універсальним інтерфейсом, що дозволяє відійти від прив'язки комп'ютерної периферії до конкретних типів інтерфейсів. Багато років було відомо, що для роботи принтера необхідний паралельний порт (LPT), для підключення модему - послідовний порт (СОМ), і такий же порт потрібен для роботи миші.

Але ось спочатку миша переселили на PS/2-раз'ем, звільнимо тим самим місце для інших периферійним пристроїв. Потім з'явився USB, а в майбутньому, звичайно ж, комп'ютер буде мати один або два інтерфейси для підключення всіх типів пристроїв. Прикладом тому можуть служити останні iMac - моделі комп'ютерів від Apple, у яких майже всі порти є USB. Крім того, дуже зручно розташування USB-портів на клавіатурі.

Немає сумніву, що вже найближчим часом на українському ринку з'являться аналогічні розробки для IBM-сумісних комп'ютерів.

Але повернемося до відсутніх USB-портів. По-перше, існують PCI-контролери, які встановлюються в PCI-слоти на материнській платі і дозволяють відразу ж (після недовгої налаштування) використовувати USB-порти.

По-друге, до материнських плат, оснащеним хост-контролерами і відповідними контактами, можна підключити USB-шлейф. Це пристрій являє собою набір контактів для з'єднання з контактами на материнській платі і двома USB-портами. USB-шлейф набагато дешевше, тому що основна електроніка вже присутня на материнській платі, і вартість його становить близько 15 грн.

По світу ходять чутки, що зустрічаються і ISA-USB-контролери. Але, з огляду на те що ISA-слоти, напевно, зникли з материнських плат раніше, ніж з'явилася перша специфікація USB, це звучить як-то малоймовірно.

Встановлюємо PCI-USB-контролер

"Не бери Важко в руки i дурного в голову" - вчить нас мудра українська приказка. У цьому сенсі використання PCI-USB-контролера - це найбільш простий і швидкий спосіб запастися парочкою-другий USB-портів. Windows ME, 2000 і XP в своєму багажі мають більшість необхідних драйверів для підтримки найбільш поширених контролерів USB, тому установка даного пристрою в будь-який з Windows проста до непристойності. Любителям Windows 98, можливо, доведеться все-таки напружитися і встановити драйвера додатково. Але в більшості випадків це не потрібно.

Що являє собою PCI-USB-контролер? Це PCI-плата розширення до 4-5 USB-портів, в яку вбудований хост-контролер USB. Вартість PCI-USB-контролера становить близько 15 у. е.

Плату досить встановити в будь-який вільний PCI-слот (при вимкненому комп'ютері) - і завантажити Windows. Подальший хід подій може змінюватись в залежності від операційної системи, але загальна схема наступна. Майстер нового обладнання повинен визначити присутність нового пристрою. А точніше, двох: якщо PCI-USB-контролер підтримує специфікацію USB 2.0, тоді він для сумісності, можливо, буде мати також контролер USB для зворотного підтримки специфікації USB 1.1 - в такому випадку хост-контролерів буде визначено два. Далі Windows може встановити драйвери для хост-контролерів автоматично або попросить вказати їх місце розташування. У комплекті з PCI-USB-контролером обов'язково повинен поставлятися компакт-диск з драйверами, який можна "підсунути" Windows для коректної установки пристрою в системі.

Перевірити, чи встановлено PCI-USB-контролер в системі, дуже просто. Потрібно зайти в Диспетчер пристроїв - там у розділі Універсальна послідовна шина (Universal Serial Bus controllers) має з'явитися, як мінімум, два об'єкти: Хост-контролер (Host Controller) і Кореневий разветвитель (Root Hub).

Варто відзначити, що хост-контролерів може бути (і, швидше за все, так воно і буде) декілька. Типовий приклад - популярний чіпсет Intel i810, у схему якого включені універсальний хост-контролер і кореневої разветвитель, але не USB-порт - оскільки виробники материнських плат на той момент ще не постачали свої вироби USB.

Без PCI-USB-контролера в системі буде встановлено два пристрої: Intel 82801AA USB універсальний хост-контролер і USB кореневої разветвитель. Після установки USB2.0-сумісного PCI-USB-контролера в систему додалися NEC PCI to USB Enhanced host controller, два NEC PCI to USB Open host controller USB 2.0 Root Hub Device і два додаткових кореневих розгалужувачі.

Так що, якщо у Диспетчері пристроїв встановлені хоча б два пристрої: хост-контролер і кореневої разветвитель - можна приступати до використання USB.

Встановлюємо USB-хвіст

Як вже згадувалося, USB-шлейф - це кілька портів USB, що мають для з'єднання з материнською платою 10 контактів.

Але для того щоб скористатися цим пристроєм, потрібно спочатку переконатися, що материнська плата оснащена USB-контролером і необхідними контактами.

Першим зовнішнім ознакою наявності USB-контролера служить визначення Windows хост-контролера USB. У Диспетчері пристроїв у розділі Контролери універсальної послідовної шини USB повинні перебувати два пристрої: "універсальний хост-контролер" і "кореневої USB-концентратор". Якщо обидва ці пристрої встановлені і функціонують нормально - значить, можна підключати USB-хвіст.

Звичайно ж, Windows може не визначити хост-контролер USB і не відображати нічого в Диспетчері пристроїв. Тоді можна скористатися спеціальною утилітою з офіційного сайту USB http://www.usb.org/faq/ans3/usbready.exe для визначення підтримки USB. Програма має англомовний інтерфейс, так що, якщо скористатися нею не вдасться, слід звернутися до керівництва по материнській платі.

При підключенні контактів USB-шлейфа до материнської плати без керівництва користувача не обійтися. Саме там повинні бути розписані типи контактів та їх розташування в групі. На ранньому етапі становлення стандартів USB розробники чіпсетів проектували і мали універсальну послідовну шину на свій розсуд. У результаті на ранніх реалізаціях роз'єм для USB-хвоста міг мати як 8, так і 10 контактів. Розташовуючись в два ряди, вони могли мати різну черговість - в результаті чого бажано підключати кожен контакт окремо, щоб уникнути короткого замикання. Слід обов'язково пам'ятати, що USB має по одному контакту живлення і заземлення - і, переплутавши їх, можна пошкодити підключається пристрій (у кращому випадку) або навіть пошкодити материнську плату - в гіршому. Тому не варто забувати про техніку безпеки - всі маніпуляції слід проводити при відключеному живленні комп'ютера і отсоединенном кабелі живлення. Якщо не заземлені ні ви, ні материнська плата, то торкатися її категорично не рекомендується.

Разом з USB-хвостом має також поставлятися опис призначення контактів, відповідно до яких і слід проводити підключення контактів.

Таким чином, при підключенні USB-хвоста контакти необхідно було підключати в зворотному порядку.

Але для кожної материнської плати порядок розташування контактів може відрізнятися, так що перед встановленням пристрою обов'язково слід вивчити керівництво до своєї материнської плати.

Після підключення USB-шлейфа Windows ніяк не реагує на виконані дії, так як, по суті, ніякого нового пристрою не додано - додана лише його інтерфейсна частина. Як вже згадувалося, сам USB хост-контролер повинен вже бути присутнім на платі.

Тепер, після підключення USB-шлейфа, з'явилася можливість безпосередньо підключати USB-пристрої до комп'ютера. Але не зайвим буде нагадати, що підключення USB-шлейфа слід виконувати тільки тим, хто має необхідну кваліфікацію, - щоб уникнути псування периферійних пристроїв і самого комп'ютера. Якщо ж ви не впевнені у своїх можливостях, то PCI-USB-контролер - найкраще рішення, тому що при його підключенні шанси пошкодити комп'ютер мінімальні. А вартість PCI-USB-контролера не йде ні в яке порівняння з вартістю материнської плати, нехай навіть не зовсім нової, або будь-якого периферійного пристрою з USB-портом, яке буде піддаватися ризику.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Реферат
57.1кб. | скачати


Схожі роботи:
USB-порт Flash-Пам`ять
Протоколювання обміну інформацією між комп`ютером і зовнішнім запам`ятовуючим USB-пристроєм
Навчальний модуль рейтингова система оцінювання кредитно-модульна система
Система ведення господарства Система тваринництва
Податкова система Іспанії 2 Система оподаткування
Система обов язків людини і громадянина Система прав дитини Релігійні права дитини теоретичні
Система законодавства і правова система
Система Діалог і система Сетунь
Травна система Видільна система
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru