USB высокоскоростная последовательная магистраль для подключения периферийных устройств - Барбара Ханлон

11

периферийного устройства и

дескриптором конечной точки, находящемся в хост/системе. После создания такой взаимосвязи эти логические каналы можно использовать в любой момент времени для обмена данными между буферами памяти программ хоста и приемниками данных в периферийных устройствах.

Типы передачи данных

Как показано в таблице 1, спецификация шины USB определяет 4 различных типа передачи данных для конечных точек:

передачи управляющих сигналов, с гарантированным выделением 10% полосы пропускания шины;

изохронные передачи, для передачи данных от хоста в

устройство (или из устройства в хост), сигнала прерывания, требующие некоторой гарантированной минимальной полосы пропускания;

передачи сигналов прерывания, для передачи информации из устройства в хост, требующие некоторой гарантированной минимальной полосы пропускания;

групповые передачи данных (большого объема), из хоста в устройство и из устройства в хост, не требующие гарантированной минимальной полосы пропускания.

Передачи управляющих сигналов

Передача управляющих сигналов выполняется для:

конфигурирования USB/устройств в момент включения системы [2];

Таблица 1. Типы передач по шине USB

		Направление	Запуск в	Гарантия
	Тип передач		определенный
		передач		доставки
			момент времени
	Управляющие	Двунаправленные	Не гарантируется	Есть
		Однонаправлен-		Нет - отсутствует
	Изохронные (*)		Kаждые 1 мс	управление
		ные
				потоком
	Передачи	Только ввод	Определяется	Есть
	прерывании		частотой опроса
	Передачи данных	Двунаправленные	Не гарантируется	Есть
	большого объема

(*) - только для высокоскоростных устройств

12

посылки команд USB/устройствам в процессе работы системы;

получения статусной информации о USB/устройствах в процессе работы системы.

операции могут откладываться на неопределенное время, пока шина не разгрузится. Передачи этого типа применяются, например, для вывода информации на подключенный к шине USB принтер.

Изохронные передачи

Применение изохронных передач в системах реального времени обусловлено тем, что им присваивается наивысший приоритет и потому они обеспечивают более предсказуемые времена прохождения информации от хоста до USB/устройства.

Передачи сигналов прерывания

Передачи этого типа позволяют хост/системе проверять наличие новых данных в устройствах ввода (типа клавиатуры). Вместе с тем термин "передача прерываний" здесь не совсем точен, поскольку шина USB не поддерживает аппаратные прерывания.

Транзакцию на шине может инициировать только хост [3], поэтому ту же клавиатуру приходится периодически опрашивать для того, чтобы определить наличие готовых к передаче в хост новых данных. Каждой конечной точке соответствует свой интервал опроса, который указывается дескриптором прерываний этой точки. Дескриптор хранится в ЭСППЗУ того же периферийного устройства, что и соответствующая конечная точка.

Передачи данных большого объема

Операции этого типа применяются для передачи данных большого объема, когда жестких ограничений на сроки их доставки нет. В условиях напряженного трафика эти

Приоритеты передач по шине USB

Все операции по передаче данных инициируются только хост/ системой независимо от того, принимает ли она данные или пересылает в периферийное устройство. Все невыполненные операции хранятся в виде четырех списков по типам передач:

изохронные передачи;

передачи прерываний;

передачи управляющих команд;

передачи данных больших объемов.

Списки постоянно обновляются новыми запросами. Планирование операций по передаче информации в соответствии с упорядоченными в виде списков запросами выполняется хостом с 1/ миллисекундным интервалом. В начале каждого такого интервала хост посылает по шине пакет SOF (Start Of Frame / Начало кадра), после чего начинает обслуживание запросов из списка изохронных передач (т.к. они имеют наивысший приоритет).

После того, как все запросы из этого списка будут обслужены, хост/ система переходит к списку операций по передаче прерываний, затем / к списку запросов на передачу данных большого объема.

По истечении 90% указанного 1/

13

миллисекундного интервала хост автоматически переходит к обслуживанию запросов на передачу управляющих команд независимо от того, успел ли он полностью обслужить другие три списка или нет.

Тем самым гарантируется, что управляющим передачам всегда будет выделено не менее 10% пропускной способности шины USB. Если передача всех управляющих пакетов будет завершена до истечения выделенной для них доли интервала планирования, то оставшееся время будет использовано хостом для передач данных большого объема (до конца указанного 1/миллисекундного интервала).

Таким образом:

изохронные передачи гарантировано получают 90% пропускной способности шины;

передачи прерываний занимают оставшуюся после изохронных операций часть этой 90/ процентной доли;

под передачу данных большого объема выделяется все время, оставшееся после изохронных передач и передач прерываний (по/прежнему в рамках 90/ процентной доли пропускной способности);

управляющим передачам гарантируется 10% пропускной способности шины;

если передача всех управляющих пакетов будет завершена до завершения выделенного для них 10/процентного интервала, то оставшееся время будет использовано для передач данных большого объема.

Развитие рынка USB%технологии

Потенциальные возможности рынка USB/устройств просто впечатляющи. На рисунке 6 показаны прогнозируемые компанией Intel темпы продаж настольных компьютеров с шиной USB до конца нынешнего тысячелетия.

Рисунок 5 0 Темпы продаж компьютеров

Конкурирующие

технологии

В настоящее время за право стать лучшим средством подключения периферийных устройств к настольным компьютерам с шиной USB конкурирует несколько технологий, среди которых можно упомянуть следующие:

Apple Desktop Bus

GeoPort

ACCESS.bus

Firewire (IEEE 1394)

14

Apple Desktop Bus

Шина Apple Desktop Bus (ADB) представляет собой низкоскоростную, последовательную линию связи, предназначенную для подключения к компьютерам Macintosh таких устройств, как клавиатуры, манипуляторы типа мышь и графические блокноты. ADB обеспечивает довольно простой протокол чтения/записи для подключения до 16 устройств ввода и поддерживает скорости обмена данными до 90 Кбит/с. Недостаток этой шины / ее сравнительно низкая пропускная способность и то, что она не является полностью "открытым" стандартом, поскольку патент на нее до сих пор принадлежит Apple Computer.

GeoPort

Издавна GeoPort был фирменным интерфейсом Apple, однако, в последнее время Apple продает лицензии на использование этой технологии и другим компаниям. Этот интерфейс был разработан в Apple для поддержки телефонных систем на базе Macintosh, включающих передачу как речевой, так и цифровой информации.

Аппаратно/программные средства коммуникационного адаптера Apple GeoPort Telecom Adapter поддерживают следующие функции:

обмен цифровыми данными;

обмен факсам;

телефонные услуги типа речевых почтовых сообщений.

В основе GeoPort лежит схема обмена сигналами RS/422. Стандарт позволяет организовывать соединения "точка/точка" с пропускной способностью до 2 Мбит/с по кабелям длиной не более 4 футов [1]. Однако GeoPort

разрабатывался только для поддержки телефонных устройств и систем и никогда не был ориентирован на другие типы устройств вне этой категории [2].

ACCESS.bus

Шина ACCESS.bus построена на основе:

аппаратного уровня на базе шины Phillips I2C [8];

программного уровня, разработанного компанией Digital для расширения функциональных возможностей I2C.

I2C представляет собой сокращенное название шины "Inter/ IC" (Средство связи интегральных схем). Шина состоит из двух активных линий и одного проводника заземления. Активные проводники обозначаются Serial Data (Последовательная Линия Данных) и Serial Clock (Последовательная Линия Синхросигналов), обе двунаправленные [8].

ACCESS.bus / это расширение шины I2C, поддерживающее в соединительных кабелях линии Serial Data и Serial Clock для подключения клавиатур, манипуляторов типа мышь, мониторов и микроконтроллеров. Скорость передачи данных по шине достигает 100 Кбит/с, при этом к шине может быть подключено до 127 устройств ввода/вывода. Лицензировать шину не обязательно, однако соединительные кабели явно коротковаты, кроме того, в них отсутствуют проводники, по которым к подключенным устройствам могло бы подаваться напряжение питания постоянного тока.

15

Firewire (IEEE 1394)

Firewire (IEEE 1394) может поддерживать до 63 периферийных устройств, при этом скорости передачи данных по шине очень высоки / от 100 до 400 Мбит/с. Подобная пропускная способность позволяет поддерживать периферийные устройства практически любого типа и применять шину в любых приложениях, требующих повышенных скоростей обмена информацией. Однако из/за высокой сложности реализации шины (и вместе с тем высокой стоимости) применять ее в качестве средства ввода/вывода для подключения к настольным компьютерам низкоскоростных дешевых периферийных устройств типа мышей и клавиатур явно нецелесообразно.

Заключение

В отличие от периферийных интерфейсов предыдущего поколения, которые:

требовали наличия специальной платы/контроллера;

не реконфигурировались в процессе работы системы;

требовали отдельного кабеля для подключения каждого типа периферийных устройств,

универсальная последовательная шина USB является недорогим, удобным стандартизированным интерфейсом подключения периферийных устройств, сводящим количество необходимых соединительных кабелей к минимуму.

Данный интерфейс поддерживает как низкоскоростные периферийные устройства (типа переключателей, мышей и

джойстиков), так и высокопроизводительные скоростные (типа видеоустройств, дисков и сетевых адаптеров). Возможность автоконфигурирования позволяет отказаться от микропереключателей и перемычек, а тщательно продуманная конструкция соответствует требованиям надежности промышленных систем.

Справочная

литература

[1]Universal Serial Bus Specifi/cation/ Revision I.O.January 15, 1996. (Примечание: Спецификации шины USB можно бесплатно получить на Web/сайте по адресу http:// www.teleport.com/~usb/docs.htm)

[2]Universal Serial Bus System Architecture. Don Anderson, Mind/ Share, Inc. Addison Weslev Developers Press 1997.

[3]Understanding Universal Serial Bus Part 1: USB Basics, Embedded Systems Programming, pp. 34/58, John Canosa, June 1997.

[4]USB: a neat package with a few loose ends; EDN, pp. 38/52, Richard Quinnell, October 1996.

[5]Taming the Universal Serial Bus, EDN, pp. 61/76, Richard Quinnell, June 1997.

[6]Intel Universal Serial Bus Components http://www.intel.com/ design/usb/howworks.htm

[7]The Easy Way to Plug and Play, Intel Corporation, Marketing Literature, 1997. Universal Serial Bus: A Solution for the Computer Designs of Today and Tomorrow.

[8]12C Faq Version 2.0 http:// karl0.kar.elf.stuba.sk/~balogh/MM/i2c/ i2cindex.htm

16

Сведения об авторе

Барбара Ханлон (Barbara Hanlon) / разработчик программного обеспечения в отделении Consumer Broadcast Division компании Motorola.

Дополнительную информацию о USB/технологии можно найти на Web/сайте по адресу:

http://www.usbnews.com.

Источник: VMEbus Systems, June 1998