Фізичний інтерфейс - студопедія
Стандарт USB визначає електричні і механічні специфікації шини. Інформаційні сигнали і напругу живлення 5 В передаються по чьотирьох кабелю. Використовується диференційний спосіб передачі сигналів D + і D- по двох проводах. Рівні сигналів передавачів в статичному режимі повинні бути нижче 0,3 В (низький рівень) або вище 2,8 В (високий рівень). Приймачі витримують вхідну напругу в межах - 0,5. +3,8 В. Передавачі повинні вміти переходити в високоімпедансное стан для двобічної полудуплексной передачі по одній парі проводів.
Передача по двох проводах в USB не обмежується диференціальними сигналами. Крім диференціального приймача кожен пристрій має лінійні приймачі сигналів D + і D-, а передавачі цих ліній управляються індивідуально. Це дозволяє розрізняти більше двох станів лінії, що використовуються для організації апаратного інтерфейсу. Стану Diff0 і Diff1 визначаються по різниці потенціалів на лініях D + і D- більше 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 (SEO - Single-Ended Zero). Інтерфейс визначає наступні стани:
Ø Data J State і Data До State - стану переданого біта (або просто J і К), визначаються через стану Diff0 і Diff1.
Ø Idle State - пауза на шині.
Ø Resume State - сигнал "пробудження" для виведення пристрою з "сплячого" режиму.
Ø Start of Packet (SOP) - початок пакета (перехід з Idle State в К).
Ø End of Packet (EOP) - кінець пакету.
Ø Disconnect - пристрій відключено від порту.
Ø Connect - пристрій підключено до порту.
Ø Reset - скидання пристрою.
Стану визначаються поєднаннями диференціальних і лінійних сигналів; для повної і низької швидкостей стану DiffO і Diff1 мають протилежне призначення.
В декодуванні станів Disconnect, Connect і Reset враховується час знаходження ліній (більше 2,5 мс) в певних станах.
Шина має два режими передачі. Повна швидкість передачі сигналів USB складає 12 Мбіт / с, низька - 1,5 Мбіт / с. Для повної швидкості використовується екранована кручена пара з імпедансом 90 Ом і довжиною сегмента до 5 м, для низької - невітой неекранірованньгй кабель до 3 м. Низькошвидкісні кабелі і пристрої дешевше високошвидкісних. Одна і та ж система може одночасно використовувати обидва режими; перемикання для пристроїв здійснюється прозоро.
Низька швидкість призначена для роботи з невеликою кількістю ПУ, що не вимагають високої швидкості. Швидкість, яка використовується пристроєм, підключеним до конкретного порту, визначається хабом за рівнями сигналів
на лініях D + і D-, зміщаються навантажувальними резисторами R2 приймачів (див. рис. 7.2 і 7.3)
Перетин провідників вибирається відповідно до довжини сегмента для забезпечення гарантованого рівня сигналу і живлячої напруги. Стандарт визначає два типи роз'ємів (див. Табл. 7.1 і рис. 7.5).
Роз'єми типу "А" застосовуються для підключення до хабів (Upstream Connector). Вилки встановлюються на кабелях, не відключайте від пристроїв (наприклад, клавіатура, миша і т. П.). Гнізда встановлюються на низхідних портах (Downstream Port) хабів. Роз'єми типу "В" (Downstream Connector) встановлюються на пристроях, від яких з'єднувальний кабель може від'єднуватися (принтери та сканери). Відповідна частина (вилка) встановлюється на сполучному кабелі, протилежний кінець якого має вилку типу "А".
Роз'єми типів "А" і "В" розрізняються механічно (рис. 7.5), що виключає неприпустимі петльові з'єднання портів хабів. Чотирьохконтактні роз'єми мають ключі, що виключають неправильне приєднання. Конструкція роз'ємів забезпечує пізніше з'єднання і раннє від'єднання сигнальних ланцюгів в порівнянні з живлячими. Для розпізнавання роз'єму USB на корпусі пристрою ставиться стандартне символічне позначення.
Харчування пристроїв USB можливо від кабелю (Bus-Powered Devices) або від власного блоку живлення (Self-Powered Devices). Хост забезпечує харчуванням безпосередньо підключені до нього ПУ. Кожен хаб, в свою чергу, забезпечує живлення пристроїв, підключених до його низхідним портам. При деяких обмеженнях топології допускається застосування хабів, що живляться від шини. На рис. 7.6 наведено приклад схеми з'єднання пристроїв USB.
Тут клавіатура, перо і миша можуть харчуватися від шини.
USB підтримує як односпрямовані, так і двонаправлені режими зв'язку. Передача даних здійснюється між ПО хоста і кінцевою точкою пристрою. Пристрій може мати кілька кінцевих точок, зв'язок з кожною з них (канал) встановлюється незалежно.
Архітектура USB допускає чотири базових типу передачі даних:
Ø Керуючі посилки (Control Transfers), які використовуються для конфігурації під час підключення і в процесі роботи для управління пристроями. Протокол забезпечує гарантовану доставку даних. Довжина поля даних керуючої посилки не перевищує 64 байт на повній швидкості і 8 байт на низькій.
Ø Суцільні передачі (Bulk Data Transfers) порівняно великих пакетів без жорстких вимог до часу доставки. Передачі займають всю вільну смугу пропускання шини. Пакети мають поле даних розміром 8, 16, 32 або 64 байт. Пріоритет цих передач найнижчий, вони можуть припинятися при великому завантаженні шини. Допускаються тільки на повній швидкості передачі.
Ø Переривання (Interrupt) - короткі (до 64 байт на повній швидкості, до 8 байт на низькій) передачі типу символів, що вводять або координат. Переривання мають спонтанний характер і повинні обслуговувати не повільніше, ніж того вимагає пристрій. Межа часу обслуговування встановлюється в діапазоні 1-255 мс для повній швидкості і 10-255 мс - для низькою.
Ø Ізохронні передачі (Isochronous Transfers) - безперервні передачі в реальному часі, що займають попередньо узгоджену частину пропускної здатності шини і мають задану затримку доставки. У разі виявлення помилки ізохронний дані передаються без повтору - недійсні пакети ігноруються. Приклад - цифрова передача голосу. Пропускна здатність визначається вимогами до якості передачі, а затримка доставки може бути критичною, наприклад, при реалізації телеконференцій.
Смуга пропускання шини ділиться між усіма встановленими каналами. Виділена смуга закріплюється за каналом, і якщо встановлення нового каналу вимагає такої смуги, яка не вписується в уже існуючий розподіл, запит на виділення каналу відкидається.
Архітектура USВ передбачає внутрішню буферизацію всіх пристроїв, причому чим більшою смуги пропускання вимагає пристрій, тим більше повинен бути його буфер. USB повинна забезпечувати обмін з такою швидкістю, щоб затримка даних у пристрої, викликана буферизацією, не перевищувала декількох мілісекунд.
Ізохронні передачі класифікуються за способом синхронізації кінцевих точок - джерел або одержувачів даних - з системою: розрізняють асинхронний, синхронний і адаптивний класи пристроїв, кожному з яких відповідає свій тип каналу USB.