Глава 27. Интерфейс USB 2.0
Общая характеристика и структура интерфейса USB
Интерфейс USB обеспечивает одновременный обмен данными между компьютером и множеством периферийных устройств (до 127). Распределение пропускной способности интерфейса между ПУ планируется операционной системой. Интерфейс позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы компьютера и самих устройств.
Устройства (Device) на интерфейсе USB могут быть концентраторами (Hub), периферийными устройствами (функциями) или их комбинацией.
Концентратор (Hub) обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к интерфейсу.
Устройство USB должно иметь контроллер интерфейса USB, обеспечивающий полную поддержку протокола интерфейса USB, выполнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство. Некоторые устройства, подключаемые к интерфейсу USB, могут иметь в своем составе и концентратор, и периферийное устройство.
Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (Host Controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера.
Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центром каждой звезды является концентратор. Каждый кабельный сегмент соединяет две точки – концентратор с другим концентратором или с ПУ (функцией).
В компьютере имеется один (и только один) хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды устройств и концентраторов. Хост-контроллер объединен с корневым концентратором (Root Hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения - портов. Контроллер интерфейса USB, входящий в состав системной логики (чипсетов), обычно имеет встроенный многопортовый концентратор.
Логически устройство, подключенное к любому концентратору USB и сконфигурированное, может рассматриваться как непосредственно подключенное к хост- контроллеру.
Функция - это периферийное устройство или часть периферийного устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по интерфейсу. Типично функции представляют собой отдельные ПУ с кабелем, подключаемые к порту концентратора. Физически в одном корпусе может быть несколько функций со встроенным концентратором, обеспечивающим их подключение к одному порту.
Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хост-контроллером - ей должна быть выделена полоса пропускания в
канале и выбраны опции конфигурации.
Примерами функций являются:
мышь, планшет, световое перо.
устройства ввода - клавиатура или сканер.
устройство вывода - принтер, звуковые колонки (цифровые) и другие.
Концентратор - ключевой элемент системы автоконфигурирования РпР в архитектуре интерфейса USB.
Точки подключения к концентратору называются портами концентратора. Каждый концентратор преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура интерфейса допускает соединение нескольких концентраторов.
У каждого концентратора имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хост-контроллеру или концентратору верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (Downstream Ports), предназначенными для подключения периферийных устройств (функций) или концентраторов нижнего уровня. Концентратор распознает подключение устройств к портам или отключение от них и может управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Концентратор обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных сегментов.
Концентраторы могут управлять подачей питания на нисходящие порты; предусматривается установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом.
Система USB разделяется на уровни с определенными правилами взаимодействия. Периферийное устройство USB содержит интерфейсную часть, часть устройства и функциональную часть. Центральная часть системы USB тоже делится на три части - интерфейсную, системную и программное обеспечение (ПО) устройства. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач, логическое и реальное взаимодействие между ними иллюстрирует рис. 27.1.
Рис. 27.1. Взаимодействие компонентов системы USB
В рассматриваемую структуру входят следующие элементы:
физическое устройство USB – периферийное устройство на интерфейсе, выполняющее функции, интересующие конечного пользователя;
клиент – программное обеспечение конкретного устройства (драйвер);
система USB - системная поддержка USB, независимая от конкретных устройств и клиентского программного обеспечения;
шинный интерфейс USB - аппаратные и программные средства для подключения периферийных устройств USB к компьютеру.
