Ján Šaliga Technical University of Košice Slovak Republic

Transcription

1 USB Ján Šaliga Technical University of Košice Slovak Republic Čo je USB? Universal Serial Bus USB , USB , Wireless USB 2005 Zameranie: pripojenie bežných periférií k PC (klávesnica, myš, monitor, modem, tlačiareň atď.) bez obmedzenia na charakter periférie Výhody v porovnaní s RS xxx: vyššia prenosová rýchlosť, väčší počet pripojených zariadení sieťovanie, hot plug-in/plug-off, univerzálnosť, možnosť napájania zo zbernice (100/500mA, 5V) Nevýhoda zložitejší hardvér (nutná vyrovnávacia pamäť a hardvérové riadenie komunikácie) a softvér 1

2 Základné parametre Pripojenie až 127 zariadení pri malých realizačných nákladoch (obvody, konektory, káble, softvér) Prenosová rýchlosť max. 1.5Mb/s (low), 12Mb/s (full), 480Mb/s (High USB 2.0), možnosť zaručiť požadovanú prenosovú rýchlosť pre zriadenie = izochrónny prenos Obojsmerný prenos po dvojici vodičov (diferenciálny signál) - popoloduplex Autokonfigurácia, pripojenie / odpojenie zariadenia aj počas prevádzky Možnosť detekcie a korekciechýb pri prenose (CRC) Fyzická štruktúra 2

3 Komunikácia po USB Založená na adresovaní každé zariadenie má hostiteľom priradenú jedinečnú adresu pri pripojení Akákoľvek komunikácia je vždy aktivovaná hostiteľom (token packed) v cykloch 1ms, resp. 125μs (HS), ktorý určuje typ prenosu, smer a zariadenie. Nasleduje prenos dát vo forme správy alebo toku (stream nedefinovaný formát) Pri komunikácii sa vytvárajú tzv. trubice (pipes) pre prenos dát medzi hostiteľom a koncovými zariadeniami (endpoint) Princíp: Pri pripojení (zapnutí) má zariadenie adresu 0 (default) Hostiteľ vyhľadáva periodicky nové zariadenia s adresou 0, identifikuje ich, priraďuje im novú nenulovú adresu a zavádza ovládač Ak je zariadenie hub, má všetky porty nadol (downstream) zakázané. Po jeho identifikácii hostiteľ postupne uvoľňuje porty a hľadá zariadenia s adresou 0 Signalizovanie prenosovej rýchlosti 3.0 až 3.6V 3.0 až 3.6V 3

4 Signalizácia HS Elektrické parametre signálov Budiče pre LS a FS: L: < 0,3V pri R=1,5kΩ na 3.6V H: > 2,8V pri R=1,5kΩ na GND Budiče pre HS: L: 0V +/-10mV pri R=45Ω L: 400mV +/-10% pri R=45Ω Tienený kábel dĺžky 3 a 5m, pre FS a HS s skrúcaný s charakteristickou impedanciou 45Ω 4

5 Konektory a káble Rôzne konektory pre hostiteľa a funkciu Osadenie a značenie vodičov 5

6 Prenos dát Modulácia NRZI s vkladaním výplňového bitu 0 (stuffing) po 6 za sebou nasledujúcich jednotkách umožňuje odvodiť takt v prijímači Na začiatku paketu synchronizažné pole 8, resp. 32 bitov (HS) Typy prenosov Riadiaci prenos (control transfer) slúži na konfiguráciu zariadenia, riadenie, zisťovanie stavu a riadenie iných trubíc. Má vysokú prioritu a prenáša sa max. 64 bajtov Prenos s prerušením (interrupt transfer) zaručuje max. oneskorenie prenosu slúži pre prenos malého množstva dát typicky 8bajtov v pravidelných cykloch používa sa napr. pre klávesnicu, myš a pod. Pri chybe sa opakuje. Hromadný prenos (bulk transfer) zaručuje doručenie a šírku pásma, nezaručuje oneskorenie -používa sa pre časovo nekritický prenos veľkého množstva dát napr. tlačiareň alebo skener. Pri chybe sa opakuje. Izochónny prenos (Izochronous transfer) zaručuje požadovanú šírku pásma a oneskorenie - používa sa na prenos časovo kritických dát, napr. zo zvukovej karty alebo kamery. Pri chybe sa prenos neopakuje. 6

7 Protokol Bity sú vysielané od LSB po MSB Každý paket začína synchronizačným poľom SYNC 8/32 bitov (0; posledný oddeľovací bit = 1) Nasleduje pole identifikátora paketu (PID): xx01b token (adresovanie, označenie začiatku) xx11b dáta xx10b handshake (indikácia chyby, schopnosti vysielať,...) xx00b špeciálny (handshake, token) 7 bitová adresa funkcie (zariadenia) + 4 bity endpoint určujúce typ pipe (IN, SETUP, OUT a PING) 11 bitov FRAME NUMBER určuje poradové číslo mikroframu v rámci prenosu veľkého bloku dát 0 až 1024 bajtov dáta 5/16 bitov CRC (token/data) Wireless USB Máj 12, 2005 (rev. 1) Zámer: zachovať všetky pozitíva Wired USB = klasicé USB CUSB (užívateľská jednoduchosť, flexibilita, softvérová kompatibilita, prenosová rýchlosť a bezpečnosť) ale odstrániť káble a rôzne konektory Rozšírenie aplikácií z oblasti PC do segmentu spotrebnej elektroniky a mobilných aplikácií a inde. 7

8 Wireless USB (WUSB) technológia Založená na myšlienke princípe tzv. Wireless Personal Area Network (WPAN) s dosahom iba niekoľko metrov pri využití ultra širokopásmovej vf technológie (Ultra Wideband RF technology - UWB) vo frekvenčnom rozsahu GHz (teda 7GHz!!!) so šírkou kanála viac ako 500MHz channel ale s veľmi malým vysielacím výkonom. SS Spread spectrum NB - Narrow band WLAN IEEE a/g 8

9 Vlastnosti WUSB Softvérová kompatibilita s klasickým USB Šírka pásma 480Mb/s na 3m. S rastúcou vzdialenosťou klesá Škálovateľnosť možnosť využiť súčasne viacero kanálov a tak zvýšiť šírku pásma až nad 1Gb/s Rozšírený manažment napájania Bezpečnosť kryptovanie dát Jednoduchosť použitia WUSB huby WUSB 9

10 UWB technology High Speed WPAN Applications Convergence layer UWB PHY and MAC layers Porovnanie typov bezdrôtových sietí 10

11 Ovládanie v LabVIEW Prístroj - VISA s zadaním príslušného mena Multifunkčná karta funkcie z knižnice NI DAQmX Univerzálne VISA VISA bus-specific 11