Universal Serial Bus (USB) - vision.gel.ulaval.ca

1 Universal Serial Bus (USB)GIF-1001 Ordinateurs: Structure et Applications, Hiver 2018 Jean-Fran ois LalondePimpMyRidePimpMySerial PortPourquoi le USB? 6 1997 Circa maintenantQu est-ce qui utilise USB? 7 d un r seau USB Un r seau USB a une topologie en toile. Le port USB est contr l enti rement par un contr leur unique appel h te ( host ). Souvent l ordinateur, il initie toutes les communications, et est le ma tre absolu du bus. Les hubs permettent de relier plusieurs appareils un seul port USB. Le r le principal des hubs est de transf rer les donn es de l h te aux p riph riques. Chaque hub contr le ses ports afin de savoir si un appareil s y connecte Il peut y avoir 5 niveaux de hub en plus du hub racine. Il y a 127 appareils maximum dans un r seau USB (excluant l h te). Chaque appareil a son adresse. 8 HostHUB RootHUB 1 HUB 2 HUB 3 USB DeviceUSB DeviceUSB DeviceUSB DeviceMat riel et connecteurs Le c ble USB est constitu de 4 fils: Vbus est l alimentation 5 Vdc (entre et ) (peut alimenter les appareils branch s sur le bus!)

2 D- et D+ servent au transport des donn es. GND est la r f rence lectrique 9 Universal Serial Bus Specification Revision USB DevicesUSB devices are one of the following: Hubs, which provide additional attachment points to the USB Functions, which provide capabilities to the system, such as an ISDN connection, a digital joystick, orspeakersUSB devices present a standard USB interface in terms of the following: Their comprehension of the USB protocol Their response to standard USB operations, such as configuration and reset Their standard capability descriptive informationAdditional information concerning USB devices may be found in Section and in Chapter Physical InterfaceThe physical interface of the USB is described in the electrical (Chapter 7) and mechanical (Chapter 6)specifications for the ElectricalThe USB transfers signal and power over a four-wire cable, shown in Figure 4-2. The signaling occurs overtwo wires on each point-to-point are three data rates: The USB high-speed signaling bit rate is 480 Mb/s.

3 The USB full-speed signaling bit rate is 12 Mb/s. A limited capability low-speed signaling mode is also defined at host controllers and hubs provide capabilities so that full-speed and low-speed data can betransmitted at high-speed between the host controller and the hub, but transmitted between the hub and thedevice at full-speed or low-speed. This capability minimizes the impact that full-speed and low-speeddevices have upon the bandwidth available for high-speed low-speed mode is defined to support a limited number of low-bandwidth devices, such as mice,because more general use would degrade bus clock is transmitted, encoded along with the differential data. The clock encoding scheme is NRZI with bit stuffing to ensure adequate transitions. A SYNC field precedes each packet to allow the receiver(s)to synchronize their bit recovery +D-VBUSGNDD+D-Figure 4-2. USB CableMat riel connecteurs Il y a deux types de connecteurs USB: A et B. Pour garantir la topologie toile, les connecteurs: A pointent toujours vers le haut, vers l h te B pointent toujours vers le bas, vers les p riph riques 10 Tir de ( ) riel connecteurs 11source: (m le)standard-Bstandard-A (femelle)Port s rie: on emballe les donn es 12 Mot envoyerBit de d partBit d arr tBit de parit USB: on emballe aussi les donn es!

4 13 Mot envoyerPlusieurs bits de d partPID, adresseCRCUSB: paquets Un paquet est divis en plusieurs parties: Transition ( SYNC ): 10101010 en succession rapide pour synchroniser les horloges PID : packet identifier , qui indique le type de paquet Donn es: donn es transmettre Adresse: appareil qui s adresse ce paquet Correction d erreur ( Cyclic Redundancy Check , CRC) 14 TransitionPIDDonn esAdresseCRCBit de parit sur les st ro desUSB: paquets Il existe plusieurs types de paquets. Par exemple: IN : indique le d marrage d un transfert de donn es d un p riph rique vers l h te OUT : indique le d marrage d un transfert de donn es de l h te vers le p riph rique DATA0 : contient les donn es transf rer ACK : indique que les donn es ont t re ues sans erreur SETUP : indique un envoi de donn es de configuration 15 TransitionPIDDonn esAdresseCRC change de donn es: transactions Les transferts de donn es sont faits en mode half-duplex (USB : full-duplex) C est l h te qui initie tous les transferts de donn es.

5 La plupart des transactions n cessite l envoi de 3 paquets: 1. Token packet : l h te envoie un paquet d crivant le type, et la direction de la transaction. Le paquet contient: L adresse de l appareil USB Le num ro de terminaison sur cet appareil 2. Data packet : L appareil USB correspondant s active en fonction de l adresse re ue. Un deuxi me paquet est envoy : Le paquet contient les donn es correspondant la transaction demand e, Le paquet est envoy selon la direction de la transaction (h te vers appareil, ou appareil vers h te), 3. Handshake packet : l appareil de destination indique si la transaction a t compl t e avec succ s ou non. 16 Exemple de transaction 17 HostHUB RootHUB 1 HUB 2 HUB 3 USB DeviceUSB DeviceUSB DeviceUSB DeviceINTransfert de donn esdu p riph rique vers l h te1. Paquet IN pour demander au p riph rique d envoyer des donn es l h te Exemple de transaction 18 HostHUB RootHUB 1 HUB 2 HUB 3 USB DeviceUSB DeviceUSB DeviceUSB DeviceINTransfert de donn esdu p riph rique vers l h te1.

6 Paquet IN pour demander au p riph rique d envoyer des donn es l h te Comment les HUB font-ils pour savoir o envoyer le paquet?USB: paquets Un paquet est divis en plusieurs parties: Transition ( SYNC ): 10101010 en succession rapide pour synchroniser les horloges PID : packet identifier , qui indique le type de paquet Donn es: donn es transmettre Adresse: appareil qui s adresse ce paquet Correction d erreur ( Cyclic Redundancy Check , CRC) 19 TransitionPIDDonn esAdresseCRCC haque paquet poss de une adresse, qui correspond son destinataire. Exemple de transaction 20 HostHUB RootHUB 1 HUB 2 HUB 3 USB DeviceUSB DeviceUSB DeviceUSB DeviceDATA0 Transfert de donn esdu p riph rique vers l h te1. Paquet IN pour demander au p riph rique d envoyer des donn es l h te 2. Paquet DATA0 qui contient les donn es du p riph rique Exemple de transaction 21 HostHUB RootHUB 1 HUB 2 HUB 3 USB DeviceUSB DeviceUSB DeviceUSB DeviceACKT ransfert de donn esdu p riph rique vers l h te1.

7 Paquet IN pour demander au p riph rique d envoyer des donn es l h te 2. Paquet DATA0 qui contient les donn es du p riph rique 3. Paquet ACK pour indiquer au p riph rique que tout a t bien re de communication Exemples de transactions: Transfert de donn es, du p riph rique vers l h te Transfert de donn es, de l h te vers le p riph rique Configuration, de l h te vers le p riph rique 22L gende: Token Data Handshake SETUPDATA0 ACKh te vers appareilappareil vers h teINDATA0 ACKOUTDATA0 ACKT ransfert En plus des diff rents types de paquets, la norme USB d finit: diff rents types de transfert l ordre (temporel) dans lequel ces transferts sont effectu s 23 Types de transfert Le USB supporte 4 types de transfert: de contr le: sert la configuration et la commande d un appareil. Il est effectu partir de la terminaison 0. isochrone: est un mode de transfert pour lequel les donn es sont transmise vitesse constante, et garantie. Id al pour les flux de donn es ( streaming ).

8 Par interruption: est utilis par les appareils ayant peu de donn es transmettre, mais ayant des donn es qui doivent tre transmises rapidement (exemple: clavier ou souris). Ce ne sont pas de vraies interruptions: elles sont d tect es par interrogation successives ( polling ) de provenant l h te. La fr quence de ces interrogations est donn e par les descripteurs de l appareil. par bloc: permet de transf rer des volumes importants de donn es lorsqu il n y a pas de contraintes temporelles (exemple: imprimante). 24 Trames USB: ordre temporel Le SOF indique le d part d une trame USB On commence tout d abord par les transferts isochrones leur taux de transfert doit tre garanti, il faut s assurer d avoir le temps. Donc, on commence par eux Ensuite, les interruptions Finalement, les transactions restantes (de contr le et en bloc) sont les moins prioritaires, on les garde donc pour la fin (s il reste du temps). Elles sont s lectionn es par tourniquet (chacun son tour).

9 25 SOFI sochronesInterruptionsde contr le et en bloc