Структура системы USB

Шина USB может быть описана с помощью трёх составляющих:

§ USB коммутация (interconnect);

§ USB устройства (devices);

§ USB хост (host).

Коммутация USB - способ, которым USB устройства связаны с хостом. Под этим понятием подразумевается следующее:

§ Топология шины: способ организации физических связей между USB устройствами и хостом;

§ Межуровневые зависимости: USB задачи, которые выполняет каждый уровень в системе;

§ Модели потока данных: способ, которым данные перемещаются в системе посредством USB между источником и приёмником информации;

§ Планирование: USB предоставляет коммуникации (каналы связи), совместно используемые устройствами. Доступ к каналам планируется так, чтобы поддерживать изохронную передачу данных и снизить затраты на арбитраж.

Напомним, что изохронная передача это передача данных, применяемая для обмена информацией в "реальном времени". На каждом временном интервале требуется передавать строго определенное количество данных, но доставка информации не гарантирована (передача ведется без повторения при сбоях, допускается потеря пакетов). Такие передачи занимают предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеют заданную задержку доставки. Изохронные передачи обычно используются в мультимедийных устройствах для аудио и видеоданных, например, цифровая передача голоса.

Топология шины

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды (пирамиды) (рис. 4)pic>frame@img/21.hlp.

Центром каждой звезды является хаб. Каждый кабельный сегмент соединяет две точки — хаб и другой хаб.

В системе имеется один (и только один) хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды устройств и хабов. Хост-контроллер интегрируется с корневым концентратором - хабом (Root Hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения — портов. Контроллер USB, входящий в состав чипсетов, обычно имеет встроенный двух портовый хаб. Логически устройство, подключенное к любому хабу USB и сконфигурированное, может рассматриваться как непосредственно подключенное к головному (хост) контроллеру.

Рис. 4. Т опология многоярусной звезды (пирамиды)

Хаб (концентратор) — ключевой элемент системы PnP в архитектуре USB. Хаб является кабельным концентратором, поэтому в русскоязычной литературе часто используется именно термин концентратор. На рис. 5 pic>frame@img/22.hlpпредставлен хаб типичной архитектуры. Точки подключения называются портами хаба.

Рис. 5. Хаб типичной архитектуры

Хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура допускает соединение нескольких хабов. У каждого хаба имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (Downstream), предназначенными для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение устройств к портам или отключение от них и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных. Хабы могут управлять подачей питания на нисходящие порты.

На рис. 6 pic>frame@img/23.hlpпоказано, как хабы обеспечивают связность различных устройств в компьютерной системе.

Рис. 6. Связность устройств в компьютерной системе

Функция

Функции представляют собой устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Это отдельные ПУ с кабелем, подключаемым к порту хаба. В одном корпусе может быть несколько функций со встроенным хабом. Он обеспечивает их подключение к одному порту. Эти комбинированные устройства для хоста являются хабами с постоянно подключенными устройствами. Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом — ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации.

Примерами функций являются 9 (рис. 6):

§ Указатели — мышь, планшет, световое перо.

§ Устройства ввода — клавиатура или сканер.

§ Устройство вывода — принтер, звуковые колонки (цифровые).

§ Телефонный адаптер.