Magistrala serială universală USB

1.1. DESCRIERE GENERALÃ

Magistrala USB reprezintã solutia oferitã comunicatiilor seriale de noua generatie

de calculatoare PC. Este o interfatã serialã rapidã, bidirectionalã, ieftinã si usor de folosit.

USB a fost creatã ca un standard industrial, o extensie a arhitecturii PC orientatã spre

armonizarea cu standardele de comunicatie din telefonie, ceea ce este numit CTI

(Computer Telephony Integration). Acest aspect este considerat fundamental din punct de

vedere al aplicatiilor generatiei urmãtoare.

Avantajele acestei solutii fatã de bãtrâna interfatã serialã RS-232 transformatã prin

îmbunãtãtiri în EIA/TIA-232-E sunt:

• rata de transfer - poate atinge 12 Mbps fatã de 115 000 bps;

• conecteazã pâna la 127 de dispozitive la PC, (ceea ce înseamnã cã

opereazã ca o magistralã) fatã de numai 2 dispozitive;

• usor de utilizat de cãtre utilizatorul final (end user) -

adãugarea/eliminarea de dispozitive în/din sistem este foarte comodã;

• are un protocol flexibil;

• este o solutie ieftina de interconectare.

Specificatiile acestei magistrale descriu atributele de magistralã, definesc protocolul,

tipurile de tranzactii, administrarea magistralei (bus management) si totodatã furnizeazã

informatii necesare pentru construirea unui sistem în acest standard.

USB este o magistralã pe cablu care permite schimb de date între un calculator

gazdã si o gamã largã de periferice accesibile simultan. Magistrala permite ca perifericul sã

fie atasat, configurat, folosit si deconectat în timp ce gazda si celelalte periferice opereazã.

USB a fost proiectatã în primul rând pentru utilizatorii care nu doresc sã intre în detalii de

instalare hardware, astfel sistemul complicat de cablare a fost înlocuit cu un control

software. Toate problemele presupuse de interconectarea mai multor dispozitive cu

performante si rate de transfer diferite sunt tratate prin software.

Magistrala USB defineste trei categorii de dispozitive fizice:

• gazda USB (USB Host)

• functii USB (USB function)

• distribuitoare USB (USB Hub)

Acestea sunt interconectate într-o topologie specificã de tip stea multiplã. Topologia USB

este reprezentatã sugestiv în Fig. 1.1. Din figurã se poate observa cã USB face legãtura

între dispozitivele USB si gazdã. În nodul fiecãrei stele se gãseste un hub. Între elemente

legãtura este fãcutã cu segmente de cablu: fiecare segment de cablu face legãtura punct la

punct (point-to-point) între gazdã si o functie sau un hub sau între hub si o functie sau un

alt hub.

În sistem existã o singurã gazdã. Interfata dintre gazdã si sistemul USB se numeste Host

Controller; poate fi o combinatie hardware, software sau firmware. Gazda are implicit un

hub care se numeste Root Hub si pune la dispozitie unul sau mai multe pucte de legãturã.

Punctele de legãturã se numesc porturi.

Hub-urile si functiile USB sunt referite global ca dispozitive USB. Un hub furnizeazã

puncte de legãturã suplimentare, iar o fuctie furnizezã facilitãti suplimentare sistemului.

Dispozitivele USB recunosc protocolul USB, rãspund la operatii standard si recunosc

informatia desriptivã din informatia vehiculata în magistralã. Dispozitivele si gazda USB

vor fi descrise mai amãnuntit în unul din subcapitolele urmãtoare.

În ceea ce priveste initiatorul transferurilor de date pe magistralã, acestea este doar gazda.

Protocolul folosit este protocol prin interogare (de tip polled). Datele vehiculate pe

magistralã sunt grupate în pachete; o tranzactie de magistralã implicã transmiterea a cel

mult trei pachete. Fiecare tranzactie începe prin trimiterea de cãtre gazdã a unui pachet de

semnalizare -token packet- care descrie tipul si sensul tranzactiei, adresa dispozitivului

USB si numãrul nodului destinatie (endpoint). Dispozitivul adresat se autoselecteazã prin

Host

Root Hub

Hub 1

Nod

Hub 2

Hub 3 Hub 4

Nod

Nod

Nod

Nod

Nod Nod

Fig. 1.1. Topologia magistralei USB

decodificarea adresei ce-i corespunde. Urmeazã transferul de date de la gazdã spre

dispozitivul adresat sau invers, dupã cum este specificat în pachetul de semnalizare.