Funciones y Host USB
HOST USB:
– Es el computador mismo, concretamente una parte del mismo denominado Controlador USB del Host
– Tiene la misión de hacer de interfaz entre el computador y los diferentes dispositivos
– Su implementación es una combinación software y hardware todo en uno, es decir Firmware
Funciones y Host USB
FUNCIONES USB:
– Son todos los dispositivos que pueden conectarse al bus USB, a excepción de los hubs (ratón, monitor, modem…)
– Son capaces de recibir y transmitir información, ya sea del usuario o de control
– Comparten cable y conectores comunes
– Pueden ser a la vez nuevos hubs
Host USB – Hardware y Software
El HOST es responsable a nivel hardware dentro del sistema USB de:
– detectar y configurar nuevos dispositivos
– administrar y controlar flujo de datos y de control entre el host y los dispositivos USB
– obtener información de los elementos del sistema
– proveer una cantidad de energía eléctrica limitada para aquellos dispositivos que pueden abastecerse con tan solo la energía provinente del computador
Host USB – Hardware y Software
A nivel de software:
– enumeración y configuración de los dispositivos del sistema
– administración de control de transferencias de información
– administración avanzada de suministro eléctrico a los dispositivos
– adiministración de la información del bus y los dispositivos USB
Características Principales
Todo dispositivo USB tiene mismo cable y conector.
Detalles consumo y administración eléctrica transparentes.
Plug & Play, Hot plugging y Hot unplugging.
Mismo bus para dispositivos lentos y rápidos.
Pc identifica y configura dispositivo mientras opera.
Bajo coste.
Dispositivos no necesitan cable extra de alimentación.
10 veces más rápido que los puertos serie tradicionales.
Recursos del dispositivo
El puerto USB sólo necesita una IRQ y una @ de memoria.
TODOS los dispositivos UNA sola ID para identificación.
Los puertos standard necesitan 5 IRQ’s, varias DMA’s y muchas @ de memoria.
Descripción del Sistema USB
Compuesto por tres partes diferenciadas:
HOST USB
Dispositivos USB
Interconexión USB
Interconexión en el BUS USB
Topologia en estrella estratificada piramidalmente.
Cada centro de la estrella es un HUB: dispositivo que, por un lado se conecta a un PC o a otro HUB, y por el otro permite conectar varios dispositivos ó más hubs.
Ejemplo: Un monitor USB podria tener 3 conectores para teclado, ratón y altavoces; por su parte, el teclado podria tener otro conector para un joystick, y así sucesivamente.
Los HUBs USB
Permite varias conexiones simultaneas.
Un HUB puede conectarse a otro, multiplicando así las conexiones posibles.
Está compuesto por dos partes:
Controlador del hub: supervisa las funciones que desempeña un HUB.
Repetidor del Hub: analiza, corrige y retransmite la información que llega al HUB hacia los puertos del mismo.
Los HUBs USB: Funciones
Detecta la conexión de un periférico, notifica al controlador del HUB, por lo que se configura el dispositivo en el SO.
Cuando el dispositivo se desconecta, el HUB lo notifica y el controlador del host ordena al SO descargar los drivers.
Para conseguir el máximo número de dispositivos posibles interconectados, necesitamos intercalar HUBs con toma de alimentación electrica, ya que:
Las placas actuales sólo tienen dos conectores.
El puerto solo suministra 500 mA, suficiente para la mayoría de dispositivos, pero corto para impresoras, scaners…
Dispositivos
Hasta 127 dispositivos en cadena mediante HUBs USB.
Cada dispositivo hasta 5m de cable vs. 1m puerto serie.
Cada dispositivo puede actuar como HUB USB.
Actualmente, los dispositivos del mercado no aprovechan la capacidad de hacer de HUB.
Arquitectura general
Todos los dispositivos USB responden a un patrón. Comprenden los mismos elementos funcionales:
Transceiver: Encargado de seleccionar la velocidad de comunicación del dispositivo (12 o 1.5 Mbps).
Serial Interface Engine (SIE): Trata la información y la serializa o deserializa. Además codifica en NRZI, controla CRC, maneja protocolo de comunicación y la secuencia de paquetes.
Arquitectura general
Function Interface Unit (FIU): Administración de datos basado en estado de colas FIFO y envío de interrupciones.
FIFOs: El controlador tiene 8 buffers FIFO: 4 para transmision y 4 para recepción
Para transmisión/recepción de datos 4 funciones:
0: Almacena info de control de transferencias
1, 2 y 3: Control de interrupciones, Tx isocrónicas y bulk
Controladores Software (Drivers)
Organizados por estructura de capas:
Parte principal: USBD. Todas las llamadas de acceso que los drivers necesitan.
Host Controller Driver: habla con cada controlador en particular. Da soporte a cualquier tipo de controlador, aunque actualemnte solo existen dos:
Universal Host Controller Interface y Open HCI
Controladores Software (Drivers)
Por encima de USBD, y como driver, esta el HUBD.
Consta de un demonio khubdd, que se dedica a esperar a que pase algo en los puertos de los hubs. Cuando esto sucede, lo notifica a USBD, que acuta en consecuencia.
Cuando un driver se inicializa, se registra en el sistema USB.
Cuando un dispositivo se conecta, mira la listade registro, escoge el más adecuado para su funcionamiento y le pide que configure el dispositivo en el sistema.
Modelo lógico funcional
Conectores
El Pc Host
El proceso de autodetección tiene que estar siempre activo para poder detectar nuevos perifericos
Una vez detectado tiene que configurarse para el nuev
El proceso de conexión
Conexión punto a punto
Las comunicaciones son inicializadas por el ‘root hub’
La señalización es half-duplex
No manda el clock, transmisión asincrona, (se manda en la trama)
Transmisión empaquetada.
Transmisióna a 12 MHz, pero muestreo de las señales a 48 MHz (mejora de la calidad).
Como transmite el bus.
Información
Bus inactivo
D+ ? Vel. Alta (12Mbps)
D- ? Vel. Lenta (1,5 Mbps)
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