USB

Накладные расходы и загрузка шины

Подробности

Родительская категория: USB

Категория: Пропускная способность USB и изохронные передачи

К накладным расходам при передаче по последовательной шине относятся:

• затраты на служебную информацию (пакеты маркеров и подтверждений, служебные поля пакетов данных);
• затраты на вставку бит: 6 последовательных единиц в любых полях кадра влекут за собой передачу по шине дополнительного вставленного бита. Доля этих накладных расходов может быть в пределах 0–15% от объема полезных данных. Из-за неопределенности этой доли данные затраты в нижеприведенных таблицах не учтены;
• задержки распространения сигналов в кабелях и хабах;
• внутренние задержки устройств при ответах на транзакции;
• затраты на повторы транзакций в случае ошибок приема и неготовности устройства.

Накладные расходы на каждую транзакцию зависят от ее типа; наиболее выгодные — изохронные (нет подтверждения), самые ресурсоемкие — управляющие трехстадийные. Число байт накладных расходов на каждую транзакцию, отнесенное к числу байт полезных данных для полной и высокой скорости, приведено в табл. 1 (низкую скорость в «соревнованиях» не рассматриваем). В таблице приведена и эффективность использования пропускной способности шины во время указанных транзакций. Большие накладные расходы на высокой скорости объясняются большим влиянием задержек распространения: на полной скорости время оборота «поглощает» до двух байт, а на высокой — до 90 (поскольку битовый интервал около 2 нс много меньше допустимых задержек распространения).

Таблица 1. Накладные расходы на одну транзакцию и максимальная эффективность использования шины

Скорость	FS	HS
Тип	Накладные расходы/Размер данных — Эффективность
Изохронные	9/1023 — 99%	38/1024 — 96%
Прерывания	13/64 — 83%	55/1024 — 95%
Передача массивов	13/64 — 83%	55/512 — 90%
Управление (3 стадии)	45/64 — 59%	173/64 — 27%

 

Очевидно, что с точки зрения уменьшения доли накладных расходов шины выгодно использовать транзакции с пакетами данных максимальной длины. Однако такие транзакции занимают слишком много времени в микрокадре, оставляя мало места для других. Теоретически за каждый кадр (1 мс) на полной скорости (12 Мбит/с) по шине может быть передано 12 000 бит (вместе со вставленными) — 1,5 Кбайт, хотя реально это число меньше из-за задержек распространения и ответов. На высокой скорости (480 Мбит/с) в микрокадре (125 мкс) передается 60 000 бит — 7,5 кбайт.

В следующих таблицах приводятся параметры пропускной способности для разных типов передач в зависимости от размера поля данных. В этих таблицах приняты следующие обозначения: D — размер поля данных, V_EP — достижимая скорость для конечной точки, K_F — доля времени микрокадра, занимаемая транзакцией; V_BUS — максимальная пропускная способность шины с пакетами указанной длины.

Оценить возможность сочетания различных транзакций в микрокадре можно сложением занимаемых долей кадра (результат не должен превышать 100%). Из следующих таблиц видно, что низкоскоростные устройства при малой пропускной способности расходуют значительную часть времени шины. В USB 1.x с этим мирятся (ради простоты), а в USB 2.0 полоса высокоскоростной шины экономится за счет применения расщепленных транзакций (что требует существенного усложнения хабов).

 

Таблица 2. Пропускная способность транзакций на низкой скорости

D	VEP, Кбайт/с	KF	N	VBUS, Кбайт/с	VEP, Кбайт/с	KF	N	VBUS, Кбайт/с
	Управляющие передачи				Прерывания
1	1	26%	3	3	1	11%	9	9
2	2	27%	3	6	2	11%	8	16
4	4	28%	3	12	4	12%	8	32
8	8	30%	3	24	8	14%	6	48

 

Таблица 3. Пропускная способность транзакций на полной скорости

D	VEP, Кбайт/с	KF	N	VBUS, Кбайт/с	VEP, Кбайт/с	KF	N	VBUS, Кбайт/с
	Изохронные передачи				Передача массивов и прерывания
1	1	1%	150	150	1	1%	107	107
2	2	1%	136	272	2	1%	100	200
4	4	1%	115	460	4	1%	88	352
8	8	1%	88	704	8	1%	71	568
16	16	2%	60	960	16	2%	51	816
32	32	3%	36	1152	32	3%	33	1056
64	64	5%	20	1280	64	5%	19	1216
128	123	9%	10	1280	не дост.
256	256	18%	5	1280
512	512	35%	2	1024
1023	1023	69%	1	1023

 

Таблица 4. Пропускная способность транзакций на высокой скорости

D	VEP, Кбайт/с	KF	N	VBUS, Кбайт/с	VEP, Кбайт/с	KF	N	VBUS, Кбайт/с
	Изохронные передачи				Передача массивов и прерывания
1	8	1%	192	1536	8	1%	133	1064
2	16	1%	187	2992	16	1%	131	2096
4	32	1%	178	5696	32	1%	127	4064
8	64	1%	163	10432	64	1%	119	7616
16	128	1%	138	17664	128	1%	105	13440
32	256	1%	107	27392	256	1%	86	22016
64	512	1%	73	37376	512	2%	63	32256
128	1024	2%	45	46080	1024	2%	40	40960
256	2048	4%	25	51200	2048	4%	24	49152
512	4096	7%	13	53248	4096	8%	13	53248
1024	8192	14%	7	57344	8192	14%	6	49152
20481	16384	28%	3	49152	16384	28%	3	49152
30721	25576	41%	2	49152	25576	42%	2	49152

¹ — Для широкополосной конечной точки строки относятся к двум-трем транзакциям в микрокадре, в каждой из которых длина поля данных не превышает 1024 байт.

• < Назад
• Вперёд >