Контроллер хаба. Повторитель

Подробности

Родительская категория: USB

Категория: Хабы USB

Контроллер хаба является программно-видимым устройством USB, взаимодействуя с которым хост управляет конфигурированием устройств и соединениями на шине. Как и всякое устройство USB, контроллер хаба имеет набор дескрипторов, его описывающих. Для хабов определен специальный класс устройств (класс 09, подкласс 00). Интерфейс хаба (кроме обязательной нулевой контрольной точки) содержит конечную точку типа Interrupt-IN для информирования хоста о смене состояния. Управление хабом в целом и его портами выполняется с помощью специальных запросов к точке EP0. Их описание в табл.

Повторитель хаба обеспечивает динамические соединения между портами для трансляции пакетов и сигналов возобновления. В состоянии покоя повторителя все порты работают на прием и ожидают признака начала кадра или сигнала возобновления. По этим событиям устанавливается то или иное соединение портов (см. рисунок ниже).

В трансляции пакетов участвуют только разрешенные порты (восходящий разрешен всегда). Если какой-либо разрешенный порт обнаружил начало пакета, то устанавливается соединение в соответствии с рисунком б или в, и повторитель транслирует пакет, дожидаясь его конца (признака EOP). По концу пакета повторитель опять переходит в состояние покоя. Из рисунков видно, что нисходящий трафик транслируется широковещательно. Восходящий трафик транслируется сугубо направленно, так, что его «видят» только хабы, расположенные в цепочке от устройства к хосту, но не другие устройства.

Сигнал возобновления (resume) транслируется несколько иначе. С восходящего порта сигнал resume транслируется во все нисходящие порты, кроме запрещенных и селективно приостановленных. Сигнал resume, обнаруженный на нисходящем разрешенном порте, подхватывается хабом и транслируется в восходящий порт и во все нисходящие порты (включая и порт-источник сигнала), кроме запрещенных и селективно приостановленных. С селективно приостановленного порта сигнал возобновления подхватывается и транслируется обратно только в этот же порт, после чего хаб завершает сигнализацию возобновления (LS-EOP) и переводит порт в разрешенное состояние.

«Открытый» хост-контроллер — OHC

Подробности

Родительская категория: USB

Категория: Хост USB

Спецификация интерфейса «открытого» хост-контроллера OpenHCI (OHCI) разработана компаниями Compaq, Microsoft и National Semiconductor и описана в документе «Open Host Controller Interface Specification for USB». Версия 1.0a этого документа опубликована в 1999 году. Контроллер OHC, как и UHC, предназначен для поддержки скоростей FS/LS. Однако аппаратные средства OHC берут на себя большую часть забот планирования, разгружая ЦП от рутины постоянной обработки дескрипторов. Контроллер OHC оперирует дескрипторами конечных точек и дескрипторами передач.

Дескрипторы конечных точек ED (Endpoint Descriptor) создаются для всех сконфигурированных конечных точек всех подключенных устройств. Эти дескрипторы размещаются в памяти и связываются между собой; конфигурация связей задает порядок их обслуживания хост-контроллером. Дескриптор конечной точки описывает ее полный адрес и направление, тип, допустимый размер пакета, скорость, состояние точки и дескриптора, указатели на очереди передач, связанных с данной точкой, указатель на дескриптор следующей точки. Для всех точек управления (Control) и всех точек передач массивов (Bulk) создаются отдельные цепочки ED, на начала этих цепочек указывают специальные регистры OHC. Дескрипторы точек периодических передач организуются в «поваленное» двоичное дерево (см. рисунок ниже), в «ветвях» которого размещаются дескрипторы точек прерываний, а в «стволе» — дескрипторы точек прерываний с минимальным интервалом обслуживания и все дескрипторы точек изохронных передач. У дерева имеются 32 конечных ветви, проход по дереву осуществляется от конечных ветвей к стволу. В каждом из 32 смежных кадров вход осуществляется со своей ветви. Для этого в OHC имеется регистр базового адреса HCCA (Host Controller Communication Area, область коммуникаций хост-контроллера), указывающий на ветвь с номером 0, и счетчик кадров, 5 младших бит которого задают номер ветви входа для очередного кадра. Таким образом, через каждую ветвь пятого уровня (конечного) обработчик дескрипторов проходит 1 раз за 32 кадра (T = 32 мс), четвертого — 1 раз за 16 кадров (T = 16 мс), для третьего уровня — T = 8 мс, для второго — T = 4 мс, для первого — T = 2 мс, для нулевого (ствола) — T = 1 мс.

Дескрипторы передач TD (Transfer Descriptor), в отличие от TD UHC, для OHC действительно описывают передачи USB. Каждая передача может разбиваться на несколько транзакций, и это разбиение выполняет хост-контроллер исходя из размера пакета, установленного в дескрипторе конечной точки. Буфер данных для передачи может располагаться в одной или двух физических страницах памяти, возможно, разрозненных. В виртуальном пространстве логических адресов буфер должен быть непрерывной областью. Размер передачи может достигать 8 Кбайт, но если буфер начинается не с начала страницы, то допустимый размер передачи сократится (в худшем случае до 4097 байт). Дескрипторы передач собираются в очереди, которые прикрепляются к дескрипторам конечных точек.

Хост-контроллер OHC имеет таймеры, с помощью которых он осуществляет планирование транзакций в кадре. После SOF контроллер начинает обход цепочки ED для управляющих передач и выполняет столько из них, сколько успеет за время T1. Далее он начинает обход дерева периодических передач, от n-й конечной ветви до ствола, пока не пройдет по всем встретившимся ED. Если у него еще остается время в кадре, он снова берется за непериодические передачи (Bulk и Control). Отработанные (успешно или снятые по превышению порога ошибок) дескрипторы контроллер собирает в специальную очередь обработанных дескрипторов Done Queue, откуда их без труда извлекает драйвер. Контроллер может вырабатывать прерывания по завершению обработки TD, причем с заданной (для каждого TD) задержкой (или не вырабатывать запрос). Контроллер OHC имеет регистр для подстройки частоты кадров. В контроллер входит и корневой хаб на 2 или более порта.

Контроллер OHC, как и UHC, обычно является активным устройством PCI (Bus Master), но по сравнению с UHC наделен большим интеллектом. В контроллере предусмотрена поддержка контроллера клавиатуры и мыши (KBC) с помощью прерываний SMI, но, в отличие от UHC, в OHC имеются и специальные регистры, упрощающие задачу эмуляции.

Аудиоустройства

Подробности

Родительская категория: USB

Категория: Применение шины USB

Аудиоустройства с точки зрения USB представляют собой, как правило, композитные устройства, содержащие набор независимых интерфейсов. Путь любого аудиосигнала в аудиоустройстве начинается с входного терминала (Input Terminal) и заканчивается на выходном терминале (Output Terminal). Между терминалами могут находиться различные модули (Unit), осуществляющие какие-то преобразования и соединения.

Терминалы могут быть различных типов:

• USB-терминал — подключение к шине USB, с помощью которого через конечные точки (как правило, изохронные) осуществляется доставка потоков аудиоданных от хоста к устройству (входной терминал) или от устройства к хосту (выходной терминал). Для интерфейсов USB-терминалов определен подкласс 02 — AUDIOSTREAMING со своими специфическими дескрипторами, описывающими способ доставки (и синхронизации) и формат потока;
• входные (оконечные) терминалы: устройства для записи звуков — встроенные в устройства или внешне подключаемые микрофоны различных типов, наборы микрофонов для пространственной записи (каждой разновидности назначен свой код типа)
• выходные (оконечные) терминалы: устройства для воспроизведения звуков — колонки разных типов, наушники;
• двунаправленные (оконечные) терминалы: телефонные трубки и головные телефонные гарнитуры, без эхоподавления и с ним;
• телефонные терминалы: устройства подключения к телефонной сети и миниАТС;
• внешние терминалы: аналоговые и цифровые входы и выходы различных стандартов и форматов, включая интерфейсы S/PDIF и потоки аудиоданных, передаваемые по шине IEEE 1394;
• встроенные терминалы: проигрыватели грампластинок, CD, DVD, звуковое сопровождение TV и видеомагнитофонов, приемники (радио, телевизионные, спутниковые), устройства аналоговой и цифровой звукозаписи, радиопередатчики, синтезаторы, измерительные генераторы сигналов.

Всеми этими терминалами требуется управлять по шине USB; для них имеются дескрипторы, описывающие их управляемые свойства.

Модули (units), которые располагаются пути аудиосигнала, могут выполнять самые разнообразные функции: коммутация, регулировка уровня, микширование, панорамирование, фильтрация, реверберация и все возможные эффекты, которые стали легко реализуемыми с применением цифровой формы обработки сигналов. Для этих модулей введен подкласс 01 — AUDIOCONTROL, тоже со своими специфическими дескрипторами и запросами.

С аудиоустройствами тесно связаны и MIDI-устройства, являющиеся приемниками или источниками потоков MIDIсообщений. Для них введен подкласс 03 — MIDISTREAMING со своими специфическими дескрипторами и запросами. MIDIустройство USB может выступать как в роли простого конвертора интерфейсов (выполнять доставку сообщений между хостом и MIDI-разъемами на устройстве), так и MIDI-синтезатора, преобразующего MIDI-сообщения в аудиопотоки. При этом обрабатываться могут сообщения как с внешних разъемов, так и с шины USB. Синтезатор MIDI с точки зрения аудиоустройства является встроенным входным терминалом. Он поставляет аудиопоток, дальнейший путь которого определяется аудиоустройством (через интерфейсы подклассов 01 и 02).

Транзакции прерываний и передач массивов

Подробности

Родительская категория: USB

Категория: Протокол шины USB

Транзакции прерываний и передач массивов на шине выглядят одинаково. Здесь используются все механизмы управления потоком, надежной доставки и сигнализации, описанные выше. Инициализация переключателей (Toggle Bit) в устройстве и конечной точке контроля последовательности пакетов выполняется следующим образом:

• для конечных точек передачи массивов любое связанное с ней событие конфигурирования (установка конфигурации, интерфейса, обработка ошибки) устанавливает переключатели в положение DATA0. Подача нового запроса передачи (IRP) инициализации переключателей не вызывает;
• в транзакциях прерываний для обычных конечных точек используются только пакеты DATA0, поскольку для них в микрокадре возможна передача лишь одного пакета, а период опроса известен;
• в транзакциях прерываний для широкополосных конечных точек в микрокадре первым идет пакет данных DATA0, последующие пакеты в том же микрокадре идут с чередованием типов DATA1-DATA0.

Отметим, что по спецификациям USB транзакции прерываний могут использоваться как для ввода данных, так и для их вывода по запросу. Правда, случаи вывода по прерываниям рассматриваются не так подробно, как это имеет место для более привычного ввода. Ввод/вывод через транзакции Interrupt привлекателен возможностью получения и почти гарантированной скорости (не принимая в расчет ошибок передачи), и гарантированной доставки.