Реферат - Сравнительная характеристика последовательных и параллельных интерфейсов

Подождите немного. Документ загружается.

Все устройства USB подключаются через порты хабов. Хабы определяют

подключение и отключение устройств к своим портам и сообщают состояние

портов в ответ на запрос от контроллера. Хост разрешает работу порта и

адресуется к устройству через канал управления используя свой нулевой

адрес - USB default address. Все устройства адресуются этим адресом при

начальном подключении или после сброса.

Хост определяет, является подключенное устройство хабом или функцией и

назначает ему уникальные адрес USB. Хост устанавливает с этим

устройством канал управления используя назначенный адрес и нулевой

номер точки назначения.

Если новое устройство является хабом, хост определяет подключенные к

нему устройства устанавливает каналы и назначает для них адреса. Если

новое устройство является "функцией" уведомление о подключении

предается диспетчером USB соответствующему ПО.

Когда устройство отключается, хаб автоматически запрещает использование

соответствующего порта и сообщает об отключении контроллеру, который

удаляет сведения о данном устройстве из всех структур данных. Если

отключается хаб, то процесс удаления повторяется для всех подключенных к

нему устройств.

Нумерация устройств, подключенных к шине, осуществляется динамически

по мере подключения или отключения их питания без какого-либо

вмешательства пользователя или клиентского ПО. Процедура нумерации

выполняется следующим образом:

1. Хаб, к которому подключилось устройство, информирует хост о смене

состояния своего порта ответом на опрос состояния. С этого момента

устройство переходит в состояние "Attached" ("присоединено"), а порт, к

которому оно присоединено, в состояние "Disabled".

2. Хост уточняет состояние порта.

3. Узнав порт, к которому подключилось новое устройство, хост дает

команду сброса и разрешения порта.

4. Хаб формирует сигнал RESET для данного порта (10 мс) и переводит его в

состояние "Enabled". Подключенному устройству позволяется потреблять от

шины ток питания в пределах 100 мА. Устройство переходит в состояние

Powered, все его регистры переводятся в исходное состояние, и оно

отзывается на обращение по нулевому адресу.

5. До тех пор пока устройство не получит уникальный адрес, оно доступно по

дежурному каналу, по которому хост-контроллер может определять

максимально допустимый размер поля данных пакета.

6. Хост сообщает устройству его уникальный адрес, и оно переходит в

состояние "Addressed".

7. Хост считывает все конфигурации устройства, включая и заявленный ток

потребления от шины.

8. Исходя из полученной информации, хост конфигурирует все имеющиеся

конечные точки данного устройства, которое переводится в состояние

Configured. Теперь хаб позволяет устройству потреблять устройству от шины

полный ток, заявленный в конфигурации. С точки зрения устройства оно

становится готовым к использованию.

Когда устройство отделяется от шины, хаб уведомляет об этом хост и работа

порта запрещается, а хост обновляет свою текущую топологическую

информацию.

ТИПЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

USB поддерживает несколько режимов связи, как однонаправленных, так и

двунаправленных. Передача данных производится между ПО хоста и

конкретной конечной точкой устройства. Устройство может иметь несколько

конечных точек, связь с каждой из них устанавливается независимо от

других.

В архитектуре USB существуют четыре типа передаваемых данных:

1. Управляющие посылки (Control transfers)- используются для

конфигурирования во время подключения и в процессе работы для

управления устройствами. Протокол обеспечивает гарантированную

доставку данных. Длина поля данных управляющей посылки не превышает

64 байт для полной скорости и 8 байт для низкой.

2. Сплошные передачи (Bulk Data Transfer) сравнительно больших пакетов бе

жестких требований ко времени доставки. Эти передачи занимают всю

свободную полосу пропускания шины не занятую другими классами передач.

Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет этих

передач самый низкий, они могут приостановиться при большой загрузке

шины. Допускаются только на полной скорости передачи.

3. Прерывания (Interrupts) - короткие (до 64 байт на полной скорости и до 8

на низкой ) передачи типа вводимых символов или координат. Прерывания

имеют спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее чем того

требует устройство. Предел времени обслуживания устанавливается в

диапазоне 1-255 мс для полной скорости и 10-255 мс для низкой.

4. Изохронные передачи - непрерывные передачи в реальном времени,

занимающие предварительно согласованную часть пропускной способности

шины и имеющие заданную задержку доставки. В случае обнаружения

ошибки изохронные данные передаются без повтора - недействительные

пакеты просто игнорируются.

Полоса пропускания шины делится между всеми установленными каналами.

Выделенная полоса закрепляется за каналом и если установка нового канала

требует такой полосы, которая не вписывается в уже существующее

распределение, запрос на выделение канала отвергается.

Архитектура USB предусматривает внутреннюю буферизацию всех

устройств. USB должна обеспечивать обмен с такой скоростью, что бы

задержка данных в устройстве, вызванная буферизацией, не превышала

единиц миллисекунд.

Изохронные передачи классифицируются по способу синхронизации

конечных точек с системой: различают асинхронный, синхронный и

адаптивный классы устройств, каждому из которых соответствует свой тип

канала USB.

USB 2.0

В октябре 1999 года разработчики аппаратных средств, ранее

опубликовавшие спецификацию USB 1.1 (Compaq, Hewlett-Packard, Intel,

Lucent, Microsoft, NEC и Philips), представили спецификацию USB 2.0, в

которой предусмотрено повышение быстродействия шины в 40 (480 Мбит/с)

раз по сравнению с предыдущими версиями. USB 2.0 будет полностью

совместима с USB 1.1, и будет использовать те же самые кабели и

соединители. Ранее объявлялось повышение быстродействия в 10 - 20 раз, но

испытания показали, что пропускная способность 480 Мбит/с может быть

достигнута без ущерба для совместимости с версией USB 1.1. Ожидается, что

эта пропускная способность будет удовлетворять требованиям всех

пользователей в ближайшем будущем.

Разработчики считают, что появление этой версии шины окажет мощное

влияние на появление периферийных устройств следующего поколения.

Пропускной способности 12 Мбит/с вполне хватает таким периферийным

устройства как телефоны, клавиатуры, мыши, цифровые джойстики, приводы

гибких дисков, цифровые колонки, и принтеры нижнего уровня.

Возможность подключения этой периферии в USB 2.0 сохранится. Более

высокая полоса пропускания позволит использовать более современные

устройства, такие как , видеокамеры высокого разрешения, сканеры и

принтеры следующего поколения, скоростные внешние накопители.

Ожидается, что USB 2.0 будут поддерживаться чипсетами ведущих

производителей наряду с USB 1.1. Так же как и USB 1.1 USB 2.0 будет

позволять подключать периферийные устройства к всем классам

персональных компьютеров. Для применения в системах требующих

экономного расхода электроэнергии ( таких как ноутбуки и т.д.) в USB 2.0

как и в USB 1.1 предусмотрена мощная система управления питанием, что,

как ожидается, откроет для USB 2.0 рынок мобильных компьютеров.

Спецификация USB 2.0 выпущена в апреле 2000 года.

USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.

Для этих устройств регламентировано три режима работы:

Low-speed, 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств:

клавиатуры, мыши, джойстики)

Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)

Hi-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения

информации)

На сегодня для USB 2.0 существует лишь один солидный конкурент, это

IEEE 1394.

НЕДОСТАТКИ USB

Хотя в пиковая пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60

Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к

пиковой не удаётся. Это объясняется достаточно большими задержками

шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом

передачи. Например, шина FireWire хотя и обладает меньшей пиковой

пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с меньше, чем у USB

2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность

для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения

информации.

Параллельный интерфейс : LPT- порт

Порт параллельного интерфейса был введен в PC для подключения принтера

—LP’T-порт (Line PrinTer — построчный принтер).

Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров,

расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются от-

носительно базового адреса порта, стандартными значениями которого

являются 386h, 378h и 278h. Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-

битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов.

BIOS поддерживает до четырех LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом —

прерыванием INT 17h, обеспечивающим через них связь с принтерами по

интерфейсу Centronics. Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа,

инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера.

Традиционный LPT-порт

Традиционный порт SPP (Standard Parallel Port) является однонаправленным

портом, на базе которого программно реализуется протокол обмена

Centronics. Порт обеспечивает возможность вырабатывания запроса ап-

паратного прерывания по импульсу на входе АСК#. Сигналы порта

выводятся на разъем DB-25S (розетка), установленный непосредственно на

плате адаптера (или системной плате) или соединяемый с ней плоским

шлейфом. Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 1)

соответствуют интерфейсу Centronics.

Таблица 1 .

Разъем стандартного LPT-порта

Контакт DB-25S Провод шлейфа

Назначение

I/O* Reg.Bit** Сигнал

0/1

CR: 0\

Strobe#

0(1)

DR:0

Data 0

0(1)

DR: 1

Data 1

0(1)

DR: 2

Data 2

0(1)

DR:3

Data 3

0(1)

DR: 4

Data 4

0(1)

DR:5

Data 5

0(1)

DR:6

Data 6

0(1)

DR:7

Data 7

SR: 6

Ack#

SR: 7\

Busy

SR: 5

PaperEnd

SR: 4

Select

0/1

CR: 1\

Auto LF#

SR: 3

Error#

0/1

CR: 2

Init#

0/1

CR:3\

Select In#

18-25 10, 12, 14, 16 18, 20, 22, 24, 26 - -

Расширения параллельного порта

Недостатки стандартного порта частично устраняют новые типы портов, поя-

вившихся в компьютерах семейства PS/2.

Двунаправленный порт 1 (Typel parallel port) — интерфейс, введенный с PS/2.

Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или

двунаправленном. Протокол обмена формируется программно, а для

указания направления передачи в регистр управления порта введен

специальный бит: при CR.5=0 буфер данных работает на вывод, при CR.5=1

— на ввод.

Порт с прямым доступом к памяти (Type 3 DMA parallel port) применялся в

PS/2 моделей 57, 90, 95. Этот тип был введен для повышения пропускной

способности и разгрузки процессора при выводе на принтер. Программе,

работающей с данным портом, требовалось только задать блок данных в

памяти, подлежащих выводу, и вывод по протоколу Centronics производился

без участия процессора.

Физический и электрический интерфейс

Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и

передатчиков сигналов.

К передатчикам предъявляются следующие требования:

Уровни сигналов без нагрузки не должны выходить за пределы -0,5... +5,5 В.

Уровни сигналов при токе нагрузки 14 мА должны быть не ниже +2,4 В для

высокого уровня (VOH) и не выше +0,4 В для низкого уровня (VOL) на

постоянном токе.

Выходной импеданс RO, измеренный на разъеме, должен составлять 50(±)5

Ом на уровне VOH-VOL. Для обеспечения заданного импеданса в некоторых

случаях используют последовательные резисторы в выходных цепях

передатчика. Согласование импеданса передатчика и кабеля снижает уровень

импульсных помех.

Скорость нарастания (спада) импульса должна находиться в пределах 0,05-

0,4 В/нс.

Требования к приемникам:

Допустимые пиковые значения сигналов -2,0...+7,0.

Пороги срабатывания должны быть не выше 2,0 В (VIH) для высокого уровня

и не ниже 0,8 В (VIL) для низкого.

Приемник должен иметь гистерезис в пределах 0,2-1,2 В.

Входной ток микросхемы не должен превышать 20 мкА.

Входная емкость не должна превышать 50 пФ.

Стандарт IEEE 1284 определяет три типа используемых разъемов. Типы Л

(DB-25) и В (Centronics-36) используются в традиционных кабелях подклю-

чения принтера, тип С — новый малогабаритный 36-контактный разъем.

Интерфейсные кабели, традиционно используемые для подключения принте-

ров, обычно имеют от 18 до 25 проводников, в зависимости от числа провод-

ников цепи GND.

Стандарт IEEE 1284 регламентирует и свойства кабелей:

Все сигнальные линии должны быть перевитыми с отдельными обратными

(общими) проводами.

Каждая пара должна иметь импеданс 62(±)6 Ом в частотном диапазоне 4-16

МГц.

Уровень перекрестных помех между парами не должен превышать 10%.

Кабель должен иметь экран (фольгу), покрывающий не менее 85% внешней

поверхности. На концах кабеля экран должен быть окольцован и соединен с

контактом разъема.

Кабели, удовлетворяющие этим требованиям, маркируются надписью IЕЕЕ

Std 1284-1994 Compliant». Они могут иметь длину до 10 метров.

Режимы передачи данных

Стандарт IEEE 1284 определяет пять режимов обмена, один из которых пол-

ностью соответствует традиционному стандартному программно-

управляемому выводу по протоколу Centronics. Остальные режимы

используются для расширения функциональных возможностей и повышения

производительности интерфейса. Стандарт определяет способ согласования

режима, по которому программное обеспечение может определить режим,

доступный и хосту (в нашем случае это PC), и периферийному устройству.

Режимы нестандартных портов, реализующих протокол обмена Centronics

аппаратно («Fast Centronics, «Parallel Port FIFO Mode»), могут и не являться

режимами IEE1284, несмотря на наличие в них черт ЕРР и ЕСР.

При описании режимов обмена фигурируют следующие понятия:

Хост — компьютер, обладающий параллельным портом.

ПУ — периферийное устройство, подключаемое к этому порту (им может

оказаться и другой компьютер). обозначениях сигналов Ptr обозначает

передающее периферийное устройство.

Прямой канал — канал вывода данных от хоста в ПУ.

Обратный канал канал ввода данных в хост из ПУ.

Неисправности и тестирование параллельных портов

Тестирование параллельных портов целесообразно начинать с проверки их

наличия в системе. Список адресов установленных портов обычно появляется

в таблице заставки, выводимой BIOS на экран перед загрузкой ОС. Кроме

этой таблицы, список можно посмотреть и с помощью тестовых программ

или прямо в BIOS DATA AREA с помощью любого отладчика.

Если BIOS обнаруживает меньше портов, чем установлено физически, скорее

всего, каким-либо двум портам присвоен один адрес. Программное

тестирование порта без диагностической заглушки (Loop Back) не покажет

ошибок, поскольку при этом читаются данные выходных регистров, а они у

всех конфликтующих (по отдельности исправных портов) совпадут. Именно

такое тестирование и производит BIOS при проверке на наличие портов.

Разбираться с такой ситуацией имеет смысл последовательно устанавливая

порты и наблюдая за адресами, появляющимися в списке.