Univerzális Soros Busz a jövö eszköze

Aki a PC-s világban sokat foglalkozott a PC és valamilyen perifériális eszköz közötti kommunikáció megvalósitásával az bizony tapasztalhatta, érzékelhette, hogy a soros, illetve a párhuzamos port felett bizonyos értelemben eljárt az idö. Igy gondolhatta ezt az Intel, a Compaq, a Mikrosoft és a NEC cég is, amikor megalkották az USB szabványt. A számitógéphez kiegészitésképpen gyártott eszközök sokat fejlödtek az elmúlt években. Ma már a szkenner, a nyomtató és az eszközök nagy hányada önálló processzorral rendelkezö intelligens eszköz, mely magasabb szintü kommunikációt igényel a PC-vel. Az élet számtalan területén használunk mikrokontrollert, amely kapcsolatban áll egy PC-vel és magas szintu kommunikációt igényel. Ennek a kapcsolódásnak a korszeru módját valósitja meg az USB szabvány. A korszerü és újabb kiadású operációs rendszerek mindegyike támogatja az USB eszközöket. Ez persze nem azt jelenti, hogy driver nem kell hozzá. Az USB a soros adatátvitel egy, az RS232 szabványtól alapvetöen eltérö módját valósitja meg. Ennek következtében sajnos bonyolultabb is egy kicsit.

Nézzük a legfontosabb problémákat amelyekre megoldást ad:

Nem kellett sok eszközt beszerezni és müködésbe hozni ahhoz, hogy elfogyjon a PC interrupt készlete. Ráadásul ha volt is még szabad IRQ akkor is konfliktusba keveredtek egymással nem kis bosszúságot okozva ezzel a rendszergazdának.

Nem kell többé kikapcsolni a gépet ha valamilyen új eszközt csatlakoztatunk hozzá. Az USB intelligens rendszere érzékeli a csatlakoztatás tényét és elvégzi az inicializálást. Igy valóban "Plug and Play".

A soros adatsebessége is abszolút nyerö. A lassabb eszközök számára támogatja az 1.5Mbit/s-os, a gyorsabbak számára a 12Mbit/s-os bitsebességet.

Erösen szabványosit. Mindegyik eszköz ugyanolyan kábelt használ, és az adatátvitel is tipizált, szabványositható. Erre szolgálnak az USB eszközök osztályai. Ha egy eszköz besorolódik valamely osztályba, akkor szabványositása is megtörténik, s bárki is gyártja késöbb, az ugyanazzal a driverrel müködni fog. Természetesen, ha valaki egy uj eszközt talál ki, akkor annak driverét is el kell készitse.

Az USB felépitése:

Minden USB rendszer egy hierarchikusan kialakitott un. fa-strukturájú és csillag topológiájú rendszer, melynek középpontjában a PC áll. Ebböl az elvböl következöen nem lehet 2 PC-t USB kábellel összekötni úgy, amint azt a soros portnál megszoktuk. A PC tartalmazza a fö-vezérlöt (Host Controller) és a kiindulási pontot (Root Hub). Ezzel a legfontosabbak már meg is vannak. A Root Hub rendszerint 2db USB konektort tartalmaz az alaplappal egybeépitve. Ehhez további eszközök és/vagy Hub-ok csatlakoztathatók. Az eszközök számára, a hálózat kialakitására nincsen különösebb megkötés, természetes korlátai ( mint pl. a 12Mbit/s-os adatátvitel) azonban vannak. A rendszer automatikusan felismeri az eszköz sebességét, igy a lassabb eszközök is ugyanazt a csatlakozót és kábelt használhatják. Ebböl az is következik, hogy mindössze kétféle csatlakozótipus lehetséges, az egyik az amit a Hub-ba kell dugni ("A" ) , a másik amit az eszköz fogad ("B"). Természetesen mindkettönek ajzata is létezik. Az "A" és "B" tipusok nem kompatibilisek, igy nem lehet összecserélni öket.

Az alkalmazott kábel négyeres. Kettö egy csavart érpárat kell alkosson , egy szimpla testvezeték és egy a +5V-os tápot viszi az eszközökhöz. A csavart érpáron megy az adat, ennek a negativ pontja nem azonos a testponttal! A nagyobb sebességhez árnyékolt kábel használata ajánlott, a kisebb sebességhez elegendo az olcsóbb árnyékolatlan tipus.

A távtáplálást használó eszközök maximum 100mA-t vehetnek fel összesen és a terhelési csúcs nem haladhatja meg az 500mA-t. Ez egy kicsit szigorúnak hat, de ha nagyobb teljesitményre van szükségünk, használjunk külön tápegységet. Az alkalmazott eszközöknek ez a kis teljesitmény is elegendo.

Az USB szoftvere:

Ez egy kicsit bonyolultabb téma, hiszen az alkalmazások, a csatlakoztatott eszközök is egyre bonyolultabbak. A PC-ben futó szoftver két fö részböl áll. Az egyik a Host controller amely az operácios rendszer részeként vezérli és ütemezi az egész USB

buszt. Ehhez csatlakoznak az USB device driver-ek, melyek az eszközt szoftver oldalról kezelik. Az USB feladata csak annyi, hogy továbbitsa az adatokat az eszköz és drivere között. A másik oldalrol pedig az eszközök is tartalmaznak valamilyen szoftvert, ami rendszerint egy mikrokontrollerben futó program. A Host foglal tehát csak eroforrást a PC-nkben, az eszközöket azután a host kezeli. Ez alapvetoen eltér

az eddigi gyakorlattol és érthetövé teszi, hogy miért nem ütköznek az interruptok. Az egész hasonlatos egy szerver kliens rendszerhez, ami igen hatékonyan képes muködni.

A kommunikáció különbözö fajtái az USB-n:

A sokféle eszköz sokféle adatátviteli modot is igényel. Végül a rendszer megalkotói négy különféle és tipikus adatátviteli modszert honositottak meg Control, Isochronous,Bulk és Interrupt elnevezéssel.A kommunikácio alapvetöen csomagkapcsolt szisztémával müködik, de az egyes modok között jelentös eltérés van.

Control adatátviteli mod:

Ez az alapmod, amit minden USB eszköznek ismernie kell. Ezzel a modszerrel kommunikál egymással az eszköz és a host a csatlakoztatást követöen. Ha szükséges, akkor késöbb váltanak. Teljesen normál csomagkapcsolt üzemmod. Tartalmaz CRC ellenörzést és garantált az adatátvitel hibamentessége. Minden esetben kétirányu.

Isochronous adatátviteli mod:

Ezt az adatátviteli módszert video és audio jelek átvitelére fejlesztették ki. Valós ideju átvitelt támogat. Nincs CRC ellenorzés az adatok ömlesztve közlekednek. Mindkét irányban kialakitható.

Bulk adatátviteli mod:

Ezt is nagy mennyiségu adat átvitelére fejlesztették ki, azonban ez tartalmaz ellenörzést és garanciát az adatok integritását illetoen. Cserébe a valósidejuségrol kell lemondanunk. Mindkét irányt tudja.

Interrup adatátviteli mod:

Nem a megszokott értelembe vett interruptról van itt szó. Ezt kifejezetten kis adatmennyiség rendszeres átvitelére fejlesztették ki. A Host ciklikusan lekérdezi az eszközt, és ha van adat, akkor azt interruptszeruen átviszi. Legfontosabb jellemzoje, hogy nem foglal jelentos sávszélességet és az adatátvitel egyirányú, mégpedig mindig az eszköztol a PC felé.

folytatjuk. érdeklodni : ati@net.info.hu vagy ati@externet.hu cimen lehet.

A cikk letölthetõ .pdf formátumban (USB-guide.pdf 75KB)