Tìm hiểu về chuẩn giao tiếp usb

Tìm hiểu về chuẩn giao
tiếp usb
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Bá Sỹ
Nội dung:
•
Giới thiệu chung về chuẩn USB.
•
Mô hình luồng dữ liệu USB.
•
Tầng giao thức USB
•
Quá trình tìm hiểu của máychủ đối với
thiết bị
•
Ứng dụng
I. Giới thiệu chung về chuẩn USB
1.Định nghĩa: USB (Universal Serial Bus) là bus nối tiếp
đa năng cho phép thiết bị đầu cuối giao tiếp với máy chủ
Chuẩn truyền thông: nối tiếp
2.Lịch sử hình thành và phát triển:
-Năm 1995 USB chính thức ra đời thế hệ đầu tiên là
USB1.0
-Tháng 4 năm 2000 chuẩn USB 2.0 ra đời
-Năm 2007 USB 3.0 ra đời mang 1 bước đột phá về tốc
độ truyền dữ liệu
3.Các mục tiêu hướng tới khi sử dụng USB
-Dễ dàng mở rộng các thiết bị đầu cuối của PC
-Chi phí thấp nhưng tốc độ truyền dẫn cao,lên tới
480Mb/s với USB 2.0 và 3.2 đến 4 Gb/s đối với USB3.0
- Hỗ trợ thời gian thực như video,audio…
-Được windows và các hệ điều hành khác hỗ trợ do đó

không cần driver mức thấp nhất cho các thiết bị
- Đa năng,độ tin cậy cao
4.Mô tả hệ thống USB
Một hệ thống USB được mô tả bởi 3 định nghĩa:
-Kết nối USB
-Các thiết bị USB
-USB host
Kết nối USB được hiểu là kết nối mà trong đó
các thiết bị USB được kết nối với máy tính chủ.
-USB host : là một máy chủ USB duy nhất
trong hệ thống USB bất kỳ
-Thiết bị USB có thể là các thiết bị sau:
.Hub: cung cấp điểm lắp thêm vào USB
.Các chức năng:cung cấp các khả năng cho hệ
thống như kết nối ISDN,digital joystick, speakers
.Thiết bị hiểu được giao thức USB
5.Giác cắm USB
6.Cáp USB (2.0)
USB truyền tín hiệu và nguồn qua 1 cáp gồm 4 sợi
Có 3 tốc độ truyền dữ liệu
USB tốc độ cao: 480 Mb/s
USB toàn tốc: 12 Mb/s
USB tốc độ thấp: 1.2 MB/s
Cáp USB gồm 4 dây:
- D+ và D- dùng để truyền tín hiệu
-Vbus và GND để cấp nguồn cho thiết bị
-USB cho phép chiều dài các đoạn cáp có thể
lên tới 2 mét.
- Ở phía máy chủ host thì D+ và D- được nối

đất qua các điện trở Rpd còn phía ngoại vi,các
đầu dây D+ và D- được bảo vệ bởi điện trở cuối
Rpu
II. Mô hình luồng dữ liệu
1.Các thành phần trong việc thực hiện kết nối USB
Việc thực hiện kết nối USB gồm các thành phần:
-Thiết bị USB vật lý: một phần cứng ở đầu cuối của cáp USB thi
hành một vài chức năng hữu dụng với người sử dụng
-Client Software: Phần mềm thi hành trên máy chủ.Phần mềm này
có thể được cung cấp bởi hệ điều hành hoặc được cung cấp cùng với
thiết bị USB
- USB system software: là phần mềm hỗ trợ
USB trong một hệ điều hành cụ thể.Phần mềm hệ
thống USB thường được cung cấp kèm với hệ
điều hành, không phụ thuộc vào một thiết bị USB
cụ thể nào.
- USB host cotroller: Bao gồm các thiết bị phần
cứng và phần mềm cho phép các thiết bị USB kết
nối với host
- USB bus interface layer cung cấp kết nối vật
lý,gói tin,báo hiệu giữa host và một thiết bị.
-USB decive layer cho thấy hệ hệ điều hành hỗ
trợ thiết bị USB cần có một phần mềm hệ thống
để thực hiện việc quản lý thiết bị USB logic
Các vùng thực hiện trong việc kết nối USB
-Function layer cung cấp khả năng được thêm vào cho
host qua phần mềm khách
2.Bus topology
Bus topology gồm 4 thành phần chính:
-Host và các thiết bị: đây là thành phần sơ cấp của

một hệ thống USB
-Cấu trúc vật lý: cho thấy các thành phần USB được
nối với nhau như thế nào
-Cấu trúc logic: cho thấy vai trò và trách nhiệm của
các thành phần USB khác nhau
-Mối liên quan giữa chức năng và phần mềm khách
3.Luồng truyền thông USB
-USB cung cấp sự sử dụng bus toàn diện hơn
bằng cách tách các luồng truyền thông khác nhau
tới một chức năng USB.
-Mỗi luồng truyền thông được kết thúc tại một
điểm cuối trên một thiết bị
-Điểm cuối của thiết bị được dùng để xác định
hướng của mỗi luồng truyền thông
4.Các loại truyền dữ liệu USB
-USB truyền dữ liệu qua một ống dẫn giữa một bên là phần
mềm khách một bên là một điểm cuối trên thiết bị USB
-USB cung cấp 4 loại truyền dữ liệu:
.Truyền điều khiển
.Truyền ngắt
.Truyền đẳng thời
.Truyền khối
a.Truyền điều khiển
-Truyền điều khiển là truyền theo kiểu 2 chiều
-Loại truyền này thường được sử dụng để cài đặt
thiết bị ngoại vi
-Giao thức truyền điều khiển được bắt đầu bằng một
giai đoạn thông báo, tiếp theo là giai đoạn dữ liệu và
kết thúc là giai đoạn bắt tay
-Mọi thiết bị ngoại vi USB đều phải xử lý được loại

truyền này
b.Truyền ngắt
-Truyền ngắt là kiểu truyền một chiều,sử dụng cho
các thiết bị ngoại vi như chuột,bàn phím…
-Giao thức truyền ngắt khởi động khi máy
chủ(host)bắt đầu bằng 1 thông báo in(in token)
-Thiết bị trả lời bằng 1 gói NAK nếu không có ngắt
-Khi có ngắt thiết bị ngoại vi trả lời bằng một gói dữ
liệu.Khi nhận hết dữ liệu máy chủ sẽ trả lời bằng 1
gói ACK nếu không có lỗi
-Nếu bị nghẽn ở điểm cuối của thiết bị ngoại vi,nó sẽ gủi đến máy
chủ gói STALL và đợi phần mềm hệ thống trên máy chủ xử lý
c.Truyền đẳng thời
-Truyền đẳng thời là phương pháp truyền 1 chiều. Hướng truyền có
thể truyền từ thiết bị ngoại vi về máy chủ hoặc ngược lại.
-Truyền đẳng thời không dùng gói bắt tay để để thông báo kết quả
truyền thông tin nên thông tin có thể bị thất lạc (dùng cho điện thoại
hay loa)
-
d. Truyền khối
-Truyền khối là phương pháp truyền một chiều
Hướng truyền có thể từ điểm cuối về máy chủ
hoặc ngược lại.
-Giao thức truyền khối gồm 3 giai đoạn: Thông
báo,dữ liệu và gói bắt tay
-Nếu thiết bị bị kẹt sẽ không có giai đoạn dữ liệu
mà chỉ có thông báo và bắt tay
-
Dữ liệu được truyền qua ống dẫn từ một vùng
đệm dữ liệu trong bộ nhớ của chương trình

tương ứng tới một điểm cuối của thiết bị ngoại vi
III. Tầng giao thức USB
1.Thứ tự byte/bit
-Các bit trong một byte truyền trên bus sẽ được
truyền lần lượt từ bit LSB cho đến MSB
-Các gói sẽ được biểu diễn bởi các bit và trường sắp
xếp theo thứ tự từ trái qua phải,đó cúng chính là thứ
tự mà chúng được gủi qua bus
2.Trường đồng bộ
-Tất cả các gói đều bắt đầu bởi trường đồng bộ.
-Trường đồng bộ được định nghĩa có độ dài 8 bit cho
truyền tốc độ toàn tốc hoặc tốc độ thấp và 32 bit cho
tốc độ cao.
-Hai bit cuối cùng của trường đồng bộ đánh dấu sự kết
thúc của trường đồng bộ và sự bắt đầu của PID
Mẫu đồng bộ
-Mẫu đồng bộ 32 bít: 01010101010101010101010101010100
-Trường đồng bộ chỉ được dùng như một cơ chế đồng
bộ.Nó nằm ở đầu mỗi gói
3.Định dạng các trường của gói (Trình bày về
định dạng các trường của các loại gói trong USB
là:Gói thông báo,gói dữ liệu,gói bắt tay và gói đặc
biệt)
a.Trường nhận dạng gói
-Trường nhận dạng gói PID nằm ngay sau trường
đồng bộ của các gói