Chương 1 Tổng quan cổng nối tiếp đa năng USB là một cổng mở rộng cho dùng cho việc trao đổi số liệu nối tiếp đa năng, hiện nay đã và đang dần dần thay thế cho giao diện RS232 đã bộc lộ nhiều hạn chế trong khi các đòi hỏi ngày một cao. Với nhiều tính năng ưu việt khi kết hợp sự tiện lợi của kỹ thuật truyền nối tiếp và đáp ứng tốc độ cao cũng như đa dạng về giao thức và linh hoạt trong các tác vụ giao dịch. Từ đó, USB là một sự mở rộng cần được xem xét một cách tổng quan và chi tiết để phục vụ cho các mục đích trao đổi dữ liệu và mở rộng hệ thống của PC trong các điều kiện làm việc chuyên dụng. Trong chương này chủ yếu là bàn về các khái niệm tổng quan và cho biết về các đặc tính cơ bản của USB.
Trong các phần sau sẽ tìm hiểu chi tiết hơn với các vấn đề cụ thể để thực hiện chức năng truyền qua cáp nối tiếp giữa các thiết bị (chức năng) với máy tính (host) 1. Kiến trúc bus USB 1. Hệ thống USB Một hệ thống USB có thể chia là ba phần là - Kết nối USB. - Thiết bị USB.
- Host USB Kết nối USB là một cách thức mà thiết bị USB được kết nối và thông tin với Host, điều này bao gồm. - Kiến trúc USB, là mô hình sự kết nối giữa thiết bị USB và Host. - Mối liên hệ giữa các lớp trong hệ thống, một giao dịch USB được thực hiện tại mỗi lớp của hệ thống. - Các mô hình dòng dữ liệu, là cách thức di chuyển dữ liệu trong hệ thông thông qua USB.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lê Văn Thanh Vũ 3 Luận văn thạc sĩ - Danh mục USB, USB được cung cấp như một kết nối chia sẻ. Mà việc truy xuất kết nối được thực hiện theo thứ tự hỗ trợ từ tác vụ Tầng 1 Hub gốc (trạm gốc) Hub 1 Tầng 2 Hub 2 Chức năng Tầng 3 Hub 3 Chức năng Tầng 4 Hub Hub Chức năng Tầng 5 Chức năng Tầng 6 đẳng thời và để loại bỏ quyết định tiêu đề. Trong cây cấu trúc trên, ta có thể thấy được các thành phần hệ thống USB như sau - Host USB, mỗi hệ thống chỉ có một Host. Giao diện USB trong hệ thống máy tính xem như là một bộ điều khiển Host.
Bộ điều khiển Host có thể gồm được tạo lập từ phần cứng, phần sụn và phần mềm. Hub gốc được tích hợp trong hệ thống Host, có thể có một hoặc nhiều hơn các điểm kết nối. - Các thiết bị USB.Hub, cung Kiến trúc USB cấp các điểm tương tác cho USB. Các chức năng, cung cấp các năng lực hệ thống như : kết nối ISDN, bộ nhớ lưu động, Camera, các thiết bị hồng ngoại,.
Giao diện vật lý + Tín hiệu điện Hình 1. Cáp USB LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lê Văn Thanh Vũ 4 Luận văn thạc sĩ Chuẩn giao tiếp mở rộng USB sử dụng cáp gồm bốn dây để truyền tín hiệu và năng lượng có dạng như H-1. Trên đường truyền USB, đường báo hiệu có ba tốc độ (theo chuẩn 2.0) - Báo hiệu USB tốc độ cao, với tốc độ là 480Mbps. - Báo hiệu tốc độ trung bình, 12Mbps.
- Chế độ báo hiệu tốc độ cực tiểu, 1. Với kết nối giữa Hub với Host thường ở chế độ tốc độ cao, nhưng khi kết nối giữa thiết bị với hub thì thường ở tốc độ trung bình và thấp. Với báo hiệu tốc độ cực tiểu dùng để hỗ trợ một số ít các thiết bị có băng thông thấp. Tín hiệu đồng hộ được tách từ tín hiệu dữ liệu, với dạng mã hóa dữ liệu trên đường USB là NRZI, đồng thời trong nhiều chế độ truyền nhận điều có trường kiểm tra CRC.
+ Cơ khí Chuẩn cơ khí quy định về hình dạng cơ khí của dây cáp USB và các kết nối USB. Trong chuẩn USB có một dạng cáp 4 dây với bốn màu, đỏ (đường cấp nguồn dương), đenHình (đường đất), 1.3: Cấu trúc xanh Green đầu cắm (D+USB và lỗ cắm ) và trắng (D-). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lê Văn Thanh Vũ 5 Luận văn thạc sĩ Về đầu nối có hai dạng, một dạng dẹp rộng dùng cho Hub, là đầu cắm từ dây vào hub và lỗ cắm được gọi là dạng A. Một dạng khác dùng cho các thiết bị USB là dạng B.
Các chốt cắm và lỗ cắm được cho như trong H-1. Giao thức USB USB là một Bus thăm dò, Bộ điều khiển Host thiết lập tất cả dữ liệu truyền nhận. Hầu hết các giao dịch bus đều gồm ba gói dữ liệu trở lên. Mỗi giao dịch đều bắt đầu khi Bộ điều khiển Host dựa trên danh mục cơ sở phát một gói mô tả loại và hướng truyền, địa chỉ thiết bị và số điểm cuối, gói này được gọi là gói thẻ bài.
Thiết bị có địa chỉ thích ứng với địa chỉ giải mã được trên trường địa chỉ nhận giao dịch. Trong giao dịch thì hướng truyền luôn được xác định thông qua thẻ bài. Sau gói thẻ bài, nguồn phát dữ liệu sẽ phát dữ liệu nếu có và điểm nhận sẽ trả lời bằng các đáp ứng. Đặc biệt có một số giao dịch giữa Host và Hub có thể có bốn gói khi truyền nhận ở tốc độ cao.
Loại giao dịch này chủ yếu để điều khiển giao dịch giữa Host với các thiết bị tốc độ trung bình và thấp. Mô hình truyền nhận dữ liệu nguồn và đích trên hệ USB (host và điểm cuối của thiết bị) như là một pipe. Có hai loại pipe là: bản tin và chuỗi. Dữ liệu bản tin có định dạng theo USB, như chuỗi thì không.
Chuỗi dữ liệu còn liên hệ với dải thông, loại dịch vụ truyền dẫn, và đặc tính của điểm cuối (kích thước bộ đệm, hướng). Loại luồng dữ liệu USB hỗ trợ chức năng chuyển tải dữ liệu và điều khiển giữa Host USB và một thiết bị bởi các ống truyền một hướng hoặc hai hướng. Các tác vụ truyền USB. Cấu trúc luồng của USB bao gồm bốn loại truyền dẫn cơ bản là: - Truyền điều khiển, được dùng để cấu hình thiết bị và có thể được dùng cho mục đích đặc tả thiết bị khác, bao gồm luôn của các ống truyền khác của thiết bị.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lê Văn Thanh Vũ 6 Luận văn thạc sĩ - Truyền khối dữ liệu, được phát và dùng cho trường hợp thiết bị dải thông rộng và dải thông động khi truyền nhận với các khối dữ liệu lớn. Truyền khối thường có dạng chuỗi các khung nối tiếp. - Truyền ngắt, được dùng tức thời nhưng phân bố xác thực của dữ liệu. - Truyền đẳng thời (truyền dòng dữ liệu thời gian thực), chiếm giữ một dải thông USB được phân định trước cho được truyền xác định.
Dải thông USB phân phối giữ các ống. USB chỉ định dải thông cho một số ống khi một ống đã được thiết lập. Thiết bị USB yêu cầu cung cấp bộ đệm dữ liệu. Nó giả thiết là yêu cầu của các thiết bị lớn hơn bộ đệm được cấp 1.
Các thiết bị trong hệ thống USB 1. Các đặc tính thiết bị Tất cả các thiết bị USB đều được truy xuất đến một địa chỉ USB khi thiết bị được xét đến và đánh số. Các thiết bị được hỗ trợ bởi một hoặc nhiều ống truyền để thông tin với Host. Tuy nhiên tất cả các thiết bị USB đều phải hỗ trợ ống đặc biệt tại điểm cuối 0 dùng cho ống điều khiển thiết bị tương tác.
Tất cả các thiết bị điều có cùng cơ chế truy xuất thông tin thông qua ống này. Kết hợp với ống điều khiển này tại điểm cuối 0 là yêu cầu thông tin đầy đủ để mô tả đầy đủ thiết bị USB. Những thông tin này nằm trong dang sách như sau - Chuẩn, đây là những thông tin chung dùng cho tất cả các thiết bị USB bao gồm các như là sự nhận biết khách thể, lớp thiết bị và công suất được cấp. Thiết bị, cấu hình, đặc tả điểm cuối mang thông tin quan hệ cấu hình về thiết bị.
- Lớp, thông tin này thay đổi phụ thuộc vào lớp thiết bị USB. - Khách thể USB, vendor của thiết bị USB là tùy ý và được đặt ở đây. Tuy nhiêu chi tiết cụ thể không đề cập đến trong luận án này. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lê Văn Thanh Vũ 7 Luận văn thạc sĩ 1.
Đặc tả thiết bị a. Hub Hub là mấu chốt cho kiến trúc cắm chạy của USB, nó cung cấp kết nối USB đơn giữa người sử dụng với Hub gốc liên hệ với giá rẻ và phức tạp. Với chuẩn USB 2.0, Hub có ba thành phần : điều khiển Hub, bộ lặp lại Hub, và biên dịch giao tác. Lặp lại Hub là chuyển mạch giao thức điều khiển giữa các cổng dòng lên và dòng xuống.
Bộ điều khiển Hub cung cấp truyền tin đến và đi với Host. Các trạng thái đặc tả Hub và thực hiện các lệnh điều khiển host để cấu hình Hub và điểm giám sát và điều khiển các cổng của nó. Chức năng Chức năng là một thiết bị USB có thể nhận và phát dữ liệu hay thông tin điều khiển thông qua hub. Chức năng là một thiết bị ngoại vi tiêu biểu như là một thiết bị ngoại vi độc lập với một cáp được cắm vào một cổng trên hub.
Tuy nhiên có thể đóng gói vật lý thiết bị nhiều chức năng được gắn với hub bằng một cáp đơn. Mỗi chức năng chứa thông tin cấu hình để đặc tả khả năng và tài nguyên yêu cầu cho nó. Trước khi sử dụng chức năng thì Host phải cấu hình cho nó, việc cấu hình này bao gồm việc phân cấp dải thông và tùy chọn cấu hình cụ thể của chức năng. Ta có thể nhận được các chức năng như: - Các thiết bị giao tiếp người dùng, như chuột, bàn phím,.
- Các thiết bị hình ảnh, như máy ảnh số, camera. - Các thiết bị như cắm ngoài. Hệ thống liên kết dữ liệu hồng ngoại IrDA Liên kết dữ liệu với các thiết bị cầm tay với máy tính là một hướng đã và đang phát triển mạnh. Với ý nghĩa đó thì IrDA là một giải pháp rất tốt với Hình 1.4 : Hub chuẩn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lê Văn Thanh Vũ 8 Luận văn thạc sĩ nhiều tính năng phù với mục đích này khi mà ngày càng nhiều các thiết bị cầm tay có gắn các đầu liên kết IrDA.
Giao tiếp dữ liệu IrDA cũng được thực hiện theo mô hình bảy lớp tương ứng với các lớp của mô hình OSI như trong H-1. Trong đó có ba lớp thực hiện các chức năng chính của IrDA là IrLMP, IrLAP và IrPHY.