תיאור קצר של פרוטוקול USB

תיאור קצר של USB protocol

מהו פרוטוקול ה-USB?

USB, Universal Serial Bus, הוא פרוטוקול תקשורת למחשבים לאינטראקציה עם התקנים היקפיים לצורך נתונים.

בימים עברו, כשמחשבים רק צצו, כדי לחבר מכשיר חדש, היית צריך לכבות את המחשב, לחבר את המכשיר, להגדיר את החומרה ולהפעיל ולהפעיל שוב, תהליך שהיה די גוזל זמן ומעמל.

פרוטוקול ה-USB נוצר על מנת שתכונת החיבור החם תאפשר גישה למכשירים כרצונכם.

אוטובוס ה-USB זמין היום כ-USB 1.0, USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 ו-USB 4.

פרוטוקול ה-USB משתמש במצב עבודה מאסטר-עבד, מה שאומר שרק תקשורת נתונים בין המארח לעבד אפשרית.

אבל זה גם מעלה חיסרון: כלומר, המארח לא יכול לתקשר עם המארח העבד עם העבד.

מבנה השידור של פרוטוקול ה-USB

מבנה השידור הסטנדרטי של פרוטוקול ה-USB נראה כך (צד ההתקן):

פרוטוקול ה-USB משתמש במצב שידור דיפרנציאלי, ולכן יש לו שני קווי נתונים D+ ו-D-.

במצב מהירות נמוכה ומלאה, נעשה שימוש במצב העברת המתח, ובמהירות גבוהה, נעשה שימוש במצב העברת הזרם.

הסיבה למבנה העברת שני הפינים הארוכים ושני הפינים הקצרים היא לתמוך בחיבור חם.

כאשר התקן ה-USB מחובר למארח, VCC ו-GND מקבלים עדיפות להפעלה; כאשר המכשיר מנותק, קווי הנתונים D-ו-D+ מקבלים עדיפות לכיבוי.

הסיבה פשוטה, אם D- ו-D+ מופעלים לפני קו החשמל, אז בשלב זה אספקת החשמל 0, סביר להניח שהמתח של פיני יציאת ה-IO של שבב ה-USB יהיה גדול יותר ממתח אספקת החשמל, מה שעלול בקלות להוביל לנעילת שבב, שעלולה לא לפעול, או לפגוע בשבב, מה שמצריך כיבוי והדלקה מחדש. .

לפני שאין תצורה, הזרם המקסימלי של קו הנתונים הוא 100mA, לאחר ההגדרה, הזרם המקסימלי של קו הנתונים הוא 500mA.

הנתונים מועברים בצורה קצה קטנה, וב בסטנדרטים בינלאומיים, אפילו ארבעת הקווים של פרוטוקול ה-USB מקודדים בצבע, עם VCC באדום, GND בשחור, D- בלבן ו-D+ בירוק.

מאפיינים חשמליים של USB

במונחים של מבנה חשמלי , התקן ה-USB מחובר למארח באופן הבא:

קווי הנתונים D- ו-D+ בצד המארח נמשכים כל אחד מטה לאדמה על ידי נגד 15KR בסדרה. כאשר אין התקן USB מחובר, שני קווי הנתונים הללו תמיד נמוכים.

קווי הנתונים D- או D+ בצד המכשיר מחוברים בסדרה עם נגד 1.5KR משוך עד 3.3V. ברגע שההתקן מחובר למארח, אז כשהמארח לוכד את ה-D- או D+ שלו במשיכה גבוה, הוא יודע שהתקן USB מחובר, כך שהוא מזהה שהתקן USB חיצוני מחובר.

עבור התקן העבד, בין אם הוא נגד 1.5KR מסדרת D- או D+, זה יצטרך להיות מוכרע לפי מצב פרוטוקול השידור, כאשר מוגדר למהירות מלאה או מהירות גבוהה, על ידי הנגד מסדרת D+; כאשר מוגדר למהירות נמוכה, זהו נגד מסדרת D.

Topology

הצד המארח עם בקר מארח USB אחד או יותר, כל בקר מארח USB עם רכזת שורש אחת או יותר, הבקר המארח אחראי על עיבוד הנתונים , רכזת השורש אחראית לספק בקר מארח וממשק קישוריות מכשירים;

כמובן שיש מצב כזה, כאשר יותר ויותר מכשירים, הממשק לא מספיק, צריך התקן USB מיוחד על המקום, ש הוא, רכזת USB.

אפשר להרחיב את ממשק ה-USB המקורי עם יותר ממשקים, אבל כמובן, ההרחבה היא יותר, אבל גם לשתף בקר מאסטר, כך שרוחב הפס אינו משתנה.

ה-USB המארח ניתן לראות את בקר המארח ו-Root Hub במנהל ההתקנים במחשב:

למרות שאומרים שבקר מאסטר USB יכול לחבר מספר מכשירים, חיבור זה אינו בסדרה או במקביל, אלא דרך רכזת.

כפי שמוצג, אחרי הבקר הראשי ומרכז הבסיס יש רכזת, שמרחיבה יציאת USB אחת או יותר ליותר יציאות, ושוב יציאות נוספות ליותר, אבל ההרחבה הזו אינה אינסופית.

Transmission process

ראשית, הבקר הראשי שולח נתונים, אשר מועברים דרך הרכזות של כל שכבה לממשק של השכבה המתאימה להתקן ה-USB;

המכשיר מקבל את הנתונים, מנתח ומעבד אותם, ולאחר מכן שולח חזרה סט של נתונים או תשובה, שנשלחת תחילה לרכזת בשכבה זו, אחר כך לרכזת בשכבה גבוהה יותר, כל הדרך עד לבקר הראשי;

לבסוף, הבקר הראשי מוסר את הנתונים או התשובה ל- מחשב לעיבוד.

Coding method

לא משנה כמה מתקדם פרוטוקול ה-USB, המהות של העברת הנתונים בפועל בצד המשדר היא 0 ו-1.

USB משתמש בשיטת הקידוד NRZI, כאשר הרמה מתהפך כאשר הנתונים הם 0, והרמה אינה הפוכה כאשר הנתונים הם 1.

כאשר יש 6 סיביות רצופות של 1, 0 מתמלא באופן אוטומטי. המטרה של זה היא למנוע מהרמה לא משתנה במשך זמן רב, וזה לא טוב לחילוץ שעון. בצד המקלט, ההפך הוא הנכון: ה-0 המלא מוסר אוטומטית והנתונים המקוריים משוחזרים.

זהו תהליך ריפוד הסיביות.

כמובן, תהליך הקידוד הזה, שבב ה-USB עבר עיבוד אוטומטי , אנחנו רק יודעים שיש פרטים אלה יכולים להיות.

תהליך של העברת נתונים

צד ההתקן של פרוטוקול ה-USB ליצירת נתונים 0 ו-1 בנקודת הקצה מתוך הרכב של ממשק, על ידי הממשק וה מהווים תצורה, לפי התצורה ומהווים התקן, ולבסוף המידע של המכשיר הזה למארח לעיבוד נתונים, התהליך המשוער הוא זה.

מידע זה, ידוע על ידי המתארים שהמארח מקבל מהמכשיר , כך שנתוני 0 ו-1 המועברים באפיק ה-USB, המרכיבים למעשה את נתוני המתאר, נשלחים למארח. נתונים אלה כוללים: מתאר התקן, מתאר תצורה, מתארי מחרוזות, מתארי ממשק ומתארי נקודת קצה.

מאת HornmicLink_Henry @230418 21:06