Transcript USB-Bus
USB-Bus UNIVERSAL SERIAL BUS • Entwicklung • Busstruktur • Protokolle • Datenübertragung • Hardware • Zukunftsaussichten USB-Bus ENTWICKLUNG • USB 1.0 – 1995 von einer Gruppe von Computer- und Telekommunikations- Unternehmen entwickelt (Intel, IBM, Microsoft, Compaq, NEC) – 1996 von Intel am Markt eingeführt – Haupteinsatzgebiet • Anschluss von Peripheriegeräten (12Mbit/s), für Festplatten zu langsam. – USB keine Konkurrenz zu FireWire aber durch Marktdominanz von Intel durchgesetzt. USB-Bus ENTWICKLUNG • USB 1.1 – Ende 1998 folgte die überarbeitete Spezifikation – Fehler und Unklarheiten von USB 1.0 wurden behoben – Geschwindigkeit von 12Mbit/s erhöhte sich nicht – Sonst keine weiteren gravierenden Verbesserungen USB-Bus ENTWICKLUNG • USB 2.0 – Folgestandard von USB 1.1 – Im Jahr 2000 Entwicklung von USB 2.0 – Entwickelt von Intel, Microsoft, Compaq, HP, NEC, Philips – Maximale Datenrate 480Mbit/s dadurch Anschluss von externen Festplatten möglich. – Zu USB 1.0 und USB 1.1 abwärtskompatibel – Nahezu jeder Computer wird heutzutage mit USB 2.0 Schnittstellen ausgestattet USB-Bus BUSSTRUKTUR • Serieller Master- Slave Bus – Zentraler Host- Controller (Master) steuert die Peripherie (Slaves) – Theoretisch bis zu 127 Geräte pro Master (7 Bit lange Kennung) • Pro USB- Port (Anschluss) nur ein Gerät – USB ist kein physischer Datenbus (keine direkte Verbindung zu allen Geräten). – Elektrische Ausführung erfolgt nur mit Punkt-zu-Punkt- Verbindungen (vgl. Firewire). – Hubs als Verteiler (Baumstruktur) USB-Bus BUSSTRUKTUR • Host (Root): Ist am Motherboard oder als Adapter-Karte im PC eingebaut = Master Kontrolliert gesamten Datenverkehr und kann auch als Hub funktionieren. • Hub (bus- and self powered): Verbindung zwischen Root und Device Power Management, Gerätedetektierung… USB-Bus BUSSTRUKTUR • Signalempfänger bildet die Differenzspannung – Signal & invertiertes Signal auf 2 Datenleitungen (vgl. Firewire) höhere Übertragungssicherheit – 2 weitere Leitungen für Spannungsversorgung (bis max. 500mA pro Gerät) • Geschwindigkeiten 1,5MBit, 12Mbit bzw. 480 Mbit – USB 1.0, USB1.1 und USB 2.0 untereinander kompatibel • Einsatzgebiete – PC Peripherie (Drucker, Scanner, Webcams, Maus, Tastatur, aber auch Dongles und sogar Grafikkarten und Monitore.) – Sollte ältere Schnittstellen ersetzen (RS232, PS/2, LPT und analogen Gameport) – Nicht echtzeit-fähig USB-Bus BUSSTRUKTUR • Jedes Gerät hat eigene Kennung – Geräteklasse, Hersteller, Seriennummer, Produktkennung, Stromversorgung (bus- oder self-powered, maximaler Verbrauch), Transfer-Modi (isochron, interrupt, bulk) für jedes Gerät definiert und im Microchip verspeichert • Initialisierung – Host spricht Ebenenweise alle Knoten an und weiß dem Gerät eine ID zu (vorher ID immer 0) und liest seine Informationen aus. – USB ist ein „Polling-Bus“d.h. alle Aktivitäten gehen vom Host aus. Er Prüft in regelmäßigen abständen ob Daten zu versenden sind. USB-Bus Protokoll Per Universal Serial Bus (USB) lassen sich Peripheriegeräte unkompliziert an den Personal Computer anschließen. Den paketorientierten Datenaustausch zwischen den einzelnen Komponenten regelt das USB-Protokoll. USB-Bus Protokoll USB-Bus Protokoll • Die Funktionsweise der NRZI-Codierung (Non-Return-to-Zero-Inverted, Pegelwechsel bei Auftreten der „ 0“) • Bit-Stuffing und NRZI-Data-Codierung • Mit einem Synchronisationsmuster wird die Übertragung eines Paketes eingeleitet • Das Packet-Identifier-Feld Kennzeichnet Den Packet-Typ • Mit 7 Bit sind im Adreßfeld 127 Einheiten ansprechbar • Das Endpunktfeld ist 4 Bit groß, das entspricht 16 Endpunkten pro Device USB-Bus Protokoll • Das Datenfeld darf maximal 1023 Oktetts Payload enthalten • Die Struktur des Token-Paketes im Protocol • Das Start-of-Frame-Paket wird vom Host ausgesendet • Das Format des Data-Paketes • Das Handshake-Paket USB-Bus Protokoll USB-Bus Protokoll Control Bulk USB-Bus Protokoll Isochrone Interrupt USB-Bus Datenübertragung • Daten Transfer Arten – Control Transfer Host sendet Befehle an die Clients – Interrupt Transfer Host pollt auf Interrupt Ereignisse – Bulk Transfer Datenübertragung ohne Latenz (Echtzeitanforderung) – Isochronous Transfer Übertragung mit garantierter Latenz (Bsp. Audio Übertragung) 90% der Bandbreite werden für Interrupt und Isochronous Übertragung verwendet. USB-Bus Hardware • Kabel • 100 – 500 mA Stromaufnahme • 5 m max. Länge (erweiterbar durch Repeater) USB-Bus Hardware • Stecker • Standart Typ A und B • Mini Typ A und B • Typ B 4-polig (Mitsumi,Aiptek..) USB-Bus Zukunftsaussichten • WIRELESS USB link – WIRELESS USB 1.0 • Spezifikation 2005 durch Wireless USB Implementer Forum • Datenübertragungsrate bis 480Mbit/s (3m Entfernung) – WIRELESS USB 1.1 • Spezifikation 2007 • Grundlage für Datenübertragungen bis 960Mbit/s • Weniger Stromverbrauch als WUSB1.1 USB-Bus Zukunftsaussichten • USB 3.0 (SuperSpeed-USB) – – – – – Geschwindigkeiten bis 4,8Gbit/s sollen möglich sein Optische Kabel werden eingesetzt link Zusätzliche Leitungen (insgesamt neun, duplex fähig) Höhere Stromstärke (900 mA) Trotzdem abwärtskompatibel