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USB

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INTRODUCCI - PowerPoint PPT Presentation


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USB. Adrian Chamero Vladimir Fernandez Manel Mendoza Santiago Navarro. INTRODUCCIÓN . Problema: falta de flexibilidad en la reconfiguración de todo computador MS-DOS Windows 95. facilidad. PCI. ?. ISA. PCMCIA. facilidad. ¿QUÉ ES USB? : Descripción general.

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USB

Adrian Chamero

Vladimir Fernandez

Manel Mendoza

Santiago Navarro

introducci n
INTRODUCCIÓN

Problema: falta de flexibilidad en la reconfiguración de todo computador

MS-DOSWindows 95

facilidad

PCI

?

ISA

PCMCIA

facilidad

qu es usb descripci n general
¿QUÉ ES USB? : Descripción general
  • USB - Universal Serial Bus:
    • Dispositivo que permite conectar amplia variedad de periféricos fácilmente a computadores, sin reiniciar ni volver a configurar.
    • Los dispositivos con USB se configuran automáticamente tan pronto como se han conectado.
    • Se pueden unir dispositivos en una cadena para conectar más dispositivos.
qu es usb descripci n general4
¿QUÉ ES USB? : Descripción general
  • Sistema de comunicación entre dispositivos que sólo transmite una unidad de información a la vez.
  • Puede trabajar en dos modos:
        • - 1,5 Mbps (teclados, ratones…)
        • - 12 Mbps (CDROM, altavoces…)
  • Compacto: cable de 4 hilos, 2 para datos y 2 para alimentación
  • Organiza el bus en estructura de árbol
qu es usb descripci n general6
¿QUÉ ES USB? : Descripción general
  • Todos los dispositivos tienen un sitema de configuración idéntico, incluso un mismo driver sirve para varios dispositivos diferentes.
  • Plug’n’Play (conectar y listo): No tenemos que tocar nada en el hardware y todo es configurable por software.
objetivos del usb
Objetivos del USB

- Apuntan hacia la vista del usuario:

  • Plug’n’Play
  • Hot pluggin
  • No tiene que preocuparse por conflictos IRQ o insertar tarjetas
  • Conectar hasta 127 dispositivos
puertos serie paralelos y su expansibilidad
Puertos serie, paralelos y su expansibilidad
  • SCSI : velocidad, capacidad de transferencia, 7 dispositivos
  • Ultra Wide SCSI-2 : 15 dispositivos en cadena, alto costo
  • Serie: 112,5 KB/s
  • Paralelo: entre 600 KB/s y 15 MB/s
  • No son Plug’n’Play
  • Límite de expansibilidad: normalmente 4 ranuras PCI, 4 ISA, 1 AGP, 2 puertos serie y 1 paralelo
evoluci n de la usb
Evolución de la USB
  • USB versión 1.0 : conectar periféricos que no requieran grandes rangos de transmisión “ancho de banda” (<12 Mbps, tambien con la opción de transmisiones a 1.5 Mbps)
      • - ratones, teclados, lectores de CD de baja velocidad (x4, x6), unidades de disquete…
      • - tarjetas de video, tarjetas de red a 100 Mbps, discos duros…
  • USB 2.0 : 30 o 40 veces más rápido (360 a 480 Mbps)
  • - conexiones a internet de banda ancha, escáneres...
beneficios de la usb
Beneficios de la USB
  • fácil expansión de periféricos en el PC
  • bajo coste para aplicaciones que demanda más de 12 Mbps
  • soporte completo para transmisión en tiempo real
  • flexibilidad de protocolos
  • cómoda integración de dispositivos de tecnología y fabricantes diferentes
  • posibilitar la producción de nuevos dispositivos capaces de aprovechar sus ventajas
funciones y host usb
Funciones y Host USB
  • HOST USB:
  • - Es el computador mismo, concretamente una parte del mismo denominado Controlador USB del Host
  • - Tiene la misión de hacer de interfaz entre el computador y los diferentes dispositivos
  • - Su implementación es una combinación software y hardware todo en uno, es decir Firmware
funciones y host usb12
Funciones y Host USB
  • FUNCIONES USB:
  • - Son todos los dispositivos que pueden conectarse al bus USB, a excepción de los hubs (ratón, monitor, modem…)
  • - Son capaces de recibir y transmitir información, ya sea del usuario o de control
  • - Comparten cable y conectores comunes
  • - Pueden ser a la vez nuevos hubs
host usb hardware y software
Host USB - Hardware y Software
  • El HOST es responsable a nivel hardware dentro del sistema USB de:
  • - detectar y configurar nuevos dispositivos
  • - administrar y controlar flujo de datos y de control entre el host y los dispositivos USB
  • - obtener información de los elementos del sistema
  • - proveer una cantidad de energía eléctrica limitada para aquellos dispositivos que pueden abastecerse con tan solo la energía provinente del computador
host usb hardware y software14
Host USB - Hardware y Software
  • A nivel de software:
    • - enumeración y configuración de los dispositivos del sistema
    • - administración de control de transferencias de información
    • - administración avanzada de suministro eléctrico a los dispositivos
    • - adiministración de la información del bus y los dispositivos USB
caracter sticas principales
Características Principales
  • Todo dispositivo USB tiene mismo cable y conector.
  • Detalles consumo y administración eléctrica transparentes.
  • Plug & Play, Hot plugging y Hot unplugging.
  • Mismo bus para dispositivos lentos y rápidos.
  • Pc identifica y configura dispositivo mientras opera.
  • Bajo coste.
  • Dispositivos no necesitan cable extra de alimentación.
  • 10 veces más rápido que los puertos serie tradicionales.
recursos del dispositivo
Recursos del dispositivo
  • El puerto USB sólo necesita una IRQ y una @ de memoria.
  • TODOS los dispositivos UNA sola ID para identificación.
  • Los puertos standard necesitan 5 IRQ’s, varias DMA’s y muchas @ de memoria.
descripci n del sistema usb
Descripción del Sistema USB
  • Compuesto por tres partes diferenciadas:
  • HOST USB
  • Dispositivos USB
  • Interconexión USB
interconexi n en el bus usb
Interconexión en el BUS USB
  • Topologia en estrella estratificada piramidalmente.
  • Cada centro de la estrella es un HUB: dispositivo que, por un lado se conecta a un PC o a otro HUB, y por el otro permite conectar varios dispositivos ó más hubs.
  • Ejemplo: Un monitor USB podria tener 3 conectores para teclado, ratón y altavoces; por su parte, el teclado podria tener otro conector para un joystick, y así sucesivamente.
los hubs usb
Los HUBs USB
  • Permite varias conexiones simultaneas.
  • Un HUB puede conectarse a otro, multiplicando así las conexiones posibles.
  • Está compuesto por dos partes:
  • Controlador del hub: supervisa las funciones que desempeña un HUB.
  • Repetidor del Hub: analiza, corrige y retransmite la información que llega al HUB hacia los puertos del mismo.
los hubs usb funciones
Los HUBs USB: Funciones
  • Detecta la conexión de un periférico, notifica al controlador del HUB, por lo que se configura el dispositivo en el SO.
  • Cuando el dispositivo se desconecta, el HUB lo notifica y el controlador del host ordena al SO descargar los drivers.
  • Para conseguir el máximo número de dispositivos posibles interconectados, necesitamos intercalar HUBs con toma de alimentación electrica, ya que:
    • Las placas actuales sólo tienen dos conectores.
    • El puerto solo suministra 500 mA, suficiente para la mayoría de dispositivos, pero corto para impresoras, scaners...
dispositivos
Dispositivos
  • Hasta 127 dispositivos en cadena mediante HUBs USB.
  • Cada dispositivo hasta 5m de cable vs. 1m puerto serie.
  • Cada dispositivo puede actuar como HUB USB.
  • Actualmente, los dispositivos del mercado no aprovechan la capacidad de hacer de HUB.
arquitectura general
Arquitectura general
  • Todos los dispositivos USB responden a un patrón. Comprenden los mismos elementos funcionales:
  • Transceiver: Encargado de seleccionar la velocidad de comunicación del dispositivo (12 o 1.5 Mbps).
  • Serial Interface Engine (SIE): Trata la información y la serializa o deserializa. Además codifica en NRZI, controla CRC, maneja protocolo de comunicación y la secuencia de paquetes.
arquitectura general23
Arquitectura general
  • Function Interface Unit (FIU): Administración de datos basado en estado de colas FIFO y envío de interrupciones.
  • FIFOs: El controlador tiene 8 buffers FIFO: 4 para transmision y 4 para recepción
  • Para transmisión/recepción de datos 4 funciones:
  • 0: Almacena info de control de transferencias
  • 1, 2 y 3: Control de interrupciones, Tx isocrónicas y bulk
controladores software drivers
Controladores Software (Drivers)
  • Organizados por estructura de capas:
  • Parte principal: USBD. Todas las llamadas de acceso que los drivers necesitan.
    • Host Controller Driver: habla con cada controlador en particular. Da soporte a cualquier tipo de controlador, aunque actualemnte solo existen dos:
      • Universal Host Controller Interface y Open HCI
controladores software drivers25
Controladores Software (Drivers)
  • Por encima de USBD, y como driver, esta el HUBD.
    • Consta de un demonio khubdd, que se dedica a esperar a que pase algo en los puertos de los hubs. Cuando esto sucede, lo notifica a USBD, que acuta en consecuencia.
  • Cuando un driver se inicializa, se registra en el sistema USB.
  • Cuando un dispositivo se conecta, mira la listade registro, escoge el más adecuado para su funcionamiento y le pide que configure el dispositivo en el sistema.
el pc host
El Pc Host
  • El proceso de autodetección tiene que estar siempre activo para poder detectar nuevos perifericos
  • Una vez detectado tiene que configurarse para el nuev
el proceso de conexi n
El proceso de conexión
  • Conexión punto a punto
  • Las comunicaciones son inicializadas por el ‘root hub’
  • La señalización es half-duplex
  • No manda el clock, transmisión asincrona, (se manda en la trama)
  • Transmisión empaquetada.
  • Transmisióna a 12 MHz, pero muestreo de las señales a 48 MHz (mejora de la calidad).
como transmite el bus
Como transmite el bus.

Información

  • Bus inactivo
  • D+  Vel. Alta (12Mbps)
  • D-  Vel. Lenta (1,5 Mbps)
el paquete de informaci n
El paquete de información
  • Sync: sequencia 10101011 , para sincronizar el reloj.
  • El primer byte contiene el Packet Identifier.
  • Diferentes tipos de paquetes.
  • El tamaño de la información varia de 1 a 1025 bytes.
  • El final de paquete son dos bits a 00
  • Protocolo orientado a bit  bit stuffing.
  • Codificación NRZI.
tipos de paquetes
Tipos de paquetes
  • Start-of-frame Token Packet
  • Setup, In, y Out Token Packets
tipos de paquetes34
Tipos de paquetes
  • Data transfer Packets
  • Handshake Packets
ejemplos usb
Ejemplos USB

Adaptador ISA a USB

ejemplos usb36
Ejemplos USB

Adquisición de datos por el puerto USB

cables del usb
Cables del USB
  • El Bus Serial Universal (USB) transfiere señales de información y energía a través de 4 cables
cables del usb40
Cables del USB
  • Dos de los cables se utilizan para la transmisión de datos
  • Los otros dos (Vbus y GND) son la alimentación del USB con una diferencia de potencial de +5 voltios (500 mA)
cables del usb41
Cables del USB
  • Uno de los terminos importantes es el sincronismo
  • Este sincronismo es transmitido en la misma señal codificada bajo el esquema del NRZI
cables del usb42
Cables del USB
  • Los cables del USB permiten abarcar distancias desde unos centímetros hasta varios metros
  • Distancia máxima entre USB’s: 5 metros
  • Los cables USB tienen protectores de voltaje los cuales al mismo tiempo detectan los nuevos dispositivos conectados
protocolo del usb
Protocolo del USB
  • Toda transferencia de datos en el bus involucra paquestes de datos
  • Cada dispositivo conectado al bus tiene un número de identificación
  • El Controlador Host decide qué dispositivo hará uso del bus
  • De esta manera los dispositivos pueden identificar si son el destino de los paquetes
tipos de transmisi n
Tipos de transmisión
  • TRANSMISIÓN SÍNCRONA
  • TRANSMISIÓN ASÍNCRONA

Objetivo transmisión:

información generada en emisor debe ser recuperada de la misma forma en el receptor

transmisi n as ncrona
Transmisión asíncrona
  • El sincronismo no se halla en la señal sino en los equipos (relojes)
  • Cuando uno de los equipos quiere transmitir prepara un grupo de bits encabezados por:

+ bit de arranque

+ conjunto de 7 u 8 bits de datos

+ uno o dos bits de parada

transmisi n as ncrona46
Transmisión asíncrona
  • El primero de los bits anuncia al receptor la llegada de los siguientes
  • El receptor tiene que saber los bits que se le llegarán
  • El bit de parada finalizará el envío
transmisi n s ncrona
Transmisión síncrona
  • El sincronismo viaja en la misma señal
  • Con esto se pueden alcanzar distancias mayores y hay un mayor aprovechamiento del canal
  • Los paquetes están compuestos por 1024 bytes o más
transmisi n s ncrona48
Transmisión síncrona
  • Aplicación:

Canal telefónico

transmisi n isocr nica
Transmisión isocrónica
  • ISO (algún) CRONOS(tiempo)
  • desarrollada pàra satisfacer la transmisión multimedial de redes:

Integrar dentro de una misma transmisión información

de voz, texto, vídeo e imágenes

  • Es una forma de transmisión de datos en que los caracteres estan separados por un numero entero de periodos
transmisi n isocr nica50
Transmisión isocrónica
  • Provee comunicación continua y periodica entre el host y el dispositivo
  • mueve información relevanta a algún tipo de transmisión (audio, video)
transmisi n bulk
Transmisión Bulk
  • No es periodica
  • Se uasa en transferencias que requieren todo el ancho de banda disponible
  • Si no pueden conseguir todo el ancho de banda se demoran hasta que esté disponible

Nota: Además de todas estas transmisiones, el USB permite

dos tipos de transmisiones más, de control y de interrupción

transmisi n de control
Transmisión de control
  • Comunicación exclusivamente entre el host y el dispositivo que permite configuraréste último
  • Paquetes de 8,16,32 o 64 bytes dependiendo de la velocidad del dispositivo
transmisi n de interrupci n
Transmisión de interrupción
  • Dedicado a aquellos dispositivos que demandan mover muy poca información y poco frecuentemente
  • Es unidireccional: dispositivo-host
  • Paquetes de mismas dimensiones que las transmisiones de control
conjunto integrado de chips
Conjunto integrado de chips
  • Estructura:

El conjunto de chips de Intel contiene:

- controlador de sistema

- unidades de control de buses

- xip particular (82371SB PCI IDE/ISA) para

integrar las partes

chips controladores de usb
Chips controladores de USB
  • Cada chip controlador tiene una función específica
  • Principales controladores:

- 8x930Ax USB Peripheral Controller

- 8x930Hx USB Hub Controller

- 8x931Ax USB Peripheral controller

conclusi n
Conclusión
  • El USB permitirá reducir costes de los periféricos ya que no requiere tarjetas adicionales ni transformadores de energia
  • Sigue una especificación orientada a la comodidad de los usuarios y a la facilidad del manejo por personas sin formación técnica
  • Con la introducción del USB se consigue que las computadors tengan acceso a la instalación de periféricos de forma segura y rápida
bibliografia
Bibliografia

Internet

www.microsoft.com/hwdev/usb/

www.lvr.com/usb.htm

Libros

· USB Complete (Second edition)

Jan Axelson Ed.Lakeview Research

· USB design by example a practical guide to building I/O devices

John Hyde