Usb upstream что это такое
Типы стандартов USB и разница между ними
Содержание
Содержание
Вроде мы слышали, что USB 3.0 — это круче, чем USB 2.0. Но чем именно — знают не все. А тут еще появляются какие-то форматы Gen 1, Gen 2, маркировки Superspeed. Разбираемся, что значат все эти маркировки и чем они отличаются друг от друга. Спойлер: версий USB всего четыре.
USB 2.0
Когда-то было слово только USB 1.0. Сейчас это уже практически архаика, которую даже на старых устройствах почти не встретить. Еще 20 лет назад на смену первопроходцу USB 1.0 пришел улучшенный USB 2.0. Как и первая версия, эта спецификация использует два вида проводов. По витой паре идет передача данных, а по второму типу провода — питание устройства, от которого и идет передача информации. Но такой тип подключения подходил только для устройств с малым потреблением тока. Для принтеров и другой офисной техники использовались свои блоки питания.
USB версии 2.0 могут работать в трех режимах:
USB 3.0
Стандарт USB 3.0 появился в 2008 году и до сих пор используется во многих устройствах. Скорость передачи данных выросла с 480 Мбит/с до 5 Гбит/с. Помимо скорости передачи данных, USB 3.0 отличается от версии 2.0 и силой тока. В отличие от более ранней версии, которая выдавала 500 мА, USB 3.0 способен отдавать до 4.5 Вт (5 В, 900 мА).
Новое поколение USB обратно совместима с предыдущими версиями. То есть USB 3.0 может работать и с разъемами USB 2.0 и даже 1.1. Но в этом случае буду ограничения по скорости. Подключив USB 3.0 к устройству с USB 2.0 скорость, вы получите не больше 480 Мбит/с — стандарт для версии 2.0. И наоборот, кабель 2.0 не станет более скоростным, если подключить его в устройство с USB 3.0. Это связано с количеством проводов, используемых в конкретной технологии. В версии USB 2.0 всего 4 провода, тогда как у USB 3.0 их 8.
Если вы хотите получить скорость передачи, заявленную стандартом USB 3.0, оба устройства и кабель должны быть именно версии 3.0.
USB 3.1
В 2013 году появляется версия USB 3.1 с максимальной заявленной скорость передачи данных до 10 Гбит/с, выходной мощностью до 100 Вт (20 В, 5 А). С появлением USB 3.1 произошла революция в маркировках всех стандартов. Но с ней мы разберемся чуть позже. А пока запомним главное: пропускная способность USB 3.1 увеличилась вдвое по сравнению с версией 3.0. И одновременно с обновленным стандартом появился и принципиально новый разъем — USB type-С. Он навсегда решил проблему неправильного подключения кабеля, так как стал симметричным и универсальным, и теперь все равно, какой стороной подключать провод к устройству.
USB 3.2
В 2017 году появилась информация о новой версии — USB 3.2. Она получила сразу два канала (больше проводов богу проводов) по 10 Гбит/с в каждую сторону и суммарную скорость в 20 Гбит/с. Стандарт USB 3.2 также обратно совместим с режимами USB 3.1, 3.0 и ниже. Поддерживается типом подключения USB-C на более современных гаджетах.
Типы разъемов
Версий разъемов USB несколько, и для каждого есть свое предназначение.
Superspeed, Gen или как разобраться в маркировках стандартов USB
Как только в типах стандартов появилась USB 3.1, привычная цифровая маркировка изменилась и здорово запуталась. Вполне понятный и простой USB 3.0 автоматически превратился в USB 3.1 Gen 1 и ему была присвоена маркировка SuperSpeed. А непосредственно сам USB 3.1 стал называться USB 3.1 Gen 2 с маркировкой SuperSpeed +.
Но и это уже потеряло свою актуальность с выходом стандарта USB 3.2. Он получил название USB 3.2 Gen 2×2 и маркировку SuperSpeed ++. В итоге маркировка всех предшествующих стандартов опять меняется. Теперь USB 3.0, она же USB 3.1 Gen 1, превращается задним числом в USB 3.2 Gen 1 с прежней маркировкой SuperSpeed. А USB 3.1, ставшая USB 3.1 Gen 2, тоже поднялась до USB 3.2 Gen 2. При этом конструктивно все стандарты остались прежними — изменяются только названия. Если вы уже запутались во всех этих цифрах и маркировках, таблица ниже поможет внести ясность в актуальных названиях.
Если еще более кратко, то сейчас опознать стандарты USB можно так:
USB 3.0 — это USB 3.2 Gen 1, он же Superspeed
USB 3.1 — это USB 3.2 Gen 2, он же Superspeed+
USB 3.2 — это USB 3.2 Gen 2×2, он же Superspeed++
Интерфейс USB. Часть 1. Основы
В настоящий момент один из самых популярных интерфейсов — это безусловно USB. Девайсов, которые его используют, просто огромное количество. Это и мышки, и клавиатуры, и принтеры, и сотовые телефоны, и много чего ещё. В отличии от стремительно исчезающего RS-232, USB встречается во всех современных компьютерах, ноутбуках, телефонах… так что, если мы хотим создавать действительно универсальные девайсы, придётся нам этот интерфейс изучать. Вот прямо сейчас и начнём, а заодно, по ходу изучения, попытаемся сами посоздавать каких-нибудь USB-девайсов.
Итак, USB (universal serial bus) — универсальная последовательная шина. Большинство USB-устройств соответствуют спецификациям 1.1 и 2.0. В спецификации 1.1 определены две скорости передачи информации: LS (low speed) — низкая скорость, 1,5 Мбит/с и FS (full speed) — полная скорость, 12 Мбит/с. В редакции 2.0 к ним добавлена ещё и высокая скорость HS (high speed), 480 Мбит/с. Не так давно вышла ещё спецификация — 3.0, но устройства, поддерживающие этот стандарт, пока не очень распространены, поэтому и бог с ней.
Физические устройства на шине USB бывают трёх типов: хост-контроллер, хаб и конечное устройство.
Хост-контроллер — это главный управляющий шиной USB. Именно он обеспечивает связь устройств, подключенных к шине, с компьютером (с ОС и с клиентским ПО). Любые сеансы обмена данными может начинать только хост-контроллер, остальные устройства молчат в тряпочку, пока хост-контроллер к ним не обратится.
Контроллер взаимодействует с ОС через драйвер хост-контроллера (HCD — host controller driver). Этот драйвер привязан к конкретной модели хост-контроллера. Только он знает какие данные, в какие регистры и в каком порядке пихать в хост-контроллер, а также откуда какие данные брать, чтобы хост-контроллер сделал то, чего от него хотят.
Со стороны ОС шиной USB управляет ещё один драйвер — USBD (universal serial bus driver). Ему совершенно пофиг, как там конкретно реализован хост-контроллер и где у него какие регистры (для этого есть HCD), USBD решает общие (неспецифические для конкретного хост-контроллера) вопросы: взаимодействие с клиентским ПО, нумерация устройств на шине, их конфигурирование, распределение питания и пропускной способности шины и так далее. Это, можно сказать, своеобразный диспетчер, который осуществляет общий контроль над шиной и её взаимодействие с внешним миром (с клиентским ПО).
Хост-контроллер — птица гордая и пугливая, поэтому непосредственно ни с кем из подданных он не разговаривает. Для общения с подданными у него есть специальные помощники — хабы (их ещё иногда называют концентраторами).
Хабы — это устройства, которые позволяют физически подключить устройства USB к шине. Они предоставляют порты для подключения, ретранслируют трафик от хост-контроллера к конечным устройствам и обратно, отслеживают состояние и физически управляют электропитанием портов. У хабов есть один восходящий (upstream) порт, — это тот порт, который подключен по направлению к хост-контроллеру, и несколько нисходящих (downstream) портов, — это порты, к которым подключаются конечные устройства. Хабы можно каскадировать, подключая к нисходящему порту хаба ещё один хаб. Самый главный хаб, интегрированный с хост-контроллером, называется корневым хабом (он же — корневой концентратор или root hub).
Другими словами можно сказать, что у хаба есть две основных задачи: 1) создать хост-контроллеру иллюзию, что он непосредственно разговаривает с подключенным к хабу устройством; 2) наблюдать за своим сегментом шины (за девайсами, подключенными к нисходящим портам), сообщать «наверх» обо всех изменениях и, если надо, — подключать и отключать питание портов.
Конечные устройства — это все те полезные устройства, которые мы подключаем к шине USB (флэшки, принтеры, мышки и т.д.)
Нужно сказать, что физические устройства и логические устройства — это не всегда одно и тоже. Существуют, например, такие конечные устройства (называемые составными — compound devices), которые содержат внутри себя хаб, к которому подключено ещё несколько устройств. Несмотря на то, что в этом случае хаб и все, подключенные к нему устройства, запакованы в один корпус, с точки зрения логики шины это будут совершенно разные устройства.
Для логических конечных устройств обычно используют термин «функции». Таким образом, с точки зрения логики шины, устройства на ней можно разделить на хабы и функции (и неважно, запакованы ли они в один корпус или нет). Каждое логическое устройство на шине имеет уникальный адрес (1-127), присваеваемый ему хостом при подключении.
Исходя из описанного выше, получается, что физическая топология шины USB — дерево (ну, потому что хабы можно каскадировать), а логическая топология — звезда, центром которой является хост-контроллер. Физическая и логическая топологии шины USB показаны на рисунке ниже.
Идём дальше. Что же вообще представляет собой логическое устройство USB (как хабы, так и функции)?
Логическое устройство представляет собой набор так называемых конечных точек (endpoints или просто EP). Физически, конечные точки — это просто разные буферы в логическом устройстве USB, через которые происходит обмен данными с хостом. Логичный вопрос — а зачем нам иметь несколько буферов? Ну, просто потому что удобно для разных задач иметь разные буферы. Устройство же у нас может выполнять параллельно несколько разных задач. (Минимум две — отслеживать команды управления от хоста и делать что-то полезное.) У этих разных задач могут могут быть разные степени важности, требования к надёжности, своевременности и скорости доставки данных и, наконец, источники и потребители пересылаемой информации также могут быть разные (источником и потребителем полезной инфы обычно является клиентский драйвер, в то же время всякая управляющая инфа ему обычно нафиг не нужна).
Поскольку для решения описанных выше проблем недостаточно иметь просто разные буферы для разной передаваемой информации, то в дополнение к этому придумали ещё кое-что.
Во-первых, придумали 4 различных типа передач. Для каждой конечной точки должно быть определено, каким из этих типов передач с ней нужно общаться. Типы передач в USB существуют следующие:
Вернёмся к нашим конечным точкам. Для того, чтобы отличить одну точку от другой, — конечные точки, должны иметь уникальный номер. Но это не всё. Кроме номера, каждая конечная точка имеет ещё и направление. IN — если точка предназначена для передачи данных хосту, OUT — если точка предназначена для приёма данных от хоста. Точки с одинаковыми номерами, но с разными направлениями передачи данных — это разные с точки зрения логики шины конечные точки.
Единственное исключение — конечная точка EP0. У неё вообще особый статус. Она является служебной и предназначена для общего управления устройством (конфигурирование, настройка и т.д.). Кроме того, эта конечная точка двунаправленная и она должна обязательно присутствовать в любом USB-устройстве.
Исходя из всего вышеописанного, для идентификации какой-то конечной точки на шине, нам нужно знать адрес устройства, к которому относится конечная точка, её номер в устройстве и направление передачи данных через эту точку.
Поскольку устройство не всегда делает абсолютно всё на что оно только способно, да и способов решения одной и той же задачи оно может иметь несколько, то обычно нет необходимости задействовать абсолютно все конечные точки. Поэтому придумали такие понятия, как интерфейс, конфигурация и альтернативные установки. Интерфейс объединяет конечные точки, предназначенные для решения какой-либо одной задачи. Наборы используемых одновременно интерфейсов называются конфигурациями. Альтернативные установки позволяют включать или отключать какие-то входящие в конфигурацию конечные точки, в зависимости от способа решения задач для которых предназначена эта конфигурация.
Самих конфигураций и альтернативных установок у каждой из этих конфигураций для одного логического устройства может существовать несколько, но в каждый момент времени только один из этих наборов может быть активен. Причём хост должен знать, какой именно набор активен и в соответствии с этим обеспечивать связь с входящими в этот набор конечными точками. Остальные конечные точки, не входящие в активный набор, не будут доступны для связи.
Поясню, что значит «обеспечивать связь с конечными точками». Для связи клиентского ПО с каждой активной конечной точкой хост создаёт коммуникационный канал (communication pipe). Клиентское ПО, которое хочет пообщаться с конечной точкой, должно отправить к соответствующему каналу пакет запроса ввода/вывода (IRP — input/output request packet) и ждать уведомления о завершении его обработки. В IRP указывается только адрес буфера, куда надо складывать или откуда брать данные и длина передачи. Всё остальное за вас сделает хост и обслуживающие его драйвера (USBD и HCD)
В зависимости от типа передач, используемых в канале, коммуникационные каналы делятся на два типа: потоковые (streaming pipes) и каналы сообщений (message pipes).
Коммуникационный канал к точке EP0 является служебным и называется основной канал сообщений (default pipe, control pipe 0). Владельцем основных каналов сообщений всех подключенных устройств является драйвер USBD, поскольку, как мы уже говорили, через EP0 осуществляется конфигурирование и настройка устройства.
На этом, пожалуй, с основами закончим и в следующей статье попробуем более детально рассмотреть механизм передачи данных по интерфейсу USB.
Usb upstream что это такое
Здесь опубликован перевод на русский язык уникального документа USB in a NutShell, облегчающего разработчикам всего мира первое знакомство с протоколом USB. Наилучшая точка старта для новичков, и неплохое средство прочистить мозги более опытным разработчикам (которым кажется, что они что-то знают). Если какие-то термины и сокращения будут непонятны, пользуйтесь разделом [Термины] в конце статьи.
Начало работы с протоколом USB выглядит устрашающе. Например, одна только документация стандарта USB 2.0 на 650 страниц может оттолкнуть любого новичка. И это только начало длинного списка связанных стандартов для USB. Стандарты классов USB, как например HID Class Specification с общим описанием работы устройств (клавиатур, мышей, и т. д.), попадающих в класс HID (Human Interface Devices) – занимают еще 97 страниц. Если Вы разрабатываете USB хост, то нужно выбрать один из трех стандартов интерфейса хоста (Host Controller Interface Standards). Ни один из них не детализирован в спецификации USB 2.0.
Хорошие новости – нет необходимости читать весь стандарт USB. Некоторые главы вышли из стен маркетинга, другие посвящены нижнему уровню, о котором заботится Ваша микросхема USB контроллера и хост вместе с разработчиками хаба. Давайте немного попутешествуем по различным главам спецификации USB 2.0, и кратко рассмотрим основные моменты.
Теперь можно начать читать те части стандарта, которые нам действительно нужны. Если Вы разрабатываете драйвера (программное обеспечение) для периферии USB, то Вам понадобятся только следующие части:
Разработчикам железа периферии (электроника) понадобятся только следующие главы:
USB in a NutShell для дизайнеров периферии
Теперь допустим (и это наверняка правда) что (1) большинство из нас разрабатывают периферию USB и (2) прочитали стандарт, но после этого в голове никаких идей по поводу того, как все-таки реализовать разрабатываемое устройство. В следующих 7 главах мы сфокусируемся на необходимых в разработке устройства USB частях стандарта. Это позволит Вам «воткнуться» в USB и производить дальнейшие разработки в соответствии с Вашим приложением (назначением устройства USB).
Стандарт USB 1.1 был недостаточно сложен для High Speed, и перерос в USB 2.0. Чтобы упростить понимание фундаментальных принципов USB, мы пропустим многое, касающееся непосредственно устройств USB High Speed.
Введение в Universal Serial Bus (USB)
USB версии 1.1 поддерживает две скорости – режим full speed 12 Mbits/s и режим low speed 1.5 Mbits/s. Режим 1.5 Mbits/s медленнее, и менее чувствителен к EMI (помехам), чем уменьшает стоимость ферритовых колец и снижает требования к качеству компонентов. Например, кварцы могут быть заменены на дешевые резонаторы. USB 2.0, который в настоящее время господствует для десктопов и ноутбуков, поднимает планку до 480Mbits/s. Эти 480Mbits/s обозначены как режим High Speed, и по этому параметру он может конкурировать с последовательной шиной Firewire.
Universal Serial Bus – шина, управляемая исключительно хостом. На шине допустим один и только один хост. Спецификация USB сама по себе не поддерживает любую форму мультихостинга. Однако в спецификации On-The-Go, появившейся в стандарте USB 2.0, введен протокол Host Negotiation Protocol, который позволяет двум устройствам USB договориться, кто будет выполнять роль хоста. Это предназначено и ограничено одиночными подключениями точка-точка, например мобильный телефон – персональный органайзер, и не распространяется на хабы и конфигурации компьютеров. Хост USB ответственен за то, что предпринял все транзакции и выбрал полосу пропускания. Данные могут быть посланы методами различных транзакций, используя token-based протокол (протокол, основанный на символах).
По моему мнению, шинная топология USB несколько ограниченная. Одной из начальных целей USB было уменьшение количества кабелей, воткнутых в заднюю (или переднюю) стенку Вашего PC. Приверженцы Apple могут сказать, что эта идея пришла от Apple Desktop Bus, где клавиатура, мышь и другая периферия могут соединяться друг с другом (по топологии daisy chain), с использованием одного кабеля.
Однако USB использует топологию «tiered star» (многоярусная звезда), похожую на топологию 10BaseT Ethernet. Это предполагает возможное использование хабов, что добавляет неудобства – больше коробочек на Вашем столе и большее количество кабелей. Но это не так плохо, как может показаться поначалу. Многие устройства имеют интегрированные в себя хабы. Например, Ваша клавиатура может содержать хаб, подключенный к компьютеру. Ваша мышь и другие устройства (цифровая камера и т. п.) могут быть просто воткнуты в клавиатуру. Многие мониторы также имеют встроенный хаб.
Топология tiered star имеет некоторые преимущества перед простой топологией daisy chain. Первое – потребляемая мощность каждого устройства может отслеживаться, и переключения, перегрузки не влияют на работоспособность других устройств USB. Все high, full и low speed устройства могут поддерживаться одновременно – хаб отфильтровывает транзакции high speed и full speed, таким образом устройства с низкими скоростями не получают данные со слишком высокой скоростью.
Одновременно к одной шине USB может быть подключено до 127 устройств. Нужно больше устройств? – просто добавьте другой порт/хост. Многие старые хосты USB имели 2 порта, и многие производители сочли это недостаточным, и начали производство 4 и 5 портовых карт хоста и материнских плат, с внутренними портами USB (например, для жестких дисков). Ранние хосты имели один контроллер USB, и два порта разделяли между собой доступную полосу пропускания USB. Поскольку требования к полосе пропускания росли, мы теперь видим многопортовые платы с двумя или больше контроллерами, позволяющими организовать отдельные каналы для данных.
Контроллеры хоста USB имеют собственные спецификации. В стандарте USB 1.1 имеется две спецификации Host Controller Interface:
С появлением USB 2.0 понадобилась новая спецификация Host Controller Interface Specification для описания деталей регистрового уровня, специфичного для USB 2.0. Родился EHCI (Enhanced Host Controller Interface). Известные поставщики включая Intel, Compaq, NEC, Lucent и Microsoft объединились вместе, чтобы предоставить нам один стандарт интерфейса, и таким образом, только один новый драйвер для реализации в операционных системах. Вовремя.
USB носит имя, подразумевающее последовательную шину. Она использует 4 экранированных провода, из которых два передают питание (+5v & GND). Остальные два представляют витую пару (twisted pair) дифференциальных сигналов данных. Используется схема кодирования NRZI (Non Return to Zero Invert, без возврата к нулю с инверсией) для передачи данных с полем синхронизации для синхронизирования тактов хоста и приемника.
USB поддерживает «горячее» (plug’n’play) соединение с динамически загружаемыми и выгружаемыми драйверами. Пользователь просто втыкает устройство, подключая его тем самым к шине. Хост детектирует присоединение, опрашивает только что установленное устройство и загружает подходящий драйвер, индицируя песочными часами на экране момент загрузки (если драйвер для устройства USB уже установлен в системе). Конечный пользователь не заботится ни о терминировании, ни об IRQ (прерываниях) и адресах портов, ни о перезагрузке компьютера (перезагрузка не требуется). Когда пользователь закончил работу с USB-устройством, он просто вынимает его (или отсоединяет кабель), хост обнаружит отсутствие устройства и автоматически выгрузит драйвер.
Загрузка (выбор) подходящего драйвера осуществляется по комбинации PID/VID (Product ID/Vendor ID). VID предоставляется организацией USB Implementor’s forum за деньги, и это еще одна точка преткновения для USB. Последняя информация о ценах может быть найдена на сайте http://www.usb.org/developers/vendor/.
Другие организации по стандартам предоставляют дополнительные VID для некоммерческого использования, такого как обучение, разработка и прочее (радиолюбительство). USB Implementors forum все-таки должен оказать эту услугу. В этих случаях Вы можете использовать VID, назначенный поставщику системы разработки. Например, большинство производителей чипов имеют комбинации VID/PID, которые Вы можете использовать для Ваших чипов, и будет известно, что эти VID/PID не существуют в коммерческих устройствах. Другие производители чипов могут даже продать Вам для Вашего коммерческого устройства личный PID, чтобы использовать его с VID производителя.
Все устройства имеют upstream-соединение к хосту, и все хосты имеют downstream-соединение к устройству. Коннекторы upstream и downstream механически не взаимозаменяемы, что устраняет недопустимые петлевые соединения на хабах, такие как подсоединение downstream-порта в downstream-порт. Обычно используют два вида соединителей, называемые type A и type B, которые показаны ниже.
(сокет, нумерация контактов
при виде снаружи)
(сокет, нумерация контактов
при виде снаружи)
Type A plug (т. е. папа) всегда обращен к upstream (т. е. к хосту). Type A socket (т. е мама) обычно можно найти на стенке хоста и хаба. Например, сокеты type A расположены на компьютерных материнских платах и хабах. Type B plug всегда соединяются с downstream и, следовательно, type B socket расположены на USB устройствах. На первый взгляд звучит довольно путано, но разобраться можно =).
Интересно обнаружить в некоторых компьютерных магазинах кабели type A type A с прямой разводкой проводов и многочисленные зарядники USB-типа. Это входит в противоречие со спецификацией USB. Устройства, являющиеся переходником между штеккером type A в штеккер type A являются мостом, используемым для соединения двух компьютеров друг с другом. Другие запрещенные кабели – удлинители USB, имеющие на одном конце штеккер (либо type A, либо type B) и сокет на другом конце (либо type A, либо type B). Эти кабели нарушают требования к длине кабелей USB.
USB 2.0 включает в себя errata, которое представляет коннекторы mini-usb B. Подробная информация по этим коннекторам может быть найдена в Mini-B Connector Engineering Change Notice. Причина появления коннекторов mini появилась для применения USB в малогабаритных электронных устройствах типа мобильный телефоны и органайзеры. Обычный коннектор type B слишком большой, чтобы его можно было просто применить в этих устройствах.
Совсем недавно была разработана спецификация On-The-Go, которая добавляет для USB функциональность peer-to-peer. Она представляет хосты USB в мобильных телефонах и электронных органайзерах, и таким образом включена спецификация для mini-A джеков, mini-A разъемов и mini-AB разъемов. Я предполагаю, что скоро получат широкое распространение кабели mini USB, и также набор кабелей-конвертеров mini в standard.
| Номер контакта | Цвет провода | Функция |
| 1 | Красный | VBUS (5 вольт) |
| 2 | Белый | D- |
| 3 | Зеленый | D+ |
| 4 | Черный | Земля |
В кабелях USB используется стандартная цветовая маркировка для изоляции внутренних проводников, что упрощает идентификацию проводов от производителя к производителю. Стандарт регламентирует различные электрические параметры для кабелей. Интересно подробно прочитать включенные оригинальные спецификации USB 1.0. Вы бы разобрались в указанных электрических атрибутах, но параграф 6.3.1.2 предлагает рекомендованный цвет для заполнения кабелей USB морозный белый – как скучно! USB 1.1 и USB 2.0 послабляют рекомендации на Черный, Серый или Натуральный.
Разработчики PCB в части 6 стандарта найдут стандартные посадочные места и цоколевки коннекторов.
Вам не нужны электрические спецификации главы 7, за исключением если Вы не разрабатываете чипы USB устройств/трансиверов или USB хост/хаб. Мы бегло рассмотрим основные вопросы этой главы.
Трансиверы USB имеют одновременно дифференциальные и несимметричные одиночные (single ended) выходы. Определенные состояния шины обозначены несимметричными сигналами на D +, D- или обоими сразу. Например, сигнал SE0 несимметричный и может использоваться для обозначения сброса устройства, если он удерживается дольше 10 мс. Сигнал SE0 генерируется путем удержания и D- и D+ в низком уровне ( Идентификация скорости
Устройство USB должно показать свою скорость путем подвешивания линии D+ или D- к напряжению 3.3V. Устройство full speed, как показано на картинке ниже, использует pull up резистор, подключенный к D+ для указания хосту, что это устройство full speed device. Резисторы pull up на стороне устройства используются хостом или хабом для определения присутствия устройства на шине (подключено ли устройство в порт USB). Без pull up резистора считается, что к шине USB ничего не подключено. Некоторые устройства имеют этот резистор встроенным в чип (он может включаться и выключаться программно под управлением firmware), другие требуют наличия внешнего резистора.
Возьмем для примера технологию SoftConnectTM Philips Semiconductor. При подключении к шине микроконтроллер инициализирует функцию устройства USB перед тем, как подключить pull-up резистор для идентификации скорости, показывающий, что устройство подключено к шине. Если pull up резистор был подключен к Vbus, то это означает, что устройство сразу подключается к шине, как только оно воткнуто в порт USB. В этом случае хост может попытаться сбросить устройство и запросить дескриптор, когда микроконтроллер устройства еще не проинициализировал функцию устройства USB (не готов в обработке запросов USB).
Другие вендоры, такие как Cypress Semiconductor, также используют программируемый резистор для технологии Re-NumerationTM в своих устройствах EzUSB, где устройство при подключении сначала определяется как программируемое устройство USB, а потом, после загрузки в устройство программного обеспечения, отключается от шины и под управлением загруженного firmware проходит энумерацию как другое устройство USB (все это происходит незаметно для пользователя). Многие устройства EzUSB не имеют встроенной памяти Flash или OTP ROM для сохранения кода. Они загружают код через подключение по USB.
 |
| Рисунок 2: USB устройство Full Speed имеет pull up резистор, подключенный к D+ |
 |
| Рисунок 3: USB устройство Low Speed имеет pull up резистор, подключенный к D- |
Обратите внимание, что мы не рассматривали идентификацию скорости для режима High Speed. High speed начинают работу путем подсоединения на full speed (1.5k на 3.3V к сигналу D+). После установления соединения и сброса устройство переходит к соединению на high speed, если хаб или хост поддерживает это. Если резистор работает в режиме high speed, резистор pull up отключается для сохранения баланса линии.
Для совместимости устройства с USB 2.0 не требуется поддержка режима high-speed. Это позволяет производить более дешевые устройства, если скорость не важна. Это также имеет место для USB 1.1 low speed устройства, которое не обязано поддерживать full speed.
Одна из выгод USB – устройства, питаемые от шины (bus-powered devices) – устройства, которые могут получать питание от шины и не требовать никаких дополнительных джеков или кабелей. Однако многие путаются в этой опции без рассмотрения нужных критериев.
USB устройство указывает свое энергопотребление в единицах 2mA в дескрипторе конфигурации, который мы будем детально рассматривать далее. Устройство не может увеличить энергопотребление свыше величины, указанной при энумерации, даже если у него пропадет внешнее питание. Имеется 3 класса функций USB:
Low power питаемые от шины функции получают питание полностью только от VBUS и не могут потреблять больше, чем 1 юнит нагрузки (one unit load). Спецификация USB задает в качестве юнита нагрузки 100mA. Low power питаемые от шины функции должны быть также разработаны таким образом, чтобы могли работать при снижении напряжения на VBUS до 4.40V и повышении до 5.25V, замеренных на upstream коннекторе устройства. Для большинства устройств 3.3V обязательно применение LDO регуляторов.
High power питаемые от шины функции получают питание только от USB и не могут потреблять больше, чем 1 юнит нагрузки, пока они не будут сконфигурированы хостом, после чего они могут потреблять до 5 юнитов нагрузки (500mA Max), предоставленных в соответствии с запрошенной величиной из дескриптора. High power питаемые от шины функции должны быть способны проходить детектирование и энумерацию при напряжении минимум 4.40V. Когда проходит работа с полной нагрузкой, то минимум для VBUS составляет 4.75 V, и максимум 5.25V. Здесь также измерения происходят с разъема upstream.
Самопитаемые функции (self power functions) могут потреблять от шины до 1 юнита нагрузки и получать остаток мощности от внешнего источника. При пропадании внешнего источника питания должна быть обеспечена возможность потребления от шины USB не больше, чем 1 юнит нагрузки. Самопитаемые функции проще в разработке, поскольку отсутствуют проблемы с потребляемой мощностью. Одноюнитовая нагрузка на шину позволяет проводить детектирование и энумерацию без основного/дополнительного источника питания.
Никакое устройство USB, независимо от типа питания не должно подавать питание на провод VBUS на своем upstream порту. Если VBUS пропадет, устройство должно в течение 10 секунд убрать питание с D+/D- pull-up резисторов, используемых для идентификации скорости.
Потребление в режиме приостановки (Suspend Mode)
Suspend mode обязателен для всех устройств. Во время приостановки вступают в силу дополнительные ограничения. Максимальный ток приостановки пропорционален номинальной нагрузке в юнитах. Для устройства с током нагрузки в 1 юнит максимальный ток приостановки (по умолчанию) 500uA. Это включает ток от pull up резисторов на шине. В хабе имеются на обеих линиях D- и D+ pull down резисторы по 15 КОм. Эти pull down резисторы вместе с последовательно включенным резистором в устройстве (1.5 КОм pull up) создают общую нагрузку 16.5 КОм на VTERM обычно 3.3v. Таким образом, этот резистор потребляет 200uA еще до старта.
Примечание переводчика: многие разработчики firmware не утруждают себя обработкой режима Suspend. Например, среди разработок, основанных на библиотеке V-USB, мне не попадались проекты с поддержкой режима Suspend.
Многие разработчики на форуме USB Implementor’s Forum спрашивают – какие проблемы произойдут, если превысить лимит тока Suspend? Само собой разумеется, что большинство хостов и хабов не могут обнаружить перегрузку такой величины, и следовательно Ваше устройство может потреблять ток 5 мА и даже 10 мА и при этом нормально работать – но все-таки Вы при этом нарушаете требования спецификации USB. Однако при нормальном функционировании (не в режиме Suspend), если Вы пытаетесь превысить на 100mA Вашу определенную допустимую нагрузку, то хаб или хост наверняка обнаружат это и отсоединят Ваше устройство в интересах целостности шины.
Конечно, этих вопросов проектирования можно избежать, если Вы хотите спроектировать устройство USB с собственным питанием. Токи Suspend не имеют значения для десктопов, но с введением спецификации On-The-Go хостами USB могут стать мобильные телефоны и мобильные органайзеры. Лишнее потребление энергии Вашими USB устройствами произведет неблагоприятный эффект на время работы мобильного устройства от батареи.
Вход в Suspend Mode
Устройство USB приостанавливается (переходит в режим Suspend), когда на шине нет активности более чем 3.0 мс. В течение следующих 7 мс устройство должно отключиться, и не потреблять ток больше, чем заданный ток suspend. Таким образом, через 10 мс после прекращения активности шины ток потребления от неё не должен превышать suspend current. Для поддержания состояния соединения к приостановленному хабу или хосту, устройство во время режима Suspend должно все еще предоставлять питание на pull up нагрузочный резистор, определяющий выбор скорости.
У USB есть пакет start of frame (SOF), который строго периодично (каждые 1 мс для low speed и full speed) посылается на шину для поддержания её в активном состоянии. Это препятствует тому, чтобы шина стала неактивной (вошла режим приостановки) при отсутствии данных на шине.
Термин «Global Suspend» используется, когда вся шина USB входит в режим suspend целиком. Однако также может быть приостановлено выбранное устройство путем посылки команды хабу, куда подключено устройство. Это называют как «Selective Suspend.»
Устройство возобновит работу, как только примет любой «не idle» сигнал. Если устройство имеет возможность удаленного пробуждения (remote wakeup enabled), то оно может сигнализировать хосту о необходимости выхода из режима Suspend (resume).
Скорость сигнала данных (Data Signalling Rate)
Другая область, которая часто пропускается, является допуск на такты USB. Эта информация имеется в секции 7.1.11 спецификации USB.
Эти допуски позволяют для устройств low speed применять недорогие резонаторы, но исключает их для full speed или high speed устройств.
[Глава 3: протоколы USB]
В отличие от RS-232 и похожих последовательных интерфейсов, где формат отправляемых данных не задан, USB составлен из нескольких слоев протоколов. Звучит сложно, но не опускайте руки. Как только поймете, что происходит, нужно беспокоиться только о протоколах верхних уровней. Фактически большинство контроллеров USB берет на себя заботу о нижних уровнях протоколов, делая их невидимыми для конечного разработчика.
Каждая транзакция USB состоит из:
Общие поля пакета USB
Данные на шине USB передаются в таком порядке: первым идет LSB (Least Significant Bit, младший значащий бит). Пакеты USB состоят из следующих полей:
Все пакеты должны начинаться с поля синхронизации (sync). Поле sync имеет длину 8 бит на low speed и full speed или 32 бита на high speed, и используется для синхронизации тактов приемника с тактами передатчика. Последние 2 бита показывают, где начинается поле PID.
PID означает Packet ID. Это поле используется для обозначения типа пакета, который сейчас отправляется. Следующая таблица показывает возможные значения этого поля.
| Группа | Значение PID | Идентификатор пакета |
| Token | 0001 | OUT Token |
| 1001 | IN Token | |
| 0101 | SOF Token | |
| 1101 | SETUP Token | |
| Data | 0011 | DATA0 |
| 1011 | DATA1 | |
| 0111 | DATA2 | |
| 1111 | MDATA | |
| Handshake | 0010 | ACK Handshake |
| 1010 | NAK Handshake | |
| 1110 | STALL Handshake | |
| 0110 | NYET (No Response Yet) | |
| Special | 1100 | PREamble |
| 1100 | ERR | |
| 1000 | Split | |
| 0100 | Ping |
У PID здесь 4 бита, однако чтобы обеспечить его правильный прием, 4 бита дополнены (complemented) и повторены, в результате получился 8-битный PID. Полученный формат показан ниже:
Поле адреса указывает, какому из устройств USB предназначен пакет. Адрес имеет длину 7 бит, что позволяет адресовать до 127 поддерживаемых одновременно устройств. Адрес 0 недопустим, он предназначен для устройств, адрес для которых пока не назначен. Любое устройство, которому не назначен адрес, должно отвечать на пакет с адресом 0.
Поле endpoint составлено из 4 бит, что позволяет 16 возможных конечных точек. Однако устройства low speed могут иметь только 2 дополнительные конечные точки сверх заданного по умолчанию канала (4 конечных точки максимум).
Cyclic Redundancy Checks (Циклическая Избыточная проверка) выполняется над данными в пределах полезной нагрузки пакета. Все пакеты token имеют 5 бит CRC, а пакеты data имеют 16 бит CRC.
End of packet, конец пакета. Сигнализируется несимметричным нулем (Single Ended Zero, SE0) на время примерно 2 бита, и далее следует состояние J длительностью 1 бит.
USB имеет 4 разных типа пакета. Пакеты token индицируют тип последующей транзакции, пакеты data содержат payload, пакеты handshake используются для подтверждения данных или сообщений об ошибках, и пакеты start of frame (SOF) показывают начало нового фрейма.
Имеется 3 типа пакетов token:
Пакеты token должны удовлетворять следующему формату:
Имеется 2 типа пакетов данных, каждый из которых может передать до 1024 байта данных.
| Sync | PID | Data | CRC16 | EOP |
Максимальный размер полезной нагрузки (payload) для low-speed устройств составляет 8 байт. Максимальный размер полезной нагрузки для full-speed устройств составляет 1023 байт. Максимальный размер полезной нагрузки для high-speed устройств составляет 1024 байт. Данные нужно послать в единицах байт.
Имеется 3 типа пакетов handshake, которые состоят просто из PID
ACK – подтверждение о том, что пакет успешно принят. NAK – сообщение о том, что устройство временно не может отправить или принять данные. Также используется в interrupt транзакциях для информирования хоста о том, что нет никаких данных для передачи. STALL – устройство находится в состоянии, которое требует вмешательства со стороны хоста.
Пакеты handshake имеют следующий формат:
Пакет SOF состоит из 11-битного номера фрейма, отсылаемого хостом каждые 1ms ± 500ns на full speed или каждые 125 µs ± 0.0625 µs на high speed.
| Sync | PID | Frame Number | CRC5 | EOP |
Когда мы представляем себе устройство USB, мы думаем о нем как о периферийном устройстве USB, но устройство USB могло означать USB трансивер, используемый в хосте или периферии, USB хаб или микросхему контроллера хоста, или периферийное устройство USB. Поэтому стандарт ссылается на функции USB, которые можно видеть как USB устройства, которые обеспечивают определенный функционал наподобие принтера, Zip-драйва, сканера, модема или другой периферии.
Сейчас мы уже должны знать ряд понятий, составляющих пакет USB. Нет? Вы уже забыли, сколько бит входит в поле PID? Не будьте слишком обеспокоены этим. К счастью, большинство функций USB уже в кремнии (специальных чипах) получают обработку низких уровней протокола USB (до слоя транзакций, который мы рассмотрим в следующей главе). Мы рассматриваем информацию о низких слоях протокола USB потому, что большинство контроллеров функций USB сообщают об ошибках, таких как PID Encoding Error. Не рассмотрев бегло низкий уровень, можно было бы спросить, что означает PID Encoding Error? Если бы Вы предположили, что последние четыре бита PID не соответствовали инверсии первых четырех битов, то Вы были бы правы.
Программное обеспечение (firmware микроконтроллера) получит прерывание, в котором оно должно прочитать содержимое буфера конечной точки и проанализировать запрос на дескриптор устройства (parse device descriptor request).
Конечные точки (endpoints)
Конечные точки могут быть описаны как источники или приемники данных. Поскольку шина является хост-ориентированной, конечные точки оказываются в конце канала связи, на функции USB. Например, на уровне программного обеспечения Ваш драйвер устройства может отправлять пакет в конечную точку EP1 устройства. Так как данные поступают от хоста, они попадут в OUT буфер EP1. Ваше firmware теперь может не спеша прочитать эти данные. Если устройство хочет вернуть данные, функция не может просто записать их на шину, так как шина полностью управляется хостом. Поэтому firmware помещает данные в буфер EP1 IN, и эти данные находятся в буфере до тех пор, пока хост не отправит пакет IN, которым он запрашивает данные конечной точки. Конечные точки можно также рассматривать как интерфейс между железом функции устройства и firmware, работающем на функции устройства.
Все устройства должны поддерживать конечную точку 0. Это конечная точка, которая принимает все управляющие запросы и запросы статуса во время энумерации и в течение всего времени, когда устройство остается работоспособным на шине.
Когда устройство отправляет и принимает данные через несколько конечных точек, клиентское программное обеспечение передает данные через потоки. Поток – логическое соединение между хостом и конечной точкой (точками). Потоки также имеют набор параметров – тип передачи (Control, Bulk, Iso или Interrupt), направление потока данных и максимальные размеры пакета/буфера. Например, поток по умолчанию – двунаправленный поток, составленный из IN конечной точки 0 и OUT конечной точки 0 с типом передачи control.
USB определяет два типа потоков (pipes)
[Глава 4: Типы конечных точек (Endpoint Types)]
Стандарт USB определяет 4 типа конечных точек/передач:
Управляющие передачи (control transfer) обычно используются для команд и операций получения состояния. Основная настройка устройства USB со всеми функциями энумерации происходит с использованием передач control. Это обычно быстрые, случайные по времени пакеты, инициированные хостом, которые имеют наилучший приоритет по доставке (best effort). Максимально допустимая длина полезной нагрузки (payload, или размер пакета) управляющей передачи полноскоростных (full-speed) устройств USB составляет 8, 16, 32 или 64 байта; для высокоскоростных (high-speed) устройств этот размер составляет 64 байта, и для низкоскоростных (low-speed) устройств это 8 байт (только 8 байт, и никаких других вариантов).
У передач control могут быть до 3 стадий.
 |  |
Стадия data stage имеет два различных сценария, в зависимости от направления передачи данных.
Сценарий IN: когда хост готов принять данные control data, он выпускает IN Token. Если функция получает IN token с ошибкой, например PID не соответствует инвертированным битам PID, то она игнорирует пакет. Если токен принят успешно, устройство может либо ответить пакетом DATA, содержащим отправляемые control data, либо stall packet, индицирующий ошибку конечной точки, либо пакет NAK, показывающий хосту, что конечная точка работает, но пока не имеет данных для отправки.
 | |
Сценарий OUT: когда хосту нужно передать устройству пакет с управляющими данными (control data packet), он выпускает OUT token, за которым идет пакет, содержащий control data в качестве полезной нагрузки. Если любая часть – или OUT token, или data packet ошибочны, функция игнорирует пакет. Если буфер конечной точки пуст, она заполняет буфер данными и передает ACK, информирующий хост о том, что данные получены успешно. Если буфер конечной точки не пуст, поскольку идет обработка предыдущего пакета, функция отвечает NAK. Однако, если у оконечной точки была ошибка, и ее бит останова (halt bit) был установлен, она возвращает STALL.
Стадия status stage также имеет два различных сценария, в зависимости от направления передачи данных.
Сценарий IN: если хост отправил токен (токены) IN token(s) во время стадии data stage для приема данных, хост должен подтвердить успешный прием данных. Это делается путем отправки токена OUT, за которым идет пакет data нулевой длины. Функция может теперь сообщить свой статус на стадии handshaking. ACK указывает на то, что функция завершила команду и готова к приему следующей команды. Если во время обработки этой команды произошла ошибка, функция выдает STALL. Однако если пока продолжается обработка команды, функция выдает NAK, указывающий хосту повторить позже стадию status stage.
 | |
Сценарий OUT: если хост отправил токен (токены) OUT на стадии data stage – чтобы отправить данные, функция подтверждает успешный прием данных отправкой пакета нулевой длины в ответ на токен IN. Однако если произошла ошибка, функция должна выдать STALL, или если пока обрабатываются данные, должна выдать NAK, указывая хосту повторить позже status phase.
 | |
Теперь, как все это совмещается? Например, хост хочет запросить дескриптор устройства во время энумерации. Пакеты, которые посылают, будут следующими.
Хост отправляет токен Setup, говорящий функции, что следующий пакет будет пакет Setup. Поле адреса будет содержать адрес устройства, от которого главный компьютер просит дескриптор. Номер конечной точки должен быть 0, что указывает канал по умолчанию (default pipe). Затем хост отправит пакет DATA0. Он будет содержать 8 байт полезной нагрузки, которая будет являться запросом Device Descriptor Request, описанным в Главе 9 спецификации USB. Функция USB подтверждает пакет setup, что он был прочитан корректно, без ошибок. Если пакет принят с ошибкой, устройство просто игнорирует этот пакет. Хост должен отправить пакет позже заново, после короткой задержки.
| 1. Токен Setup | Sync | PID | ADDR | ENDP | CRC5 | EOP | Адрес и номер конечной точки |
| 2. Пакет Data0 | Sync | PID | Data0 | CRC16 | EOP | Device Descriptor Request | |
| 3. Ack Handshake | Sync | PID | EOP | Устройство подтверждает Setup Packet | |||
Три вышеуказанных пакета представляют из себя первую транзакцию USB. Теперь устройство USB будет декодировать 8 принятых байт, и определять по ним, что это device descriptor request (запрос на дескриптор устройства). После этого устройство попытается отправить Device Descriptor, что произойдет в следующей транзакции USB.
| 1. Токен In | Sync | PID | ADDR | ENDP | CRC5 | EOP | Адрес и номер конечной точки |
| 2. Пакет Data1 | Sync | PID | Data1 | CRC16 | EOP | Первые 8 байт дескриптора устройства | |
| 3. Ack Handshake | Sync | PID | EOP | Хост подтверждает пакет | |||
| 1. Токен In | Sync | PID | ADDR | ENDP | CRC5 | EOP | Адрес и номер конечной точки |
| 2. Пакет Data0 | Sync | PID | Data0 | CRC16 | EOP | Последние 4 байта + Padding | |
| 3. Ack Handshake | Sync | PID | EOP | Хост подтверждает пакет | |||
В этом случае мы подразумеваем, что максимальный размер полезной нагрузки 8 байт. Хост отправляет токен IN, чем говорит устройству, что он может теперь отправить данные для этой конечной точки. Поскольку максимальный размер пакета 8 байт, мы должны для отправки разделить 12 байт дескриптора устройства на кусочки. Каждый кусочек должен быть размером по 8 байт, за исключением последней транзакции. Хост подтверждает каждый пакет, который мы посылаем ему.
Как только дескриптор устройства отправлен, начинается транзакция статуса. Если транзакции были успешны, хост отправляет пакет нулевой длины, показывающий, что полная транзакция была успешна. Функция отвечает на это пакетом нулевой длины, индицирующим её состояние (status).
| 1. Токен Out | Sync | PID | ADDR | ENDP | CRC5 | EOP | Адрес и номер конечной точки |
| 2. Пакет Data1 | Sync | PID | Data1 | CRC16 | EOP | Пакет нулевой длины | |
| 3. Ack Handshake | Sync | PID | EOP | Устройство подтверждает всю транзакцию целиком | |||
Любой, кто имел дело с запросами на прерывание у микроконтроллеров, знает, что прерывания генерируются устройством (в микроконтроллере). Однако под управлением USB, если устройство требует внимания хоста, оно должно ждать, пока хост его не опросит, чтобы понять, что устройство нуждается в срочном обмене данными! Передачи Interrupt имеют следующие особенности:
Передачи Interrupt обычно непериодические, когда USB устройство «инициирует» связь, требующую ограниченного времени ожидания. Запрос на «прерывание» ставится устройством USB в очередь, пока компьютер не опросит устройство USB с целью получения данных.
 | |
На диаграмме показан формат транзакций Interrupt IN и Interrupt OUT.
Interrupt IN: хост периодически опрашивает конечную точку interrupt. Скорость опроса указана в описателе конечной точки (endpoint descriptor), который мы рассмотрим позже. Каждый опрос сопровождается отправкой хостом токена IN. Если токен IN испорчен, функция игнорирует пакет, и продолжает мониторинг шины в ожидании новых токенов.
Если interrupt поставлено в очередь устройством USB, функция отправит пакет data, содержащий данные, соответствующие interrupt при приеме токена IN. После успешного приема хостом, хост возвратит ACK. Однако, если данные были испорчены, хост не вернет status. Условие прерывания не присутствовало, когда главный компьютер опросил оконечную точку прерывания токеном IN, но функция ответила о своем состоянии NAK. Если на этой конечной точке произошла ошибка, то в ответ на токен IN будет отправлен STALL.
Изохронные передачи (Isochronous Transfers)
Изохронные передачи происходят периодически и продолжительное время. Они обычно содержат информацию, привязанную ко времени (чувствительную к времени доставки), например аудио или видео потоки. Если произойдет задержка или повторная передача данных в аудио потоке, то Вы должны в результате получить искаженный звук. Дополнительная неприятность – может пропасть синхронизация звука. Однако выпадение пакетов или фреймов могут случаться постоянно снова и снова, и это будет менее заметно для слушателя. Изохронные передачи обеспечивают:
Для изохронной конечной точки максимальный размер полезной нагрузки по данным указывается в дескрипторе конечной точки (endpoint descriptor). Этот размер может быть максимум до 1023 байт для full speed и до 1024 байт для high speed. Поскольку максимальный размер полезной нагрузки влияет на требование к шине по полосе пропускания, следует внимательно отнестись к его выбору. Если Вы используете большую полезную нагрузку, то может оказаться хорошим выбором задать серию альтернативных интерфейсов (alternative interfaces) с различными изохронными размерами полезной нагрузки. Если во время энумерации хост не может предоставить Вашей изохронной конечной точке привилегированную полосу из-за ограничений полосы пропускания, то у него еще будут другие варианты полосы вместо того, чтобы потерпеть неудачу полностью. Данные, посылаемые через изохронную конечную точку, могут быть меньше предварительно оговоренного размера, и могут измениться по длине от транзакции к транзакции.
 | |
На диаграмме показан формат изохронных транзакций IN и OUT. Изохронные транзакции не имеют стадии установления связи (рукопожатия, handshaking stage) и не могут сообщать об ошибках или событиях STALL/HALT.
Bulk-передачи можно использовать для большого объема быстро передаваемых данных. В качестве примера можно привести задание по выводу на печать, посланное в принтер, или изображение, сгенерированное от сканера. Bulk-передачи предоставляют коррекцию ошибок полезной нагрузки с помощью поля CRC16 и механизмы детектирования ошибок и повторной передачи, гарантирующие отсутствие ошибок в передаваемых или принятых данных.
Bulk-передачи будут использовать остаточную полосу пропускания шины после того, как все другие транзакции были распределены. Если шина занята данными isochronous и/или interrupt, то данные bulk могут передаваться через шину медленно. Следовательно, передачи Bulk должны использоваться только для интенсивных коммуникаций с негарантированным временем доставки. Особенности передачи Bulk:
Bulk-передачи поддерживаются только full speed и high speed устройствами. Для конечных точек full speed максимальный размер пакета bulk бывает 8, 16, 32 или 64 байта длиной. Для конечных точек high speed, максимальный размер пакета может до 512 байт длиной. Если полезная нагрузка данных меньше максимального размера пакета, она не должна быть дополнена нулями. Bulk-передачу считают законченной, когда она передала точное количество запрошенных данных, передала пакет меньше, чем максимальный размер оконечной точки, передала пакет нулевой длины.
| |
На диаграмме показан формат транзакций bulk IN и bulk OUT.
Bulk IN: когда хост готов принять данные bulk, он выдает токен IN. Если функция принимает токен IN с ошибкой, она игнорирует пакет. Если токен принят корректно, функция может ответить либо пакетом DATA (содержащим отправляемые данные bulk), либо пакетом stall, (показывающим, что конечная точка имеет ошибку), либо пакетом NAK (показывающим, что конечная точка в работе, но у нее пока нет данных для отправки).
Bulk OUT: когда хост хочет отправить функции пакет bulk data, он выдает токен OUT, за которым идет data пакет, содержащий данные bulk. Если любая часть токена OUT или пакета data повреждена, функция игнорирует пакет. Если буфер конечной точки функции пуст, функция вдвигает данные в буфер конечной точки и выдает ACK, информируя хост об успешно принятых данных. Если буфер конечной точки функции не пуст по причине обработки предыдущего пакета, функция возвращает NAK. Однако если конечная точка в состоянии ошибки, и её halt-бит установлен, функция возвращает STALL.