Sin t

1
USB
Adrian Chamero Vladimir Fernandez Manel
Mendoza Santiago Navarro
2
INTRODUCCIÓN
Problema falta de flexibilidad en la
reconfiguración de todo computador
MS-DOS Windows 95
facilidad
PCI
?
ISA
facilidad
PCMCIA
3
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.

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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

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QUÉ ES USB? Descripción general
6
QUÉ ES USB? Descripción general

• Todos los dispositivos tienen un sitema de
  configuración idéntico, incluso un mismo driver
  sirve para varios dispositivos diferentes.
• PlugnPlay (conectar y listo) No tenemos que
  tocar nada en el hardware y todo es configurable
  por software.

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Objetivos del USB
- Apuntan hacia la vista del usuario

• PlugnPlay
• Hot pluggin
• No tiene que preocuparse por conflictos IRQ o
  insertar tarjetas
• Conectar hasta 127 dispositivos

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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 PlugnPlay
• Límite de expansibilidad normalmente 4 ranuras
  PCI, 4 ISA, 1 AGP, 2 puertos serie y 1 paralelo

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Evolución de la USB

• USB versión 1.0 conectar periféricos que no
  requieran grandes rangos de transmisión
  ancho de banda (lt12 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...

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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Recursos del dispositivo

• El puerto USB sólo necesita una IRQ y una _at_ de
  memoria.
• TODOS los dispositivos UNA sola ID para
  identificación.
• Los puertos standard necesitan 5 IRQs, varias
  DMAs y muchas _at_ de memoria.

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Descripción del Sistema USB

• Compuesto por tres partes diferenciadas
• HOST USB
• Dispositivos USB
• Interconexión USB

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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.

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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.

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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...

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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Modelo lógico funcional
27
Conectores
28
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

29
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).

30
Como transmite el bus.
Información

• Bus inactivo
• D ? Vel. Alta (12Mbps)
• D- ? Vel. Lenta (1,5 Mbps)

31
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.

32
El paquete de información
33
Tipos de paquetes

• Start-of-frame Token Packet

• Setup, In, y Out Token Packets

34
Tipos de paquetes

• Data transfer Packets

• Handshake Packets

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Ejemplos USB
Adaptador ISA a USB
36
Ejemplos USB
Adquisición de datos por el puerto USB
37
ELECTRÓNICA Y TRANSMISSIÓN DEL BUS
38
Pines del conector
39
Cables del USB

• El Bus Serial Universal (USB) transfiere señales
  de información y energía a través de 4 cables

40
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)

41
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

42
Cables del USB

• Los cables del USB permiten abarcar distancias
  desde unos centímetros hasta varios metros
• Distancia máxima entre USBs 5 metros
• Los cables USB tienen protectores de voltaje los
  cuales al mismo tiempo detectan los nuevos
  dispositivos conectados

43
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

44
Tipos de transmisión

• TRANSMISIÓN SÍNCRONA
• TRANSMISIÓN ASÍNCRONA

Objetivo transmisión información generada en
emisor debe ser recuperada de la misma forma en
el receptor
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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
46
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

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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

48
Transmisión síncrona

• Aplicación

Canal telefónico
49
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

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Transmisión isocrónica

• Provee comunicación continua y periodica entre el
  host y el dispositivo
• mueve información relevanta a algún tipo de
  transmisión (audio, video)

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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
52
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

53
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

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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
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Conjunto integrado de chips
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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
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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

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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