VSS - Загальний висновок для внутрішньої логіки і портів введення

VDD - Позитивна напруга живлення для внутрішньої логіки і портів введення

NC - Ці висновки усередині мікросхеми не підключені

Логічна топологія USB — просто зірка: для хост-контролера хаби створюють ілюзію безпосереднього підключення шкірного прибудові. На відміну від шин розширення (ISA/EISA, PCI, PC Card), де програма взаємодіє з прибудовами шляхом звернень за фізичними адресами елементів пам'яті, портів введення-висновку, перериваннями і каналами DMA, взаємодія додатків з прибудовами USB виконується тільки через програмний інтерфейс. Цей інтерфейс, що забезпечує незалежність звернень до пристроїв, надається системним ПО контролера USB.

На відміну від громіздких дорогих шлейфів паралельних шин АТА і особливо шини SCSI з її різноманітністю портів і складністю правил підключення, кабельне господарство USB просте і витончене. Кабель USB містить одну екрановану виту пару з імпедансом 90 Ом для сигнальних ланцюгів і одну неекрановану для подачі живлення (+5 В), допустима довжина сегменту — до -5 м. Для низької швидкості може використовуватися невитий неекранований кабель завдовжки до 3 м (він дешевше). Система кабелів і коннекторів USB не дає можливості помилитися при підключенні пристроїв (малий. 1, а і б). Для розпізнавання порту USB на корпусі прибудую ставитися стандартне символічне позначення (малий. 1 і малий. 2, а).

Гнізда типу «А» встановлюються тільки на низхідних портах хабов, вилки типу «А» — на шнурах периферійних пристроїв або висхідних портів хабов. Гнізда і вилки типу «В» використовуються тільки для шнурів, відєднаних від периферійних пристроїв і вихідних портів хабів (від «дрібних» пристроїв — мишей, клавіатур і т.п. кабелі, як правило, не від'єднуються).

Хаби і пристрої забезпечують можливість «гарячого» підключення і відключення. Для цього порти забезпечують раніше з'єднання і пізнє від'єднання живлячих ланцюгів по відношенню до сигнальних і передбачений протокол сигналізації підключення і відключення пристроїв. Призначення виведень портів USB ілюструє табл. 1, нумерація контактів показана малий. 2, а і б.

Рис . 9 Коннектори USB: а — вилка типу «А»; б— вилка типу «В»

а

би в

Рис. 10 Гнізда USB: а— типу «А»; б— типу «В»;

в— символічне позначення

таблиця 1. Прізначення виведень роз'єму USB

Контакт |

Ланцюг

1 |

Vbus

2 |

D-

3 |

D+ .

4 |

GND

У шині використовується диференціальний спосіб передачі сигналів D+ і D- по двох дротах. Швидкість, використовувана пристроєм, підключеним до конкретного порту, визначається хабом по рівнях сигналів на лініях D+ і D-, зміщуваних резисторами, навантажень, передавачів приймача: пристрої з низькою швидкістю «підтягають» до високого рівня лінію D-, з повною — D+.

Підключення прибудові HS визначається на етапі обміну конфігураційною інформацією — фізично на перших порах пристрій HS повинний підключатися як FS. Передача по двох дротах в USB не обмежується диференціальними сигналами. Окрім диференціального приймача кожен пристрій має лінійні приймачі сигналів D+ і D-, а передавачі цих ліній управляються індивідуально. Це дозволяє розрізняти більше двох станів лінії, використовуваних для організації апаратного інтерфейсу.

Введення високої швидкості (480 Мбіт/с — всього в 2 рази повільніше, ніж пропонує технологія Gigabit Ethernet) вимагає ретельного узгодження передавачів приймача і лінії зв'язку. На цій швидкості може працювати тільки кабель з екранованою витою парою для сигнальних ліній. Для високої швидкості апаратура USB повинна мати додаткові спеціальні передавачі приймача. На відміну від формувачів потенціалу для режимів FS і LS передавачі HS є джерелами струму, орієнтованими на наявність резисторів на обох сигнальних лініях.

Швидкість передачі даних (LS, FS або HS) вибирається розробником периферійного прибудові відповідно до потреб цього прибудові. Реалізація низьких швидкостей для прибудові обходитися дещо дешевше (передавачі приймача простіше, а кабель для LS може бути і неекранованою невитою парою). Якщо в «старій» USB пристрої можна було підключати не замислюючись в будь-який вільний порт будь-якого хаба, то в USB 2.0 з'явилися можливості вибору між оптимальними, неоптимальними і непрацездатними конфігураціями, якщо використовуються пристрої і хаби різних версій.

Хаби USB 1.1 зобов'язані підтримувати швидкості FS і LS, швидкість підключеного до такого хабу прибудові визначається автоматичний по різниці потенціалів сигнальних ліній. Хаби USB 1.1 при передачі пакетів є просто повторювачами, що забезпечують прозорий зв'язок периферійного прибудові з контролером.

Передачі на низькій швидкості досить марнотратно витрачають потенційну пропускну спроможність шини: за тією година, на який смороді займають шину, високошвидкісний пристрій може передати даних в 8 разів більше. Але ради спрощення і здешевлення всієї системи на ці жертви пішли, а за розподілом смуги між різними прибудовами стежить планувальник транзакцій хост - контролера.

У специфікації 2.0 швидкість 480, Мбіт/с повинна уживатися з колишніми, але при такому співвідношенні швидкостей обміни на FS і LS «з'їдять» можливу смугу пропускання шини без жодного «задоволення» (для користувача).

Щоб цього не відбувалося, хаби USB 2.0 набувають рис комутаторів пакетів. Якщо до порту такого хаба підключено високошвидкісний пристрій (або аналогічний хаб), то хаб працює в режимі повторювача і транзакція з пристроєм на HS займає весь канал до хост - контролера на всю годину свого виконання. Якщо ж до порту хаба USB 2.0 підключається пристрій або хаб 1.1, то по частині каналу від контролера пакет проходити на швидкості HS, запам'ятовується в буфері хаба, а до старого прибудові або хабу йде вже на його «рідній» швидкості FS