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無線電子工学および電気工学の百科事典 USB バスと FireWire。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
USB (ユニバーサル シリアル バス - ユニバーサル シリアル バス) は、PC アーキテクチャの業界標準拡張であり、電話や家庭用電化製品との統合に重点を置いています。 バージョン 1.0 は 1996 年 XNUMX 月に公開されました。 USB アーキテクチャは次の基準によって定義されます。
エンド ユーザーの観点から見ると、USB には次のような魅力的な機能があります。
1996 年半ば以降、チップセットによって実装された組み込み USB コントローラを備えた PC が生産されてきました。 モデム、キーボード、スキャナ、スピーカーなどのUSB対応入出力デバイスが登場すると予想されているほか、USBアダプタを備えたモニタなど、他のデバイスを接続するためのハブの役割も担うことになる。 1.1。 USB構造 USB では、複数のデバイス間の同時データ交換が可能です。 ホストコンピューター そして多くの 周辺機器（PU）。 PU 間のバス帯域幅の分配はホストによって計画され、トークンを送信することによって実装されます。 バスを使用すると、ホストとデバイス自体の実行中にデバイスの接続、構成、使用、切断が可能になります。 以下は、Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC、およびNorthern Telecomが発行した「Universal Serial Bus 仕様。Revision IO 15年1996月XNUMX日」の用語を著者が翻訳したものです。 より詳細な最新情報は、usb.org でご覧いただけます。 デバイス USB は、ハブ、機能、またはその両方の組み合わせにすることができます。 ハブ (ハブ) は、バス上のデバイスに追加の接続ポイントを提供します。 機能 USB は、ISDN 接続、デジタル ジョイスティック、デジタル インターフェイス スピーカーなどの追加機能をシステムに提供します。USB デバイスには、USB プロトコルを完全にサポートし、標準操作 (設定とリセット) を実行し、説明する情報を提供する USB インターフェイスが必要です。デバイス。 USB に接続されている多くのデバイスには、ハブと機能の両方が備わっています。 USB システム全体の動作は次のように制御されます。 ホスト コントローラー (ホスト コントローラー)、 これは、ホスト コンピュータのハードウェアおよびソフトウェア サブシステムです。 物理的な接続 デバイスは、多層のトポロジに従って実行されます 星。 それぞれの星の中心は、 ハブ、 各ケーブル セグメントは、XNUMX つのハブ ポイントを別のハブまたは機能に接続します。 システムには XNUMX つ (そして XNUMX つだけ) ホストコントローラー、 デバイスとハブのピラミッドの頂点に位置します。 ホストコントローラーと統合 ルート ハブ (ルート ハブ)、 XNUMX つまたは複数の接続ポイントを提供する ポート。 チップセットに含まれる USB コントローラーには、通常、XNUMX ポートのハブが内蔵されています。 論理的には、USB ハブに接続され、設定されたデバイス (以下を参照) は、ホスト コントローラーに直接接続されていると見なされます。 機能 バスを介してデータまたは制御情報を送受信できるデバイスです。 通常、これらの機能はハブ ポートに接続されたケーブルを備えた別個の PU です。 物理的には、XNUMX つのポートへの接続を提供する組み込みハブを備えた複数の機能が存在する場合があります。 これらのコンボ ホスト デバイスは、永続的に接続された機能デバイスを備えたハブです。 各機能は、PU の機能とリソース要件を説明する構成情報を提供します。 この機能は、使用する前にホストによって設定する必要があり、チャネル帯域幅を割り当て、設定オプションを選択する必要があります。 関数の例は次のとおりです。 ポインター マウス、タブレット、ライト ペン。 入力デバイスはキーボードまたはスキャナーです。 出力デバイス プリンター、スピーカー (デジタル)。 ISDN電話アダプター ハブ USB アーキテクチャにおける RnP システムの重要な要素。 ハブはケーブルハブです。 接続ポイントは次のように呼ばれます ポート ハブ。 各ハブは、XNUMX つの接続ポイントを多数の接続ポイントに変換します。 このアーキテクチャにより、複数のハブの接続が可能になります。 各ハブには XNUMX つあります 上流ポート 最上位のホストまたはハブに接続するように設計されています。 残りのポートは次のとおりです。 ダウンストリーム (ダウンストリーム ポート)、 下位レベルの機能またはハブを接続するように設計されています。 ハブは、デバイスのポートへの接続または切断を認識し、セグメントへの電源供給を管理できます。 各ポートは有効または無効にでき、ボー レートを完全または制限的に設定できます。 ハブは、低速セグメントを高速セグメントから分離します。 ハブはダウンストリーム ポートへの電源供給を制御できます。 各ポートが消費する電流に制限を設定できます。
USBシステム 一定の相互作用ルールを備えた 7.1 つのレベルに分かれています。 USB デバイスには、インターフェイス部分、デバイス部分、機能部分が含まれています。 ホストも、インターフェイス、システム、デバイス ソフトウェアの XNUMX つの部分に分かれています。 各部分は特定の範囲のタスクのみを担当し、それらの間の論理的および実際の相互作用を図に示します。 XNUMX. 検討中の構造には次の要素が含まれます。 物理USBデバイス エンドユーザーにとって関心のある機能を実行するバス上のデバイス。 クライアント SW ホスト コンピュータ上で実行されるデバイス固有のソフトウェア。 OS の統合部分または特殊な製品の場合があります。 USBシステムソフトウェア 特定のデバイスやクライアント ソフトウェアに依存しない USB システム サポート。 USBホストコントローラ USB デバイスをホスト コンピュータに接続するためのハードウェアとソフトウェア。 物理インターフェース USB 規格は、バスの電気的および機械的仕様を定義します。 情報信号と 5 V の電源電圧は 0,3 線ケーブルを介して送信されます。 D+信号とD信号を2,8線で伝送する差動方式を採用しています。 静的なトランスミッター信号レベルは 0,5V 未満 (ロー)、または 3,8V (ハイ) を超える必要があります。 レシーバは、XNUMX...+XNUMX V 以内の入力電圧に耐えます。トランスミッタは、XNUMX 対のワイヤを介した双方向半二重伝送のために高インピーダンス状態に切り替えることができなければなりません。 USB の XNUMX 線伝送は差動信号に限定されません。 差動レシーバーに加えて、各デバイスには D+ および D- ライン レシーバーがあり、これらのラインのトランスミッターは個別に制御されます。 これにより、ハードウェア インターフェイスを構成するために使用される XNUMX つ以上の回線状態を区別できるようになります。 州 ディフオー и 差分1 は、ライン D + と D の 200 mV を超える電位差によって決まります。ただし、そのうちの XNUMX つの電位が VSE しきい値を超えている場合に限ります。 入力 D+ と D の両方が Low の状態を リニア ゼロ (SEO シングルエンド ゼロ)。 インターフェイスは次の状態を定義します。 DataJ 状態 и 記載するデータ 送信されたビットの状態 (または単に J и に）、 状態によって定義される ディフオー и 差分1. アイドル状態 バス一時停止。 要約状態 デバイスをスリープ モードから復帰させるウェイクアップ信号。 パケットの開始 (SOP) パケットの先頭 (からジャンプ) K のアイドル状態)。 パケットの終わり（EOP） パッケージの終わり。 切断 デバイスはポートから切断されています。 お問合せ デバイスがポートに接続されています。 リセット デバイスのリセット。 状態は、差動信号と線形信号の組み合わせによって決まります。 全速および低速状態用 ディフオー и 差分1 逆の目的を持っています。 状態デコード中 切断、接続 и リセット 特定の状態でラインが費やした時間 (2,5 ミリ秒以上) が考慮されます。 バスには XNUMX つの送信モードがあります。 全速力 USB 信号は 12 Mbps、 低い 1,5Mbps。 フルスピードの場合、インピーダンス 90 オーム、セグメント長さ 5 m までのシールド付きツイスト ペアが使用され、低速 - シールドなしのシールドなしケーブルの場合は、最大 3 m が使用されます。低速のケーブルとデバイスは、高速のものよりも安価です。 同じシステムで両方のモードを同時に使用できます。 デバイスの切り替えは透過的です。 低速は、高速を必要としない少数のランチャーで動作するように設計されています。 特定のポートに接続されたデバイスが使用する速度は、トランシーバーの終端抵抗 R2 によってバイアスされた D+ および D- ライン上の信号レベルによってハブによって決定されます (図 7.2 および 7.3 を参照)。 同期信号は、次の方法を使用してデータとともにエンコードされます。 NRZI (ノン リターン トゥ ゼロ インバート)、 彼の仕事は図に示されています。 7.4. 各パケットの前には同期フィールドが続きます 同期、 これにより、受信機が送信機の周波数に同調できるようになります。 このケーブルには、デバイスに 5V 電源を供給するための VBus および GND ラインもあります。 導体の断面積は、保証された信号レベルと供給電圧を確保するために、セグメントの長さに応じて選択されます。
標準は定義します XNUMX種類のコネクタ (表 7.1 および図 7.5 を参照)。
タイプ「A」コネクタ ハブへの接続に使用 (アップストリーム コネクタ)。 プラグは、デバイス (キーボード、マウスなど) から切り離されていないケーブルに取り付けられます。 ネストはダウンストリーム ポートにインストールされます （下流ポート） ハブ。 コネクタ タイプ「B」 (ダウンストリーム コネクタ) 接続ケーブルが取り外せる機器（プリンターやスキャナー）に取り付けてください。 嵌合部分 (プラグ) は接続ケーブルに取り付けられ、その反対側の端にはタイプ「A」プラグが付いています。 タイプ「A」と「B」コネクタは機械的に異なり (図 7.5)、ハブ ポートの無効なループ接続を排除します。 XNUMX ピン コネクタには、誤接続を防ぐためのキーが付いています。 コネクタの設計により、電源回路に比べて信号回路の接続が遅くなり、切断が早くなります。 USB コネクタを認識するために、デバイスのケースには標準の記号が付けられています。
デバイスの電力 USB可能 ケーブルから (バスパワーデバイス) またはあなた自身の電源から (自己給電デバイス)。 ホストは、ホストに直接接続されている PU に電力を供給します。 各ハブは、ダウンストリーム ポートに接続されているデバイスに電力を供給します。 いくつかのトポロジー制限はありますが、バスパワー駆動のハブの使用が許可されています。 図上。 7.6にUSBデバイスの接続図の例を示します。 ここでは、キーボード、ペン、マウスはバスパワーで動作します。
データ転送モデル 各 USB デバイスは独立したセットです エンドポイント（エンドポイント）、s ホストコントローラーが情報を交換します。 エンドポイントは次のパラメータで記述されます。 バスアクセスの必要な頻度と許容されるサービス遅延。 必要なチャネル帯域幅。 ポイント番号; エラー処理要件。 送受信パケットの最大サイズ。 交換タイプ; 交換方向 (連続交換およびアイソクロナス交換の場合)。 各デバイスには必ず 0 番のエンドポイントがあり、初期化、一般的な制御、ステータスのポーリングに使用されます。 このポイントは、デバイスの電源がオンになってバスに接続されているときに常に設定されます。 「コントロール」転送をサポートします (下記を参照)。 機能デバイスには、ゼロ点に加えて、有用なデータ交換を実装する追加の点がある場合があります。 低速デバイスは最大 16 つの追加ポイントを持つことができ、フルスピード デバイスは最大 16 の入力ポイントと XNUMX の出力ポイントを持つことができます (プロトコル制限)。 ポイントは、設定されるまで (ポイントに一致するチャネルが確立されるまで) 使用できません。 チャネル{パイプ） USB は、ホスト コントローラーとエンドポイント間のデータ転送モデルを指します。 （終点） デバイス。 チャネルにはXNUMXつのタイプがあります：ストリーム （ストリーム） とメッセージ （メッセージ）。 フロー データはチャネルの一端からもう一端に配信され、常に一方向です。 同じエンドポイント番号を XNUMX つの入力および出力ストリーム チャネルに使用できます。 スレッドは、連続、アイソクロナス、および割り込みの交換タイプを実装できます。 配信は常に先入れ先出し (FIFO) 順序で行われます。 USB の観点から見ると、ストリーム データは構造化されていません。 Сообщения USB 仕様で定義された形式です。 ホストはエンドポイントにリクエストを送信し、その後メッセージ パケットが送信 (受信) され、続いてエンドポイントの状態情報を含むパケットが送信されます。 通常、後続のメッセージは前のメッセージが処理されるまで送信できませんが、未処理のメッセージはエラー処理中に破棄される場合があります。 双方向メッセージングは同じエンドポイントにアドレス指定されます。 メッセージの配信には、「コントロール」タイプの交換のみが使用されます。 チャネルには、エンドポイントに関連付けられた特性 (帯域幅、サービスの種類、バッファ サイズなど) があります。 チャネルは、USB デバイスの構成時に確立されます。 有効なデバイスごとにメッセージ チャネルがあります (制御パイプ 0)、 これを通じて、構成、制御、およびステータス情報が送信されます。 データ転送の種類 USB は、単方向通信モードと双方向通信モードの両方をサポートします。 データはホスト ソフトウェアとデバイスのエンドポイントの間で転送されます。 デバイスは複数のエンドポイントを持つことができ、各エンドポイント (チャネル) との通信は独立して確立されます。 USB アーキテクチャでは、次の XNUMX つの基本的なタイプのデータ転送が可能です。 コントロール転送、 機器の接続時や操作時の設定に使用されます。 このプロトコルは、保証されたデータ配信を提供します。 制御メッセージのデータ フィールドの長さは、フルスピードで 64 バイト、ロースピードで 8 バイトを超えません。 大量のデータ転送 厳密な配達時間要件のない比較的大きな荷物。 送信はバスの空き帯域幅全体を占有します。 パケットには、8、16、32、または 64 バイトのデータ フィールドがあります。 これらの転送は優先度が最も低く、バスの負荷が高い場合は中断されることがあります。 フルボーレートでのみ許可されます。 割り込み 入力文字や座標などの短い (フルスピードで最大 64 バイト、ローで最大 8 バイト) 転送。 割り込みは自発的に行われるため、デバイスが要求する速度よりも遅くないように処理する必要があります。 サービス時間制限は、フルスピードの場合は 1 ～ 255 ミリ秒、低速の場合は 10 ～ 255 ミリ秒の範囲に設定されます。 アイソクロナス転送 バス帯域幅の事前に交渉された部分を占有し、所定の配信遅延を伴う継続的なリアルタイム送信。 エラーが検出された場合、アイソクロナスデータはリトライせずに送信され、無効なパケットは無視されます。 一例はデジタル音声伝送です。 帯域幅は伝送品質の要件によって決まり、たとえば電話会議を実装する場合には配信遅延が重大な問題となる可能性があります。 バス帯域幅は、インストールされているすべてのチャネル間で共有されます。 割り当てられた帯域幅はチャネルに割り当てられ、新しいチャネルの確立に既存の割り当てに適合しない帯域幅が必要な場合、チャネル割り当て要求は拒否されます。 USB アーキテクチャはすべてのデバイスの内部バッファリングを提供し、デバイスがより多くの帯域幅を必要とするほど、そのバッファも大きくする必要があります。 USB は、バッファリングによるデバイス内のデータ遅延が数ミリ秒を超えない速度で転送できなければなりません。 アイソクロナス転送は、データの送信元または受信者のエンドポイントがシステムと同期する方法に従って分類されます。非同期、同期、適応デバイス クラスがあり、それぞれに独自のタイプの USB チャネルがあります。 プロトコル USB 経由のすべての交換 (トランザクション) は XNUMX つのパッケージで構成されます。 各 取引 コントローラによってスケジュールされ、開始されます。 トークン パケット (トークン パケット)。 転送のタイプと方向、USB デバイスのアドレス、エンドポイント番号について説明します。 各トランザクションでは、アドレス指定されたデバイス (そのエンドポイント) とホスト間の交換のみが可能です。 トークンによってアドレス指定されたデバイスは、そのアドレスを認識し、交換の準備をします。 データ ソース (トークンによって識別される) は、データ パケット (または送信するデータがないことの通知) を送信します。 パケットを正常に受信した後、データ受信者は次のメッセージを送信します。 確認パケット (ハンドシェイク パケット)。 トランザクション スケジューリングはフロー チャネル管理を提供します。 ハードウェア レベルでのトランザクション放棄の使用 （NAck） 伝送速度が無効な場合にバッファが上下からオーバーフローするのを防ぎます。 放棄されたトランザクション トークンはバス時に再送信されます。 フロー制御により、同時の異種データ フローに対するサービスの柔軟なスケジューリングが可能になります。 許容誤差 次の USB 機能を提供します。 差動レシーバー/トランスミッターとシールドケーブルにより高い信号品質を実現します。 CRC コードによる制御フィールドとデータの保護。 システムレベルでのデバイスの接続と切断の検出とリソースの構成。 パケット損失時のタイムアウトを備えた自己修復プロトコル。 等時性のためのフロー制御とハードウェアバッファ管理。 他の機能との失敗した交換からの機能の独立性。 送信エラーを検出するために、各パケットにはすべてのシングル ビット エラーとダブル ビット エラーを検出するための CRC チェック フィールドがあります。 ハードウェアが送信エラーを検出し、コントローラは自動的に送信を XNUMX 回試行します。 再試行が失敗した場合、エラー メッセージがクライアント ソフトウェアに渡されます。 パッケージ形式 バイトはバス上で最下位ビットから順に転送されます。 すべての小包はパッケージにまとめられます。 各パケットは Sync フィールドで始まり、一連の状態で表されます。 KJKJKJKK (NRZI コード) 以下の状態 アイドル。 最後のXNUMXビット (品質管理) パケットIDの最初のビットを識別するために使用されるSOPパケット開始マーカーです。 PID。 パケット ID は 4 ビットのフィールドです PID [3：0]、 パケットのタイプを識別し (表 7.2)、その後に制御ビットと同じ 4 ビットが続きますが、反転されています。
マーカーバッグに イン、セットアップ и OUT 以下は アドレス フィールド: 7 ビットの関数アドレスと 4 ビットのエンドポイント アドレス。 最大 127 の USB 機能 (構成にはアドレス 16 が使用されます) と機能ごとに XNUMX のエンドポイントをアドレス指定できます。 SOF パケットは 11 ビットです。 フレーム番号フィールド (Frame Number Field)、 次のフレームに対して順次 (周期的に) 増加します。 データフィールド 0 ～ 1023 の整数バイトを指定できます。 フィールドのサイズは送信のタイプによって異なり、チャネルの確立時にネゴシエートされます。 フィールドsks-コーラ すべてのトークンとデータ パケットに存在し、パケット内のすべてのフィールドを保護します。 PID。 マーカー (5 ビット) とデータ (11 ビット) の CRC は、異なる計算式を使用して計算されます。 各トランザクションは、ホスト コントローラーによってトークンを送信することによって開始され、ハンドシェイク パケットで終了します。 トランザクションにおけるパケットのシーケンスを図に示します。 7.7. ホスト コントローラーは、リソース割り当て計画に従ってデバイスとの交換を組織します。 コントローラーは周期的に (1 ミリ秒周期で) フレーム (フレーム)、 これには、スケジュールされたすべてのトランザクションが含まれます。 各フレームは SOF トークンで始まります。 (フレームの開始) これは、ハブを含むすべてのデバイスのクロック信号です。 各フレームの終わりに時間間隔が割り当てられます EOF (フレームの終わり) この間、ハブはコントローラーへの送信を禁止します。 各フレームには独自の番号が付いています。 ホスト コントローラーは 32 ビット カウンタで動作しますが、SOF トークンの下位 11 ビットのみを送信します。 フレーム番号は EOF 中に (周期的に) インクリメントされます。 ホストはフレームのロードをスケジュールし、常に制御および割り込みトランザクションのための余地を確保します。 空きフレーム時間を確実な送信で埋めることができます （一括転送）。
のために 等時性伝送 デバイスとコントローラー間の同期は重要です。 次の XNUMX つのオプションがあります。 デバイスの内部ジェネレーターと SOF マーカーの同期。 フレームレートをデバイスの周波数に調整します。 デバイスの送信（受信）レートをフレームレートに合わせます。 もちろん、コントローラーのフレーム レートの調整は、1 つのデバイスのみの内部同期周波数の下で可能です。 調整はフィードバック機構によって行われ、フレームの周期を±XNUMXビット間隔で変更できます。 1.2. システム構成 USB はデバイスの動的な接続と切断をサポートします。 バス デバイスの番号付けは、物理トポロジの変更を追跡する継続的なプロセスです。 すべてのデバイスはハブ ポートを介して接続されます。 ハブは、デバイスのポートへの接続と切断を検出し、コントローラーからの要求に応じてポートの状態を報告します。 ホストはポートを有効にし、制御チャネルを通じてデバイスにアドレス指定します。 ゼロの USB デフォルト アドレス。 初期接続中またはリセット後、すべてのデバイスはそのようにアドレス指定されます。 ホストは、新しく接続されたデバイスがハブであるか機能であるかを判断し、それを割り当てます。 固有のアドレス USB。 ホストが制御チャネルを作成する (コントロールパイプ)付 このデバイスは、割り当てられたアドレスと宛先番号 XNUMX を使用します。 新しいデバイスがハブの場合、ホストはそれに接続されているデバイスを特定し、それらにアドレスを割り当て、 チャンネルを注ぎます。 新しいデバイスがフィーチャーの場合、接続通知は USB マネージャーによって関連するソフトウェアに渡されます。 デバイスが切断されると、ハブは対応するポートを自動的に無効にし、切断をコントローラに報告します。これにより、このデバイスに関する情報がすべてのデータ構造から削除されます。 ハブが無効になっている場合、ハブに接続されているすべてのデバイスに対して削除プロセスが実行されます。 機能が無効になっている場合は、関連するソフトウェアに通知が送信されます。 デバイスの番号付け、 バスに接続されています (バスの列挙)、 ユーザーやクライアント ソフトウェアの介入なしに、接続 (または電源投入) 時に動的に実行されます。 番号付けの手順は次のとおりです。 1. デバイスが接続されているハブは、ステータス ポーリングに応答することで、ポートの状態の変化をホストに通知します。 この時点から、デバイスは次の状態になります。 添付の (接続済み)、および状態に接続されたポート 無効です。 2. ホストはポートのステータスを確認します。 3. 新しいデバイスが接続されているポートを学習したホストは、ポートをリセットして有効にするコマンドを発行します。 4. ハブはこのポートのリセット信号を生成し (10 ミリ秒)、ポートを状態にします。 有効にします。 接続されたデバイスはバスから最大 100 mA を消費できます。 デバイスは次の状態になります パワード （電源投入）、すべてのレジスタがリセットされ、アドレス XNUMX に応答します。 5. デバイスが一意のアドレスを取得するまで、デバイスはウォッチドッグ チャネルで使用でき、ホスト コントローラはパケットのデータ フィールドの最大許容サイズを決定します。 6. ホストはデバイスにその一意のアドレスを伝え、デバイスは次の状態になります。 対処 （宛先）。 7. ホストは、バスから宣言された電流引き込みを含むデバイスの構成を読み取ります。 読み取りには数フレームかかる場合があります。 8. 受信した情報に基づいて、ホストはこのデバイスの利用可能なすべてのエンドポイントを構成し、状態に転送されます。 設定済み (設定済み)。 これで、ハブにより、デバイスはバスからの設定で宣言された全電流を消費できるようになります。 デバイスの準備が完了しました。 デバイスがバスから切断されると、ハブはホストに通知し、ポートが無効になり、ホストは現在のトポロジ情報を更新します。 1.3。 USB デバイスの機能とハブ USB バス機能により、さまざまなデバイスの接続に使用できます。 PU の「便利な」特性には触れずに、USB バスに関連するインターフェイス部分に注目してみましょう。 すべてのデバイスは、以下に示す一連の共通操作をサポートする必要があります。 動的接続と切断。 これらのイベントはハブによって監視され、ハブはイベントをホスト コントローラーに報告し、接続されたデバイスをリセットします。 リセット信号後のデバイスは、コンフィギュレーションもサスペンドもされていない間、ゼロ アドレスに応答する必要があります。 ホスト コントローラーが担当するアドレスが割り当てられると、デバイスはその一意のアドレスにのみ応答する必要があります。 構成 使用するにはホストによって実行されるデバイスが必要です。 設定には、通常、デバイス自体から読み取られた情報が使用されます。 デバイスは複数のインターフェイスを持つことができ、それぞれがホストに対するデバイスの機能を表す独自のエンドポイントを持ちます。 構成内のインターフェイスには、代替の特性セットが含まれる場合があります。 セットの変更はプロトコルでサポートされています。 アダプティブ ドライバーをサポートするために、デバイスおよびインターフェイス記述子にはクラス、サブクラス、およびプロトコル フィールドがあります。 データ転送 XNUMX 種類の転送のいずれかで可能です (上記を参照)。 さまざまなタイプの転送を許可するエンドポイントの場合、構成後に使用できるのはそのうちの XNUMX つだけです。 エネルギー管理 USB の高度に開発された機能です。 バスパワーデバイスの場合、電力は制限されています。 接続されたデバイスはバスから 100 mA を超える電流を消費してはなりません。 動作電流 (500 mA 以下) は設定で宣言されており、ハブが宣言された電流をデバイスに提供できない場合、ハブは設定されていないため、使用できません。 USB デバイスがサポートしている必要があります サスペンド（サスペンドモード）、 消費電流が 500 μA を超えないもの。 バスのアクティビティが停止すると、デバイスは自動的に一時停止する必要があります。 機会 リモートウェイクアップ サスペンドされたデバイスが、同じくサスペンド状態にある可能性のあるホストに信号を送信できるようにします。 リモート ウェイク機能については、デバイス構成で説明されています。 この機能は構成中に無効になる場合があります。 ハブ USBでは信号の切り替えや電源供給を行うほか、接続された機器の状態を監視し、変化をホストに通知します。 ハブはコントローラーの XNUMX つの部分で構成されます (ハブコントローラー) とリピーター （ハブリピーター）。 リピータ 出力ポートを入力ポートに接続するマネージド キーです。 シグナリングのリセットと一時停止をサポートする手段があります。 コントローラー ホストと対話するためのレジスタが含まれています。 レジスタへのアクセスは、ハブにアクセスするための特定のコマンドによって実行されます。 コマンドを使用すると、ハブの構成、ダウンストリーム ポートの管理、およびそのステータスの監視が可能になります。 ダウンストリーム ポート ハブは次の状態になります。 パワード (^(電源オフ) ポートに電力が供給されていません (切り替えられるハブでのみ可能) 栄養）。 出力バッファはハイ インピーダンス状態になり、入力信号は無視されます。 切断された (切断された) ポートはどちらの方向にも信号を送信していませんが、接続されたデバイスを (状態によって) 検出できます。 SEO 2,5μs以内）。 その後、ポートは次の状態になります。 無効、 入力信号のレベルによる {DiffO または 差分1 できる アイドル） 接続されたデバイスの速度が決まります。 s身体障がい者 （無効）ポートはリセット信号（コントローラからの指令）のみを送信し、ポートからの信号（断線検出を除く）を受け付けません。 トリップ検出時（2,5μs状態） SEO） ポートが状態になる 切断し、 「スリープ」ハブによってシャットダウンが検出されると、コントローラーに信号が送信されます。 履歴書。 w 有効 (有効) ポートは信号を双方向に送信します。 コントローラのコマンドまたはフレーム エラーの検出により、ポートは次の状態になります。 無効、 そして州への旅行の検出時 切断します。 中断 (サスペンド) ポートは停止状態 (「スリープ」モード) に入る信号を送信します。 ハブがアクティブ状態の場合、ポートを介した信号はどの方向にも渡されません。 ただし、「スリープ」ハブは、禁止されていないポートの状態変更信号を認識し、「スリープ」ハブのチェーンを通じてでも、アクティブ化されたデバイスからの「ウェイクアップ」信号を送信します。 各ポートの状態は、個別のレジスタを使用してハブ コントローラーによって識別されます。 共通レジスタがあり、そのビットは各ポートの状態変化の事実を反映します (実行中に固定されます)。 EOF）。 これにより、ホスト コントローラーはハブのステータスを迅速に検出し、特別なトランザクションによって変更が検出された場合はステータスを更新できます。 1.4。 ホストコントローラー ホスト コンピューターはコントローラーを介してデバイスと通信します。 ホストには次の責任があります。 USB デバイスの接続と切断の検出。 デバイスとホスト間の制御フローの操作。 データフロー管理。 統計の収集; 制御ユニットを接続することで確実に省エネを実現します。 コントローラー システム ソフトウェアは、デバイスとホスト コンピューター上で実行されているソフトウェア間の対話を管理して、次のことをネゴシエートします。 デバイスの番号付けと構成。 アイソクロナスデータ転送。 非同期データ転送。 エネルギー管理; デバイスとバスの管理情報。 可能な場合、USB ソフトウェアは電源管理に Advanced Power Management などのホストの既存のシステム ソフトウェアを使用します。 2. IEEE 1394-FireWire 高性能シリアル バス規格は、正式には IEEE 1394 と呼ばれ、1995 年に採用されました。 目標は、コストを大幅に削減し、(シリアル インターフェイスへの移行により) 接続の利便性を向上させながら、今日の標準的なパラレル バスと同等のバスを作成することでした。 バスベースの標準 火線、 Apple Computer によって、Macintosh および PowerMac コンピュータの SCSI の安価な代替品として使用されています。 FireWire という名前は現在、IEEE 1394 の実装に適用され、短縮表現と共存しています。 1394. FireWire の利点 他のシリアルバスの前に: は？ 多機能: バスは、追加の機器 (ハブ) を使用せずに、最大 63 台のデバイスにデジタル通信を提供します。 デジタル ビデオカメラ、スキャナ、プリンタ、ビデオ会議用カメラ、ディスク ドライブなどのデバイスは、PC とだけでなく、相互にデータを交換できます。 VESAが始めたFireWireも「ホームネットワーク」向けに位置づけられている。 高ビット レートとアイソクロナス転送により、初期レベル (100 Mbps) であっても、放送品質の 30 チャンネルのビデオ (毎秒 XNUMX フレーム) と CD 品質のステレオ オーディオ信号を同時に送信できます。 s§ コンポーネントとケーブルのコストが低い。 si インストールと使用が簡単です。 FireWire は PNP システムを拡張します。 デバイスは、電源のオン/オフ時に自動的に認識され、設定されます。 バスパワー (最大電流 1,5 A) により、電源がオフの場合でもリモコンはシステムと通信できます。 PC がバスやその他のデバイスを制御できるだけでなく、VCR などの他の「インテリジェント」デバイスも制御できます。 2.1. バスデバイスの構造と相互作用 1394 規格では、ケーブル バスバーとクロスオーバー バスバーという XNUMX つのカテゴリのバスバーを定義しています。 （バックプレーン）。 下に クロスタイヤ 通常、1394 ケーブルに接続されたデバイスの内部サブシステムを接続するパラレル インターフェイスを指します。 単一のホスト コントローラーによって制御される USB とは異なり、1394 標準ではピアツーピア デバイスをネットワーク上に接続できます。 ネットワークは、ブリッジで接続された複数のバスで構成されている場合があります。 同じバス内では、追加のデバイスを使用せずに、接続ケーブルによってデバイスが接続されます。 ブリッジ 特別なスマートデバイスです。 PC の FireWire バスのインターフェイス カードは PCI 1394 ブリッジです。 各バス上の最大 63 のデバイスをアドレス指定し、6 ビットのノード ID フィールドによってアドレス指定されます。 10 ビットのバス識別子フィールドにより、システム内で最大 1023 個のブリッジを使用でき、異なるタイプのバスを接続できます。 ケーブルバス はノードとケーブル ブリッジで構成されるネットワークです。 柔軟なトポロジにより、ツリー アーキテクチャとチェーン アーキテクチャを組み合わせたネットワークを構築できます (図 7.9)。 通常、各ノードには XNUMX つのピアツーピア コネクタがあります。 多くのデバイス接続オプションは次の制限付きで許可されます。 ノードのペア間の ssi は 16 ケーブル セグメント以下にすることができます。 標準ケーブルセグメントの長さは 4,5 m を超えてはなりません。 2 番目のケーブルの全長は 72 m を超えてはなりません (より優れたケーブルを使用すると、この制限を緩和できます)。 一部のデバイスにはコネクタが 27 つしかなく、場所のオプションが制限されている場合があります。 この規格では、XNUMX つのデバイスで最大 XNUMX 個のコネクタを使用できます。
この規格では、共通のシールドに囲まれた 6 線ケーブルを使用したノードの接続が規定されています。 信号伝送には 8 本のツイストペアが使用され (受信機と送信機に別々)、40 本のワイヤはデバイスに電力を供給するために使用されます (1,5 ～ 500 V、最大 60 A)。 インターフェースのガルバニック絶縁には、変圧器 (最大 7.10 V の絶縁絶縁電圧) またはコンデンサ (安価なデバイスでは共通線に対して最大 700 V の絶縁電圧) が使用されます。 図 1000 にコネクタの概念を示します。 1000。 一部のデバイス (Sony DCRVX4 および DCR-VXXNUMX ビデオカメラ、および DHR-XNUMX DVCR) には、信号回路のみを備えた小さな XNUMX ピン コネクタが XNUMX つだけあります。 これらのデバイスは、端末デバイスとしてのみ特別なアダプタ ケーブルを介してバスに接続されます (ただし、特別なスプリッタ アダプタを使用することもできます)。 1394 規格では、ケーブル上の信号送信に使用できる 98,304 つの周波数 (196,608、393,216、および 100 Mbps) が定義されています。これらは 200、400、および XNUMX Mbps に切り上げられます。 規格内の周波数は次のように指定されています。 S100、S200 и S400 それぞれ。 一般消費者向けデバイスは通常サポートしています S100、 ほとんどのアダプターは許可します S200。 異なる速度向けに設計されたデバイスを同じバスに接続できます。 交換はすべてのアクティブなノードに対して最低速度で行われます。 ただし、ホスト コントローラーがトポロジとスピード マップを実装している場合は、 （Topology_mar и Speed_Map)、 交換に関与する特定のペアの機能に応じて、XNUMX つのバスで複数の周波数を使用することが可能です。 このシステムでは、デバイスの動的 (ホット) 接続と切断が可能です。 接続可能な識別子 デバイスはユーザーの介入なしで自動的に割り当てられます。 トポロジの変更 (接続されたデバイスの構成) はバスによって自動的に追跡され、制御ソフトウェアに送信されます。 IEEE1394 プロトコル プロトコル 1394 は 7.11 つのレベルで実装されています (図 XNUMX)。 トランザクション層 パケットをアプリケーションに提供されるデータに変換したり、その逆の変換を行ったりします。 ISO/IEC 13213:1994 (ANSI/IEEE 1212、1994 年版)、マイクロコンピュータ バス用の CSR (コントロールおよびステータス レジスタ) アーキテクチャ (読み取り、書き込み、ロック) に準拠した要求/応答プロトコルを実装します。 これにより、1394 バスを標準のパラレル バスにリンクすることが容易になります。 リンク層 物理層データからパケットを形成し、逆変換を実行します。 これは、確認応答を含むデータグラムとノードの交換を提供します。 この層は、パケットの送信とアイソクロナス転送の管理を担当します。 物理層 バス信号を生成および受信します。 これは、常に XNUMX つのトランスミッターだけがアクティブであると仮定して、初期化と調停を提供します。 この層は、シリアル バスのデータ ストリームと信号レベルを上位層に渡します。 これらのレベル間では、物理層のマイクロ回路がバスから電力を供給されるガルバニック絶縁が可能です。 ガルバニック絶縁は、電源の保護アース線を通じて現れる可能性のある寄生共通線ループを防ぐために必要です。 FireWire ハードウェアは通常、XNUMX つの専用の物理層トランシーバー チップで構成されます。 PHY トランシーバー バスリンクブリッジ リンクチップ。 それらの間の通信は、たとえば IBM-Apple LINK-PHY インターフェイスを介して可能です。 通信層マイクロ回路は、その層のすべての機能と層の機能の一部を実行します。 トランザクション、残りのトランザクション層はソフトウェアで実行されます。
コネクタ 図。 7.11。 FireWireのXNUMX層構造 バス管理 1394 プロトコルには、異なるデバイス間の通信を管理するための柔軟なメカニズムがあります。 これには、バス上に PC やその他のバス コントローラーが存在する必要はありません。 管理には XNUMX つのサービスが含まれます。 サイクルマスター、 サイクル開始ブロードキャストの送信 (アイソクロナス交換に必要)。 アイソクロナスリソースマネージャー、 いずれかのノードがアイソクロナス交換 (デジタル ビデオおよびオーディオ用) をサポートしている場合。 オプションのバスコントローラー (バスマスター) PCまたは編集DVCRの場合があります。 リセット時に、バス構造が決定され、物理アドレスが各ノードに割り当てられ、ループ マスター、アイソクロナス リソース マネージャー、およびバス コントローラーが調停されます。 リセット後 XNUMX 秒で、すべてのリソースが後で使用できるようになります。 バスの主な利点は、コントローラーが必要ないことです。 どの送信デバイスもアイソクロナス トラフィックのストリップを受信し、自律信号またはリモート制御信号で送信を開始することができ、受信機はこの情報を「聞く」ことになります。 コントローラー (PC) が存在すると、対応するソフトウェアがデバイスの動作を制御し、たとえばデジタル ノンリニア ビデオ編集スタジオを実現できます。 アイソクロナスデータ転送 アイソクロナス バス トランスポート 1394 は、保証されたスループットと制限された遅延を提供して、複数のチャネルでの高速伝送を実現します。 アイソクロナス リソース マネージャーにはレジスタが含まれています。 帯域幅^利用可能、 これにより、アイソクロナス送信を行うノードの残りの帯域幅が利用可能かどうかが決まります。 リセット時に、アイソクロナス伝送を行う新たに出現したノードがレーン割り当てを要求します。 たとえば、デジタル ビデオには 30 Mbps の帯域幅が必要です (ビデオ データには 25 Mbps、オーディオ、同期、およびパケット ヘッダーには 3 ～ 4 Mbps)。 帯域幅は特別な割り当てユニットで測定され、125 ミリ秒サイクルに 6144 個あり、20 ユニットには約 XNUMX ns かかり、これは XNUMX つのユニットを送信するのに必要な時間に相当します。 クワドレット (クワドレット) 1600 Mbps で。 クワッドレット (32 ビット ワード) は、バス上のデータ転送の単位です。 サイクルの 25 ミリ秒は非同期トラフィック用に予約されているため、リセット後のレジスタの初期値は 4915 単位です。 の S100 デジタル ビデオ デバイスは約 1800 ユニットを要求します。 S200 対応する帯域が利用できない場合、要求側デバイスは定期的に要求を繰り返します。 アイソクロナス リソース マネージャーは、各アイソクロナス ノードに、使用可能なチャネル番号 (レジスタ) の中からチャネル番号 (0 ～ 63) を割り当てます。 CHANNELS_AVAILABLE）。 アイソクロナスパッケージの識別子です。 ノードにとってアイソクロナス交換が不要になった場合、ノードはその帯域幅とチャネル番号を解放する必要があります。 制御情報は非同期チャネルを介して交換されます。 2.2. IEEE 1394 標準の同義語と拡張子 IEEE 1394 バスには多くのエイリアスがあります。 高性能シリアル バスの IEEE 1394-1995 規格は、現在有効な規格を説明する文書の正式名です。 FireWire は、Apple Computer, Inc. による IEEE-1394 の実装の商標です。 P1394 は、IEEE-1394 の暫定バージョン (1995 年 XNUMX 月の採用前) の名前です。 DigitalLink は、デジタル カメラにおける IEEE-1394 の実装に関して使用される Sony Corporation の商標です。 マルチメディア接続は、1394 High Performance Serial Bus Trade Association (1394TA) のロゴで使用されている名前です。 Apple は 1986 年から FireWire の概念を開発して以来、FireWire という名前は IEEE 1394 の最も一般的な同義語です。 主要な IEEE 1394-1995 標準に加えて、いくつかの変更があります。 1394a は、元の規格のギャップの一部を埋め、マイナーな変更 (バス上でのより高速なリセット操作など) を加えた、クリーンなドキュメントとみなされます。 1394a 製品は、主要な標準が採用される前にリリースされたデバイスと下位互換性があります。 このバージョンは速度を 800 Mbps に向上させるために導入され、1394b には高速バージョンも含まれています。 1394.1 は 4 線コネクタを定義し、バス ブリッジの標準を設定します。 1394.2 は、ステーションのクラスターを 1 Gb/s 以上の交換速度で接続するための規格として意図されており、 と互換性がありません 1394。この規格は、スーパーコンピューター用の IEEE 1596 SCI (Scalable Coherent Interface) に由来しており、次のように呼ばれることもあります。 シリアルエクスプレス または SCILite。 1394.2 シグナリング インターフェイスは FCAL に似ており、 リングトポロジー、 1394 規格で禁止されています。 2.3. FireWire と USB の比較 FireWire と USB シリアル インターフェイスは共通の機能を備えていますが、本質的には異なるテクノロジです。 どちらのバスでも多数の PU (USB の場合は 127、FireWire の場合は 63) を簡単に接続でき、システムの実行中にデバイスの切り替えやオン / オフを行うことができます。 両方のバスのトポロジは非常に似ています。 USB ハブは CC の一部です。 それらの存在はユーザーには見えません。 どちらのバスにもデバイスの電力線がありますが、FireWire の電力処理能力ははるかに高くなります。 どちらのバスも PnR (電源オン/オフ自動構成) をサポートしており、アドレス不足、DMA チャネル、割り込みの問題を解消します。 帯域幅とバス管理に違いがあります。 USB PCに接続されるPUに注目。 アイソクロナス伝送では、デジタル オーディオ信号のみを伝送できます。 すべての送信は集中制御されており、PC はバス ツリー構造のルートに必要な制御ノードです。 このバスを使用して複数の PC を接続することは意図されていません。 FireWire 接続されているデバイス間の集中的な交換に重点を置いています。 アイソクロナス トラフィックを使用すると、「ライブ」ビデオを送信できます。 バスは PC からの集中制御を必要としません。 バスを使用して、複数の PC と PU をローカル ネットワークに結合することができます。 新しいデジタル ビデオおよびオーディオ デバイスには 1394 アダプタが組み込まれており、従来のアナログおよびデジタル デバイス (プレーヤー、カメラ、 モニター）は、インターフェースと信号のアダプターコンバーターを介して可能です。 標準化された FireWire ケーブルとコネクタは、家庭用電子機器と PC の間の多くの異なる接続を置き換えます。 さまざまな種類のデジタル信号が XNUMX つのバスに多重化されます。 イーサネット ネットワークとは異なり、FireWire を介したリアルタイムの高速データ ストリームには追加のプロトコルは必要ありません。 さらに、指定された時間内でのバスへのアクセスを保証する調停機能もあります。 FireWire ネットワークでブリッジを使用すると、ノードのグループのトラフィックを相互に分離できます。 7.3. ACCESS.バスとPCインターフェース シリアルバス アクセスバス DEC によって開発された (アクセサリ バス) は、コンピュータとそのアクセサリ (たとえば、モニタ (VESA DDC チャネル)、スマート電源 (スマート バッテリ) など) との相互作用のためのバスです。このバスでは、12 つの信号と 500 つの信号が可能です。電源 (14 V、8 mA) ワイヤは最大 7.3 個の I/O デバイスを接続し、バスの長さは XNUMX m に達することができます。ハードウェアの基礎は PC インターフェイスであり、実装が容易であるという特徴がありますが、USB と比較しても、パフォーマンス。 ACCESS.Bus の PC ハードウェア プロトコルの上には、特定の接続されたデバイスのプロトコルが相互作用する基本ソフトウェア プロトコルがあります。 プロトコルにより、OS を再起動せずにデバイスの接続/切断が可能になります。 VESA によって提案された ACCESS.Bus コネクタの信号の目的を表に示します。 XNUMX.
インターフェース に、 Philips によって開発されたこのバスは、最近 PC に導入され、取り付けられているコンポーネントの不揮発性識別メモリ (メモリ DIMM) と通信するためのシステム ボードの内部補助バスとして使用されます。 バスは、ソフトウェアで動作する XNUMX つの信号線を実装するのが非常に簡単です。 現在、このバスは本来の目的のために、ハードウェアを決定するときに BIOS によってのみ使用されていますが、書き込み可能な構成メモリの使用により、ソフトウェアを特定のシステム (より正確には、インストールされているモジュール) にリンクする新たな機会が開かれます。 。 ソフトウェアによるバスへのアクセス方法はまだ標準化されていませんが、必要に応じて、チップセットのドキュメントを調べることで「計算」できます。
シリアルインターフェース CSS SDA (シリアル データ) データと SCL (シリアル クロック) クロックの XNUMX つの信号を使用して、ペアのデバイス間の双方向データ転送を提供します。 XNUMX つのデバイスが交換に関与しています リーディング（マスター） и 奴隷。 それぞれが次のように動作できます 送信機、 SDA ラインに情報ビットを配置する、または 受信機。 交換プロトコルを図に示します。 7.12。 同期はマスターコントローラーによって設定されます。 「オープンコレクタ」出力を備えた双方向データラインは、両方のデバイスによって順番に制御されます。 交換周波数 (一定である必要はありません) は、標準モードでは 100 kHz、高速モードでは 400 kHz に制限されており、これにより、インターフェイス コントローラーのソフトウェア制御実装を組織化できます。 動作条件の開始 開始 SCL が High のとき、SDA 信号の High から Low への遷移によってトリガされます。 動作は、SCL 状態が High のときに SDA 信号を Low から High に転送することで完了します。 停止します。 データを送信するとき、SDA ラインの状態は SCL が Low の場合にのみ変更でき、データ ビットは SCL の正のエッジでストローブされます。各フレームは、送信機によって生成された 8 データ ビットで構成されます (MSB の最上位ビットはが最初に送信されます)、その後、送信機は確認応答を受信するために XNUMX サイクルの間データ ラインを解放します。 XNUMX 番目のサイクル中の受信機はゼロを形成します。 Ack 確認ビット。 肯定応答ビットが送信された後、受信機は SCL ラインを Low に保持することで次の送信を遅らせることができます。 レシーバは、トランスミッタによって生成されたロールオフ後に SCL を Low に保つことによって、各ビットの受信レベルでバスの速度を下げることもできます。 各スレーブには独自のアドレスがあり、デフォルトは 7 ビットです。 住所 A [6：0] 最初のバイトのビット [7:1] でマスターによって送信され、ビット 0 には演算 R1U(R1/U=1 読み取り、 RW=Q -記録）。 7 ビットのアドレスには 4 つの部分が含まれます: 上位 XNUMX ビット A [6：3] デバイスタイプ (EEPROM 1010 など) と下位 3 ビットに関する情報を保持します。 A [0：2] このタイプのデバイスの番号を定義します。 PC インターフェイスを備えた多くのマイクロ回路には 1 つのアドレス入力があり、論理レベル 0 と 7.4 に切り替えることで、必要なアドレスが設定されます。 一部の完全なアドレス値は予約されています (表 XNUMX)。 オールコールでは、ウェイクアップ デバイスがブロードキャスト方式で自身をアナウンスできるようになります。 バイト 開始 プロセッサが (ハードウェアではなく) ソフトウェアでデバイス内に編成されている場合、プロセッサの注意をインターフェースに向けるように設計されています。 このバイトが受信されるまで、デバイスのマイクロコントローラーはステータスをポーリングせず、インターフェイス信号を監視しません。 10 ビット アドレス指定を使用する場合、ビット [2:1] にはアドレスの上位部分が含まれ、符号が一致しない場合、下位 8 ビットは次のバイトで転送されます。 RW=0。 スレーブ デバイスのアドレスと通話の種類は、交換の開始時にコントローラーによって設定されます。 メモリ交換を図に示します。 7.13。 ここで、SA[0:2] デバイス アドレス、DA[0:7] データ アドレス、D[0:7] データ、W 書き込みフラグ (0)、R 読み取りフラグ (1)。
条件を満たした上で 開始、 コントローラーは、デバイスアドレスと操作の指示を含むバイトを送信します rw、 そして確認を待っています。 で 書き込み操作 コントローラからの次のメッセージは、書き込まれるセルの 8 ビット アドレスと、その後にデータ バイトが続きます (メモリ容量が 256 バイトを超えるマイクロ回路の場合、セル アドレスは XNUMX バイトで送信されます)。 確認を受信すると、コントローラーは次の条件でループを終了します。 やめる、 そして、アドレス指定されたデバイスは、インターフェイス信号に応答しない間、内部書き込みサイクルを開始する可能性があります。 コントローラーは、書き込みコマンド (デバイス アドレス バイト) を送信して、デバイスの準備ができているかどうかを確認します。 確認ビットを解析して条件を形成します 停止します。 デバイスが確認ビットで応答した場合、その内部ループは完了し、次の動作の準備ができています。 読み取り操作 レコードと同じ方法で開始されますが、属性が使用されます。 RW=\。 指定されたアドレス、現在のアドレス、または順次に読み取ることができます。 現在のアドレスはスレーブ デバイスの内部カウンタに保存され、最後の操作に関与したセルのアドレスが XNUMX つ増加した値が含まれます。 読み取りコマンドを受信すると、デバイスは確認応答ビットを返し、現在のアドレスに対応するデータ バイトを送信します。 コントローラーは確認応答で応答すると、デバイスは次のバイト (シリアル読み取り) を送信します。 コントローラが受信したデータバイトに条件付きで応答した場合 やめる、 読み取り動作が終了します（現在のアドレスでの読み取りの場合）。 コントローラは、ダミー書き込み操作で読み取りの開始アドレスを設定します。この操作では、デバイス アドレス バイトとセル アドレス バイトが送信され、アドレス バイトを受信した後、条件が再度形成されます。 開始 デバイスアドレスが送信されますが、読み取り操作の指示が含まれます。 これは、任意のセル (または一連のセル) の読み取りが実装される方法です。 このインターフェイスにより、コントローラは一対の信号を使用して、このバスに接続され、一意のアドレスを持つ同じタイプの 8 つのデバイスのいずれかにアクセスできます (図 7.14)。 デバイスの数を増やす必要がある場合は、グループを接続できます。 この場合、共通の SCL 信号と個別の SDA 信号（双方向）の両方を使用することも、共通の SDA 信号と個別の単方向 SCL 信号を使用することも可能です。 独自のアドレスを設定するためのピンを持たない複数のマイクロ回路 (またはデバイス) の XNUMX つにアクセスするには、SCL (または SDA) ライン分離も使用されます。 PC プロトコルを使用すると、衝突を検出して調停することで、複数のコントローラーが同じバスを共有できます。 これらの機能は非常に簡単に実装されます。XNUMX つのトランスミッタが SDA ラインに異なる論理信号レベルを設定しようとした場合、低レベルを設定したトランスミッタが「勝ち」ます。 送信機は、制御されている信号のレベルを監視し、不一致が検出された場合（高いレベルを送信するが、低いレベルを「認識」する）、それ以上の送信を拒否します。 デバイスは信号の受動状態でのみ交換を開始できます。 衝突は交換を同時に開始しようとした場合にのみ発生します。衝突が検出されるとすぐに、「負けた」送信機はオフになり、「勝った」送信機は動作し続けます。
付録 A. IBM PC 互換コンピュータのシステムエンジニアリング ここでは、プログラムとインターフェイス アダプターの相互作用を考慮します。 PC アーキテクチャに関する簡単な情報が提供されます。 メモリと I/O 空間の構成、割り込みシステム、およびダイレクト メモリ アクセスについて説明します。 より詳細な情報は、書籍『Hardware IBM PC. Encyclopedia』 (『Peter』、1998 年) に記載されています。 A.1。 メモリスペース PC メモリの論理構造は、x86 ファミリ プロセッサのアドレス指定システムによって決まります。 初期の IBM PC で使用されていた 8086/88 プロセッサには、1 MB のアドレス空間 (アドレス バスの 20 ビット) がありました。 80286 プロセッサから始まり、アドレス バスは 24 ビットに拡張され、次に (386DX、486、Pentium) で 32 ビットに、そして最後に 36 ビット (Pentium Pro、Pentium II) に拡張されました。 DOS で使用されるリアル プロセッサ モードでは、正式に利用できるメモリは 1 MB のみです。 ただし、リアル モードでの 8086 プロセッサ エミュレーションのバグにより、80286 以降のプロセッサでは、(64K-16) バイト多い最大使用可能アドレス lOFFEFh が使用されます。 lOOOOOh ～ lOFFEFh という領域が呼び出されます。 高メモリ領域 (HMA)。 リアルモードOSの一部と小さな常駐プログラムが置かれています。 8086/88 プロセッサとの完全な互換性を実現するために、アドレス バス ゲート A20 があります。 GateA20、 これはプロセッサからの信号を渡すか、アドレス システム バスのライン A20 を強制的にリセットします。 出版物: cxem.net
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