به نام خدا
توضیح مختصری و اهداف ایجاد USB
گذرگاه USB واینتر فیس IDE بلاشک ،دو اینترفیس بسیار مهم مورد استفاده در دستگاههای جانبی امروزی هستند . اینترفیس هارد دیسک IDE تقریبا فقط در کامپیوترهای سازگار با IBM PC مورد استفاده قرار می گیرند پورت USB نیز در تمامی کامپیوترهای امروزی وجود دارد
USB یک واسط سریال با سرعت بالا و قابل انعطاف می باشد که به عنوان یکی از بهترین و راحت تترین روش های اتصال دستگاه های جانبی به کامپیوتر است.
هدف اصلی در توسعه و گسترش USB در ابتدا رسیدگی به چندین دستگاه با حداکثر سرعت ممکن بود که در این میان مسائلی چون ، ارزان قیمت بودن ، تطابق با معماری کامپیوتر، بکارگیری راحت و قابل انعطاف بودن و همچنین افزودن تعداد زیادی از دستگاه های جانبی مدنظر قرار گرفت.
خصوصیات USB
-1 اتصال خارجی و استفاده آسان توسط کاربر .
-2 تشخیص دستگاه ها به صورت خودکار و اجرایی توابع راه انداز و همچنین پیکربندی آنها
-3 قابلیت اتصال 127 دستگاه به کامپیوتر
-4 مناسب برای ارتباط با سرعت بالا معادل چند کیلو بیت تا چند مگا بیت در ثانیه
-5 پشتیبانی از دو نوع روش اتصال همزمان و غیر همزمان و . . .
نسخه های USB
USB بطور کلی دارای 2 نسخه USB1.1 و USB2.0 می باشد . USB1.1 می تواند اطلاعات را تا حداکثر سرعت 5/1 مگا بیت در ثانیه برای دستگاه های سرعت پایین و 12 مگابیت در ثانیه برای سرعت های بالا 2 پشتیبانی نماید. نسخه USB2.0 که سرعت ارسال آن به 485 مگابیت در ثانیه بر این دستگاه های سرعت خیلی بالا 3 یعنی 45 برابر سریعتر از USB1.1 هست.
ساختار سیستم USB
-اتصالات
– دستگاه های USB
– میزبان
ساختار مداری USB
اتصالات
نحوه مدل ارتباطی بین دستگاه های جانبی و میزبان می باشد در سیستم USB ارتباط فیزیکی به صورت ردیف های ستاره ای 4 است که در مرکز هر ستاره یک هاب (HUB) وجود دارد .که خود هاب نیز دارای چند پورت است.هنگامیکه چندین هاب پشت سر هم متصل شود می تواند چندین شاخه بوجود آورد که به هر کدام می توان یک وسیله جانبی متصل نمود.
اولین هاب موجود در سیستم USB در داخل میزبان کامپیوتر می باشد که به آن هاب ریشه 5می گویند . حداکثر طول قابل ارتباطی بین دو هاب را وسیله جانبی می تواند 5 متر با متر یعنی برای اتصال 5 هاب به هم می تواند یک دستگاه که در فاصله 25 متری قرار دارد را راه اندازی نمود.
نحوه شناسایی و رد و بدل اطلاعات در USB
کنترل کننده میزبان USB با استفاده از فن آوری اتصالات و اجرا (Plug and play) , که پیکربندی اجزای درونی کامپیوتر را به طور خودکار فراهم می کند , یک وسیله ی جدید را قادر می سازد تا خودش را شناسایی کرده و آن چه را که برای ارسال و دریافت داده نیاز دارد دریابد. علاوه بر این , کنترل کننده ی مذکور برای آن وسیله شماره شناسایی تعیین مینماید. وقتی وسیله ی جدید رسما یکی از اعضای گذرگاه می شود. نقش کنترل کننده ی میزبان را بازی می کند. یعنی به پرس وجو از وسایل دیگر می پردازد تا اگر وسیله ای آماده ی ارسال یا دریافت داده است فرمان های لازم را توزیع کند و پهنای باند را بین وسایلی که او نقش کنترل کننده برای آنها ایفا می کند تقسیم نماید. کنترل کننده در هر ثانیه حدود یک میلیون بار از وسایل جانبی موجود بر روی گذرگاه USB پرس وجو کرده یا به آنها دستور می فرستد. هر یک از پیغام هایی که از سوی کنترل کننده ی میزبان ارسال می شوند با یک علامت (Token) شروع می گردد. این علامت وسیله ی جانبی که پیغام برای آن فرستاده شده است را شناسایی می کند. پیغام به تمام وسایل موجود بر روی گذرگاه USB ارسال می شود اما وسایلی که پیغام به آنها مربوط نمی شود به سادگی آن را نادیده می گیرند تنها وسایل می توانند داده ای را به میزبان بفرستند که میزبان به آنها اجازه این کار را داده باشد.
اتصالات کابل
در سیستم USB کابل ارتباطی دارای 4 سیم می باشد
VBUS -1 منبع تغذیه 5 ولت
GND -2 مرجع زمین برای D – ، D+ ، VBUS
3- D+ ، D -: جفت سیم تفاضلی برای انتقال داده ها
سرشماری
قبل از اینکه برنامه کاربردی با دستگاه ارتباط برقرار کند ، میزبان باید دستگاه را بشناسد و راه انداز آن را بارگذاری نماید . سرشماری ، اولین تبادل اطلاعاتی است که انجام میشود.این پروسه شامل نسبت دادن یک آدرس به دستگاه ، خواندن ساختار داده ها از دستگاه ، نسبت دادن و بارگذاری کردن راه انداز دستگاه و انتخاب یک پیکربندی با استفاده از داده های بازیابی شده می باشد.بعد از طی این مرحله دستگاه پیکربندی شده و آماده انتقال داده با استفاده از اندپوینت های تعریف شده در پیکربندی خواهد بود.
تشخیص دستگاه USB توسط هاب
هاب بر روی خط سیگنال (D+,D-) دارای یک مقاومت 15k اهم است .و دستگاه نیز بر روی خط D + در دستگاه های سرعت بالا و بر روی D – در دستگاه های سرعت پایین دارای یک مقاومت1/5k اهم است.دستگاه های سرعت خیلی بالا به عنوان دستگاه سرعت بالا متصل می شوند. وقتی که دستگاه به پورت اتصال می یابد ، این مقاومتها باعث می شوند ولتاژ خط دستگاه ، یک شود و به این ترتیب هاب قادر شود دستگاه را تشخیص دهد. پس از تشخیص دستگاه ، هنوز هاب انرژی مورد نیاز دستگاه را تامین می کند اما هیچ انتقال اطلاعاتی از طریق USB صورت نمی گیرد، چون دستگاه آماده دریافت داده نمی باشد.
بررسی سرعت در نسخه های 1و2
انواع مدل های USB
انواع انتقال
فیلد های مشترک در بسته های USB