GIAO TIẾP USB pdf

Mục tiêu của giao tiếp USB Dễ sử dụng:  Plug and Play: tính năng cho phép người sử dụng không cần tắt máy để cài đặt cấu hình như interrupt, dipswitch, …  Bộ điều khiển USB tự phát hi

GIAO TIẾP USB

 USB (Univeral Serial Bus) là hình thức giao tiếp hữu dụng với tính năng Plug and Play

 Ra đời từ năm 1996, là kết quả của sự hợp tác của 7 công ty hàng đầu thế giới: Compaq, Digital Equipment Corporation, IBM, Intel, Microsoft,

NEC, và Northern Telecom

 USB tao cơ hội cho các thiết bị giao tiếp tốc độ cao: digital camera, multimedia device, telephone device, USB disk, …

Mục tiêu của giao tiếp USB

 Dễ sử dụng:

 Plug and Play: tính năng cho phép người

sử dụng không cần tắt máy để cài đặt cấu hình như interrupt, dipswitch, …

 Bộ điều khiển USB tự phát hiện và nhận biết khi thiết bị được kết nối hoặc ngắt kết nối

 Hỗ trợ truyền dữ liệu thời gian thực:

 Ứng dụng này cho phép giao tiếp với các thiết bị multimedia để truyền tín hiệu âm thanh hoặc hình ảnh

 Mở rộng Port:

 USB cung cấp 1 giải pháp mở rộng port cho phép tối đa 127 thiết bị kết nối cùng lúc với 1 PC

 Với tốc độ kết nối mở rộng lên đến

12Mbps, nhưng mục tiêu của USB là dành cho các thiết bị tốc độ thấp và trung bình như: keyboard, mice, modem, scanner,…

 Các chuẩn giao tiếp

 USB 1.0

Port kết nối USB

 Có 2 loại thông dụng: loại A và loại B

 Loại A: thường dùng kết nối

upstream (trên PC)

 Loại B: thường dùng kết nối

downstream (trên thiết bị)

Port kết nối USB (tt)

 Tín hiệu logic trên USB: sử dụng mã NRZI

Tốc độ kết nối USB

 Để báo tốc độ sẽ kết nối thiết bị USB phải có điện trở 1.5k kéo lên nguồn ở ngõ D+ hoặc D-

 Điện trở kéo lên này cũng dùng để

host biết sự hiện hữu của thiết bị

 Để chọn tốc độ Full speed (12MBit/s), điện trở 1.5k được kéo lên 3.3V ở ngõ D+

Nguồn điện cung cấp

 Một lợi điểm quan trọng của thiết bị USB là không cần nguồn cấp điện bên ngoài mà được cấp từ host

 Thiết bị USB có 3 chế độ nguồn:

 Low power: dòng cung cấp 100mA, điện

 Gồm 3 giai đoạn: setup, data, status

 Mục đích truyền thông tin khi thiết bị bắt đầu kết nối với host

 Isochronous transfer:

 truyền 1 hướng hoặc 2 hướng

 mục đích truyền dữ liệu với tốc độ cố định, bỏ qua lỗi

 Ví dụ: truyền voice qua USB

 Interrupt transfer:

 Chỉ truyền 1 hướng đi vào host

 Mục đích truyền dữ liệu nhỏ, không liên tục

 Ví dụ: thiết bị sử dụng interrupt như keyboard, mouse

 Bulk transfer:

 truyền 1 hướng hoặc 2 hướng

 mục đích truyền dữ liệu lớn, chính xác, không khắc khe về thời gian

Ví dụ: scanner, printer, USB disk

Các loại gói dữ liệu (packet)

 Việc truyền dữ liệu cổng USB

luôn được khởi động từ host

 Dữ liệu truyền đi gồm 5 loại gói (packet):

 Token packet: báo mode truyền

 Start of Frame packet: chỉ thị bắt đầu 1 khung mới

 Data packet: chứa dữ liệu được

truyền đi

 Handshake packet: dùng để xác

nhận dữ liệu và báo lỗi

 Special packet: dùng để báo tốc độ

mà host muốn truyền

TOKEN packet

SYNC PID ADDR ENDP CRC

8 bit 8 bit 7 bit 4 bit 5 bit

 SYNC: byte đồng bộ tín hiệu clock, thường chọn 01h

 PID (Packet identifier): cho biết loại packet

TOKEN packet

 PID: có 4 bit ở vị trí nửa byte

cao, 4 còn lại là bù của 4 bit ID dùng để kiểm tra

 ADDR: xác định địa chỉ của thiết bị

thiết bị

 CRC (Cyclic Redundancy Check): gồm 5 bit kiểm tra

Data packet

8 bit 8 bit n bytes 16 bit

 DATA: có 2 loại DATA0, DATA1, có thể

có chiều dài từ 0 đến 1023 byte

SYNC PID Frame

number CRC

8 bit 8 bit 11 bit 5 bit

Start of Frame Packet

SOF packet được truyền bởi host sau mỗi 1ms

 NAK: báo cáo thiết bị không thể

nhận hoặc gửi gói dữ liệu

 STALL: yêu cầu sự can thiệp từ host

 PRE: yêu cầu mode truyền tốc độ thấp

 ERR: báo lỗi

 Plit: chia dữ liệu truyền

 Ping: dùng để kiểm tra đường truyền

Control transfer (truyền điều khiển)

 Việc truyền điều khiển gồm 3 bước:

 Setup stage

 Data stage

 Status stage

 Setup stage: gồm 3 gói packet

 Token: truyền địa chỉ và end point

 Data: luôn truyền dữ liệu Data0 cài đặt kích thước dữ liệu

 Handshake: để báo nhận thành công hoặc báo lỗi

Control transfer (tt)

 Data stage: gồm 3 gói packet

 Token: báo hướng truyền IN hoặc OUT

 Data: các byte dữ liệu được truyền

 Handshake: xác nhận thành công hoặc báo lỗi truyền

Control transfer (tt)

 Status stage: báo trạng thái

truyền

 IN: khi host nhận dữ liệu

 OUT: khi host gửi dữ liệu

Setup stage

Data stage

Status stage

Isochronous transfer

 Khi host truyền 1 gói IN token, thiết bị

sẽ truyền dữ liệu tới host

 Nếu host truyền OUT token, thiết bị sẽ chặn data tới host ngay sau đó

 Không có quá trình handshake trong Isochronous transfer

 Truyền tương tự như Isochronous

transfer ngoại trừ có thêm chu kỳ

Handshake sau chu kỳ dữ liệu để bảo đảm dữ liệu chính xác

 Có 3 tín hiệu bắt tay

 ACK: nếu dữ liệu nhận được không có lỗi

 NAK: báo rằng thiết bị không thể thực hiện được yêu cầu từ host

Bulk transfer

Các bước kết nối thiết bị qua

cổng USB

 Khi một thiết bị USB được kết nối vào bus, host

sẽ thực hiện 1 tiến trình để xác nhận và quản lý thiết bị, tiến trình này là đặc tính “Plug and Play” của USB

 Tiến trình này gồm các bước sau:

 Attached: Khi có kết nối thiết bị chủ sẽ nhận biết nhờ sự thay đổi tín hiệu D+ và D-

 Powered: host gửi lệnh port enable and reset,

đồng thời cấp dòng 100mA cho thiết bị, lúc này thiết bị được khởi động

 Default: sau khi reset, thiết bị ở trạng thái mặc định (default) với địa chỉ 0 và endpoint 0

 Address: host gán 1 địa chỉ cho thiết bị để quản lý

 Configured: host gửi lệnh GET DESCRIPTOR đến thiết bị để yêu cầu định cấu hình thiết bị, sau đó host gán các giá trị cấu hình thiết bị qua setup packet Lúc này thiết bị đã sẵn sàng để sử dụng

Giao tiếp USB với IC FT245BM USB-Parallel

Giao tiếp USB với IC FT245BM USB-Parallel

 Mạch nguồn cho FT245BM kết nối USB

 Sử dụng nguồn cấp từ host

Giao tiếp USB với IC FT245BM USB-Parallel

 Giao tiếp song song giữa

FT245BM với microprocessor

Câu hỏi ôn tập

1. Những ưu điểm chính của giao tiếp USB?

2. Các loại gói dữ liệu trong giao tiếp USB

3. Giả sử để chọn giao tiếp tốc độ thấp

1.5MBit/s, cần phải cài đặt ra sao?

4. Để chọn mode IN, trong token packet, PID

có giá trị bao nhiêu?

5. Làm thế nào để phát hiện gói dữ liệu bị lỗi?

6. Có bao nhiêu kiểu truyền giữa host với thiết

bị? Nêu đặc điểm các kiểu truyền

7. Tại sao kiểu truyền Isochronous không có

chu kỳ Handshake?

8. So sánh kiểu truyền Bulk transfer và

Interrupt transfer

9. Trình bày tiến trình “Plug and Play” khi thiết

bị bắt đầu kết nối với host

10. Thiết kế mạch giao tiếp USB với 1 MCU