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1 Licenciatura em Engenharia Informática Ramo de Computadores e Sistemas Projecto 5º Ano USB & FireWire Relatório Autor: Carlos Sampaio Aluno N.º

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3 Agradecimentos Queria deste modo agradecer, a todos que me ajudaram na pesquisa e elaboração deste relatório quer de forma directa ou indirecta. O meu obrigado aos colegas e amigos de curso, Sérgio Nogueira, Nuno Rocha e Paulo Taveira. Agradeço também o amor e a compreensão da minha namorada Irina. Ficam também os meu agradecimentos ao meu Orientador de Projecto, o Prof. Paulo Ferreira. Todo este projecto é dedicado à memória do meu grande amigo e colega, José António Almeida Barbosa Por tudo o que me ensinaste, o meu MUITO OBRIGADO! II

4 Prefácio Durante muito tempo o Homem esteve condicionado pela dificuldade em poder deslocar-se grandes distâncias. Aí construiu estradas. Mas tinha dificuldade em transportar objectos pesados, por isso inventou a roda. Depois aborreceu-se de andar e começou a montar animais. Os animais tornaram-se lentos demais para o Homem, não conseguiam responder às suas necessidades, e além disso também se cansavam, precisando assim de descansar. Aí o Homem inventou o motor, conseguia deslocar-se sem se cansar. Mas quando já tinha tudo, surgiu o computador. Agora tinha também de transportar informação em forma de bits de máquina para máquina. Os computadores ficaram mais pequenos, muito pequenos. O Homem então pensou, já que tenho de utilizar isto ao menos vou fazer com que seja ele a servir-me e não ao contrário. Então começou a desenvolver dispositivos que o pudessem servir da melhor forma, que seria a mais célere possível. Depois de inventar esses dispositivos, necessitou de os ligar ao computador. Depois de algumas tentativas surgiu a porta série, depois a porta paralela e... mais tarde surgiram o USB e o FIREWIRE... que vieram revolucionar seu mundo. Pelo menos o meu mudaram... pelo tempo que disponibilizei na elaboração deste relatório, e com o que aprendi nesse processo. III

5 Índice Introdução...1 Porta Série...4 UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter...5 Tipos de UART s utilizadas nos PC s...5 Conectores...6 Informação sobre Conector Série DB9...6 Informação sobre Conector Série DB Periféricos que podem ser utilizados através da Porta Série:...10 Porta Paralela...11 Tipos de Portas Paralelas...11 Conector Porta Paralela DB Endereços das portas...15 Periféricos que podem ser utilizados através da Porta Paralela:...17 Necessidade de Novos Barramentos...18 Novos tipos de periféricos...18 Limitações das Portas Série e Paralela...18 USB e FireWire, mas porquê um barramento Série?...20 USB...21 Evolução do USB...21 Motivações...24 Principais metas do USB 2.0:...25 Taxas de Transferência suportadas...26 Conectores...27 Configurações mecânicas dos conectores...30 IV

6 Cabos...33 Tipos de Cabos...34 Descrição de um sistema USB...40 Componentes de um barramento USB...41 Topologia do barramento...44 Distribuição e Gestão de Energia...45 Distribuição de energia...45 Gestão de energia...45 Configuração do sistema USB...46 Ligação de um dispositivo...46 Remoção de dispositivos...47 Protocolo do barramento...47 Modelo de Fluxo de Dados USB...49 Erros...51 Detecção de erros...51 Recuperação dos erros...51 Tipos de fluxos de informação...52 Transferência de controlo...54 Transferência de grandes volumes de informação...54 Transferência de informação de interrupção...54 Transferência de informação em tempo real ou isócrona...55 Suporte por parte dos Sistemas Operativos...56 Variantes Windows...56 Linux...56 Mac OS...56 Perspectivas de Evolução Futura...57 V

7 FireWire...60 Aplicações Típicas...61 Evolução IEEE Conectores...64 Cabos...65 Cabo com conectores 6 pinos 6 pinos...66 Cabo com conectores 6 pinos 4 pinos...67 Cabo com conectores 4 pinos 4 pinos...67 Topologia...68 Transferências de Dados...70 Transferências Assíncronas...70 Transferências Isócronas...71 Protocolo...72 Camada Física...73 Configuração...73 Reinicialização...75 Identificação da Árvore...75 Identificação Individual...79 Controlo Normal do Barramento...82 Camada de Ligação...85 Camada de Transacção...85 Gestão do Barramento...86 Cycle Master...86 Gestor de Recursos Isócronos (Isochronous Resource Manager)...87 Gestor do Barramento (Bus Manager)...88 Suporte por parte dos Sistemas Operativos...89 Variantes Windows...89 Linux...89 Mac OS...89 Periféricos mais comuns...90 Perspectivas de evolução futura...91 VI

8 Hardware USB e FireWire...93 USB...93 Cabo de Transferência de Dados USB (Liga dois computadores) 93 Adaptadores USB -» Série DB 9 e DB Adaptador USB -» PS/ Cabo com Brigde de Rede...95 Adaptador USB -» Ethernet (10 Base-T)...95 Adaptadores USB -» Discos Rígidos IDE 2.5 e Adaptador USB -» Vídeo...96 Adaptador Bluetooth USB...97 Controlo Remoto Digital USB...97 Adaptador Áudio USB...98 Adaptador USB -» ADB...98 Mini HUB USB...99 Adaptador do Isqueiro para ipod...99 Switcher USB Adaptador para PDAs DB9 -» USB FireWire Cabo Adaptador FireWire -» i.link Adaptador FireWire -» Discos Rígidos IDE 2.5 e Adaptadores FireWire -» Ultra SCSI Cartão PCMCIA com Barramento FireWire Repetidor FireWire Unidade de armazenamento FireWire Drive de Vídeo Digital FireWire Widgets (adaptadores DV-In) USB & FireWire HUB COMBO FireWire/USB Drive de Armazenamento FireWire/USB Conclusão VII

9 Glossário & Bibliografia Glossário Bibliografia Portas Série Portas Paralela USB FIREWIRE Outros termos e assuntos VIII

10 Índice de Imagens Capitulo 1 Imagem Conector Série DB9...6 Imagem Conector Série DB Capitulo 2 Imagem Conector Porta Paralela DB Capitulo 3 Imagem Ícone USB...30 Imagem Configuração Física do Conector USB...31 Imagem Corte de um cabo USB...33 Imagem Cabo Destacável Standard...35 Imagem Cabo Destacável Standard (Mini B)...36 Imagem Cabo fixo High/Full Speed...37 Imagem Cabo fixo Low Speed...38 Imagem Topologia USB...44 Imagem Modelo de Fluxo de Dados USB...49 Capitulo 4 Imagem Cabo FireWire sem Condutores Eléctricos...65 Imagem Cabo FireWire com Condutores Eléctricos...65 Imagem Cabo FireWire (6-6)...66 Imagem Cabo FireWire (6-4)...67 Imagem Cabo FireWire (4-4)...67 Imagem Barramento FireWire...68 Imagem Espaço de Endereçamento...69 Imagem Protocolo FireWire...72 Imagem Atribuição de Números de Porta...76 Imagem Atribuição de Hierarquias...77 Imagem Ciclo FireWire...82 IX

11 Capitulo 5 Imagem Cabo de Transferência de Dados USB...93 Imagem Adaptadores USB -» Série DB 9 e DB Imagem Adaptador USB -» PS/ Imagem Cabo com Brigde de Rede...95 Imagem Adaptador USB -» Ethernet (10 Base-T)...95 Imagem Adaptadores USB -» Discos Rígidos IDE 2.5 e Imagem Adaptador USB -» Vídeo...96 Imagem Adaptador Bluetooth USB...97 Imagem Controlo Remoto Digital USB...97 Imagem Adaptador Áudio USB...98 Imagem Adaptador USB -» ADB...98 Imagem Mini HUB USB...99 Imagem Adaptador do Isqueiro para ipod...99 Imagem Switcher USB Imagem Adaptador para PDAs DB9 -» USB Imagem Cabo Adaptador FireWire -» i.link Imagem Adaptador FireWire -» Discos Rígidos IDE 2.5/ Imagem Adaptadores FireWire -» Ultra SCSI Imagem Cartão PCMCIA com Barramento FireWire Imagem Repetidor FireWire Imagem Conversores de Sinais Analógicos em DV e DV/TV 104 Imagem Unidade de armazenamento FireWire Imagem Drive de Vídeo Digital FireWire Imagem Widgets (adaptadores DV-In) Imagem HUB COMBO FireWire/USB Imagem Drive de Armazenamento FireWire/USB X

12 Índice de Tabelas Capitulo 1 Tabela Endereços das portas série com1 a com4 num PC...4 Tabela Tipos de UART s utilizadas nos PC s...5 Tabela Nome e Função dos Pinos dos Conectores Série...8 Capitulo 2 Tabela Nome e Função dos Pinos do Conector...14 Tabela Endereços de Memória da Porta Paralela...15 Tabela Endereços base das portas LPT...16 Capitulo 3 Tabela Taxas de Transferência / Dispositivos...26 Tabela Conectores USB...28 Tabela Contactos e Funções dos Conectores A e B...32 Tabela Contactos e Funções do Conector Mini B...32 Capitulo 4 Tabela Fichas e Tomadas FireWire...64 Tabela Contactos e Funções dos Conectores (6p) FireWire...66 Tabela Contactos e Funções dos Conectores (4p) FireWire...67 Tabela Tabela Velocidade Trans. / Tamanho dos Dados...70 Tabela Dispositivos e Periféricos mais comuns...90 Tabela Características comuns IEEE 1394a e 1394b...91 Tabela Características Próprias da espec. 1394a e 1394b...92 XI

13 XII

14 Introdução Introdução Durante muito tempo, na área da informática, viveram-se constantes descobertas e desenvolvimentos. Estas alterações foram acontecendo de dia para dia, invadindo a vida de todos e fornecendo uma maior qualidade de vida, tanto em termos de comodidade e facilidade na comunicação com os outros como na oferta de potencialidades a nível de desenvolvimento económico, educacional e até social. Esta constante inovação teve, e tem, os seus benefícios. De notar que a nível de Hardware, o desenvolvimento desenrola-se a uma velocidade estonteante. À 10 anos atrás a velocidade de processamento dos computadores pessoais era de no máximo 25 MHz. Passados dois anos, já existiam processadores a funcionar a MHz com a vantagem de terem incluídos coprocessadores matemáticos. Se na altura essas velocidades apresentavam acréscimos significativos, o que dizer agora que já foram ultrapassadas as barreiras quase míticas de 1 GHz, e mais recentemente dos 2 GHz. Estas mudanças progressivas foram, como é lógico, acompanhadas na área do Software. Deu-se o BOOM da Internet, as linguagens por objectos passaram a ser desenvolvidas e utilizadas como até então não tinham sido, seguindo-se da utilização dos sistemas distribuídos assim como o conceito da concorrência na programação. Surgiram então novos periféricos e novas aplicações cuja velocidade tendia a compatibilizar-se com os computadores pessoais com os quais eram utilizados. 1

15 Introdução Os até então, métodos de ligação entre periféricos e PC, que eram a Porta Série e Paralela e que apresentavam uma resposta suficiente (ou quase) às exigências que lhes eram colocadas, deixaram de o ser e ficou exposta uma nova necessidade de mercado das conexões entre periféricos e PC s. A juntar a esta necessidade, verificou-se a crescente popularidade de uma outra ideia que consistia na interligação de dois dispositivos sem haver a exigência de possuir um computador que funcionaria como gestor dessa mesma interligação. Neste período de prosperidade na área da computação, emergiram novas ideias e foram implementadas novas realidades até então impensáveis. A chave do sucesso de uma empresa perante esta conjuntura era composta por 4 factores: investigação, inovação e imaginação, capacidade de investimento e possuir uma boa estratégia de parcerias com empresas bem colocadas no mercado. E foi assim que surgiram dois novos interfaces de ligação no mundo dos computadores e periféricos, o USB e o FireWire. À primeira vista podem parecer independentes, ou infundadas as ideias de que quem os desenvolveu (interfaces) o fez por mera estratégia tecnológica, mas na verdade e após algum estudo é verificável que não. Entre as empresas que desenvolveram as várias especificações USB, surgem os nomes da Compaq, Hewlett-Packard, IBM, Microsoft e Intel. Não é coincidência o facto de todas elas investirem no produto PC ou em periféricos dependentes deste. Por outro lado, surge a Apple como principal impulsionadora do barramento FireWire. 2

16 Introdução Torna-se então fácil, o entendimento das razões que levaram cada uma destas empresas a enveredar por cada um dos dois tipos de especificação, que têm como principal diferença, a necessidade, ou não, da existência de um PC cuja principal função é a de HOST no barramento. No caso do USB, o PC era necessário e portanto as empresas que investiam na linha PC, desenvolveram, implementaram e publicitaram este barramento. No caso FireWire, a Apple, que não era concorrente à altura, em termos de quantidade de computadores vendidos face à vertente Wintel (Microsoft e Intel) IBM (compatibilidade) PC, tinha um bom mercado de periféricos e dispositivos portáteis de pequena dimensão, tais como ebook s, PDA s, etc... Visto que na especificação FireWire não era necessária a existência de um PC com a função de gestor de barramento, tornava-se então possível e vantajoso adquirir o mercado das ligações entre estes e outros dispositivos electrónicos. Como estratégia de parceria surgiram então outras empresas cujos principais produtos produzidos funcionavam de forma independente do PC. Entre estas destacam-se a Sony e a Texas Instruments. 3

17 Capítulo 1 Porta Série 1. Porta Série Uma Porta Série é uma porta do tipo Assíncrono que transmite apenas 1 bit de dados de cada vez. As Portas Série são utilizadas na maioria de computadores compatíveis com o PC. Usualmente referenciadas como conectores série DB9 ou DB25 conjuntamente com o interface RS-232c standard especificado nas normas ISO 2110 e ISO O estudo do funcionamento da porta série nos PC s, é tido como, basicamente, o estudo da UART utilizada para a implementar. Os endereços na memória de entrada/saída, são referidos na tabela 1, em que COM1, COM2, COM3 e COM4 correspondem respectivamente à porta série 1, 2, 3 e 4. Nome Endereço IRQ COM 1 3F8 4 COM 2 2F8 3 COM 3 3F8 4 COM 4 2F8 3 Tabela Endereços das portas série com1 a com4 num PC 4

18 Capítulo 1 Porta Série UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter As UART s necessitam de um relógio para trabalhar. Nesta caso o cristal utilizado é de MHz. O cristal é ligado directamente à UART nos pinos XIN e XOUT, usando poucos componentes adicionais de modo a ajudar o cristal a oscilar. Este relógio vai ser usado para gerar a taxa de transmissão cuja velocidade é calculada por 1.8Mhz /(16 x velocidade de transmissão). A taxa máxima de transferência de uma porta série é de 115.2Kbps. O estudo da porta série nos PC é basicamente o estudo da UART usada nos PC s, cuja documentação pode ser obtida a partir de disponível em formato PDF, ou de referente à UART TL16C750 que possui uma FIFO de 64 bytes. Tipos de UART s utilizadas nos PC s Tipo Descrição 8250 Primeira UART utilizada nos PC s, não dispunha de registo de uso geral Começou a ser utilizada nos AT s, pode atingir a taxa de transmissão até 38.4KBps Primeira de uma geração de UART s com buffer de memória. Tem um memória FIFO de 16 bytes Contem um buffer de 32 bytes. Permite a programação de controlo de fluxo XON/XOFF Com memória FIFO de 64 bytes. Tabela Tipos de UART s utilizadas nos PC s 5

19 Capítulo 1 Porta Série Conectores Os conectores D9 e D25 são os utilizados para ligar periféricos à Porta Série. D representa a forma física do conector quando posicionado na vertical. O número 9 ou 25 é relativo ao número de pinos do conector. As conexões Série DB9 podem ser normalmente encontradas em PC s modernos enquanto as DB25 são, por sua vez, encontradas nos mais antigos. Informação sobre Conector Série DB9 Na figura representada de seguida é possível verificar vários factores que nos ajudarão a identificar com mais facilidade uma conexão série do tipo DB9. Antes de mais, é de notar que o conector possui nove pinos (descritos na tabela seguinte à figura). A imagem é relativa a um Conector Série fêmea que normalmente se encontra nos acessórios e periféricos que se pretendem ligar ao computador. Alguns conectores deste tipo podem ainda possuir dois pequenos parafusos que ajudam a manter a conexão estável do ponto de vista físico da ligação. Imagem Conector Série DB9 Um Conector Série DB9 é identificado primeiramente por possuir nove pinos; Assumir uma forma em D; Os conectores série DB9 nos computadores são machos. 6

20 Capítulo 1 Porta Série Informação sobre Conector Série DB25 Na figura representada de seguida é possível verificar vários factores que nos ajudarão a identificar com mais facilidade uma porta DB25. Antes de mais, é de notar que o conector possui 25 pinos, como é ilustrado na figura seguinte: Imagem Conector Série DB25 Um Conector Série DB25 é identificado primeiramente por possuir vinte e cinco pinos; Assumir uma forma em D; Os conectores série DB25 nos computadores são machos. Para mais informação sobre a porta DB25 ver capítulo Porta Paralela. 7

21 Capítulo 1 Porta Série De seguida é apresentada uma tabela com a designação, função e o número do pino correspondente nos conectores DB9 e DB25: DB9 - Pino DB25 Pino Designação do Função N.º N.º Sinal 1 8 Data Carrier Detect DCD 2 3 Received Data RxData 3 2 Transmitted Data TxData 4 20 Data Terminal Ready DTR 5 7 Signal Ground Gnd 6 6 Data Set Ready DSR 7 4 Request To Send RTS 8 5 Clear To Send CTS 9 22 Ring Indicator RI Tabela Nome e Função dos Pinos dos Conectores Série Descrição das funções dos Pinos DCD- Data Carrier Detect Quando a zero indica que a portadora foi detectada pelo modem. É uma entrada de estado do modem, cujo valor pode ser testado pela leitura do bit 7 do registo MSR. O bit 3 do MSR indica se houve variação na linha /DCD desde a ultima leitura deste registo. RD Received Data Por onde são recebidos os dados em série. TD Transmit Data Por onde são transmitidos os dados em série. 8

22 Capítulo 1 Porta Série DTR- Data Terminal Ready Quando a zero informa o modem que a UART está pronta para estabelecer a comunicação. O sinal /DTR pode ser activado a zero colocando um 1 no bit zero do registo MCR. DSR- Data Set Ready Quando a zero indica que o modem está pronto para estabelecer a comunicação. A linha DSR é um linha de estado do modem, cujo valor pode ser testado em MSR no bit 5. O bit 1 do MSR indica se houve alguma variação na linha /DSR desde a ultima leitura deste registo. RTS- Request To Send Quando a zero informa o modem que a UART está pronta para trocar dados, o sinal RTS pode ser activo a zero, colocando um 1 no bit 1 do MCR. CTS- Clear To Send Quando a zero indica que o modem ou o dispositivo de dados está pronto para trocar dados. A linha CTS é um sinal de entrada, que indica o estado do modem, cujo valor pode ser testado, pela leitura do bit 4 do registo MSR. O bit zero do MSR indica se houve variação do CTS, desde a ultima leitura deste registo. RI- Ring Indicator Quando a zero indica que o modem recebeu um sinal de corrente de chamar, esta linha pode ser testada pela leitura do bit 6 do registo MSR. O bit 6 é o complemento do sinal RI. O bit 2 do MSR indica se houve variação na linha RI desde a ultima leitura. 9

23 Capítulo 1 Porta Série Periféricos que podem ser utilizados através da Porta Série: Rato Um dos acessórios em que a utilização é mais comum numa Porta Série. Isto verifica-se nos computadores que não possuem Portas PS/2 ou em computadores portáteis. Modem Um outro exemplo de utilização das Portas Série. Embora este método de ligação seja mais usual em computadores mais antigos também se verifica actualmente em alguns casos devido à sua fácil utilização, montagem e configuração. Rede Esta era uma das utilizações originais das Portas Série. Permitia ligar dois computadores entre si e assim transferir ficheiros de dimensões consideráveis entre eles. Impressora Hoje em dia não é comum verificar a utilização deste periférico em Portas Série (exceptuando a ligação DB25 ou Porta Paralela). Contudo, no passado, as impressoras e plotters eram frequentemente utilizadas através Porta Série. 10

24 Capítulo 2 Porta Paralela 2. Porta Paralela Uma Porta Paralela é constituída por um conector DB25 com um barramento de dados de 8 bits (Pinos 2 a 7). Este tipo de conectores é mais familiar por ser utilizado em impressores, mas também se aplica a outros acessórios e periféricos. O comprimento standard dos cabos com conectores de Porta Paralela deve no máximo, ser de 4.5 m, embora existam cabos cujo comprimento máximo possa ir até aos 15 m. Estes últimos, porém, não são recomendados visto que podem providenciar conexões débeis e com sinais de dados com fraca amplitude. Tipos de Portas Paralelas Uni-direccional Porta Standard de 4 bits, cuja configuração de fábrica não permite a transferência de dados nos dois sentidos. Bidireccional Porta Standard de 8 bits que foi lançada a quando da apresentação da Porta PS/2 em 1987 pela IBM e que ainda é utilizada em PC s hoje em dia. A Porta Bidireccional é capaz de enviar 8 bits em modo Input ou Output. Hoje em dia, em impressoras multifunção esta porta pode ser referida como bi-direccional, Centronics, PS/2 ou Porta Standard. 11

25 Capítulo 2 Porta Paralela EPP Tem a designação de Enhanced Parallel Port (EPP) e foi desenvolvida de 1991 pelas empresas Intel, Xircom e Zenith Data Systems. Este tipo de porta opera com velocidades semelhantes ao bus ISA e pode alcançar taxas de transferência de dados na ordem dos 1 até 2 Mb/seg. A versão 1.7 da EPP foi lançada em 1992 e foi, mais tarde, adaptada ao Standard IEEE Todas as capacidades adicionais desta versão foram adaptadas ao Standard IEEE. A versão 1.9 da EPP nunca existiu. ECP Tem a designação de Enhanced Capabilities Port (ECP). Foi desenvolvida pelas empresas Microsoft e Hewlett-Packard, e anunciada em Traduz numa EPP adicional. Infelizmente este tipo de porta necessita de um canal DMA adicional, o qual pode originar conflitos de recursos. 12

26 Capítulo 2 Porta Paralela Conector Porta Paralela DB25 Ao contrário do que se passa nas portas série, o conector de porta paralela DB25 presente no painel dos computadores é fêmea. Imagem Conector Porta Paralela DB25 13

27 Capítulo 2 Porta Paralela Em seguida é apresentada uma tabela com número, designação e função de cada pino presente num conector DB25, que representa a configuração de uma Porta Paralela: Pino N.º Designação Função 1 -Strobe 2 +Data Bit 0 3 +Data Bit 1 4 +Data Bit 2 5 +Data Bit 3 6 +Data Bit 4 7 +Data Bit 5 8 +Data Bit 6 9 +Data Bit Acknowledge 11 +Busy 12 +Paper End 13 +Select 14 -Auto Feed 15 -Error 16 -Initialize Printer 17 -Select Input 18 -Data Bit Data Bit Data Bit Data Bit Data Bit Data Bit 5 Rtn 24 -Data Bit 6 Rtn 25 -Data Bit 7 Rtn Quando o sinal é Low é efectuado o Data acknowledgement. Pinos de Transferência de Dados É passada a informação que os dados já foram processados e o sinal High indica que está pronto a receber novos dados. Quando o sinal é High significa que a impressora aceitou os dados e encontra-se no momento a efectuar o seu processamento. Quando este sinal fica Low e o pino 10 fica High a impressora está preparada para receber dados adicionais. O papel de impressora fica bloqueado quando o sinal é High ou não existe sinal se a impressora bloquear. Quando o sinal é High indica que a impressora se encontra on-line e pronta a imprimir. Quando o sinal é Low significa que o PC terá indicado à impressora que deverá fazer um line feed depois de cada linha imprimida. A impressora envia uma mensagem ao computador informando da ocorrência de um erro. Quando o sinal é Low significa que o PC faz um pedido à impressora para que esta inicie uma reinicialização interna. Quando o sinal é Low significa que o PC já seleccionou uma impressora e que esta se deve preparar para receber dados que estão prestes a ser enviados. Terra Tabela Nome e Função dos Pinos do Conector 14

28 Capítulo 2 Porta Paralela Endereços das portas A porta paralela utiliza três endereços base indexados ao LPT1, LPT2 e LPT3. O LPT1 é normalmente a atribuído ao endereço 0378h, enquanto que o LPT2 é atribuído ao 0278h, este endereço podem contudo variar pois existem situações onde o endereço para a porta paralela LPT1 é 03BCh. Endereços Descrição 3BCh-3BFh Usado para porta paralelas incorporadas em placas gráficas. É rara a utilização deste endereço 378h-37Fh Endereço comum da LPT 1 278h-27Fh Endereço comum da LPT 2 Tabela Endereços de Memória da Porta Paralela Quando se liga o computador (power-on) a BIOS determina o número de portas que existem no computador e atribui-lhes os nomes LPT1, LPT2 e LPT3. A BIOS vai em primeiro verificar o endereço 03BCh, se uma porta paralela for encontrada aqui atribui-lhe o LPT1, caso não exista vai verificar o endereço 0378h e depois vai verificar 0278h. Significando isto que em 0378h, podemos ter LPT1 ou LPT2. Isto poderá parecer confuso, no entanto é sempre possível efectuar a atribuição dos endereços correspondentes à porta, é de todo conveniente configura o LPT1 para 0378h, o LPT2 para 0278h... No entanto, os endereços das portas não constituem problema para quem quiser efectuar ou utilizar como interface do PC a porta paralela. Pois é bastante fácil saber onde estão mapeadas. Este mapeamento poderá ser visto no quadro resumo que é mostrado pela BIOS no arranque do PC, onde são indicadas as portas paralelas disponíveis e o seu endereço. 15

29 Capítulo 2 Porta Paralela No Windows poderá ser consultado em propriedades do meu computador, dispositivos de entrada/saída. Também é possível saber este mapeamento consultando a chamada tabela de variáveis da BIOS que num endereço especifico dessa tabela guarda os endereço base dos diferentes LPT s. Endereços Base Descrição 0000:0408 Endereço base do LPT1 0000:040A Endereço base do LPT2 000:0040C Endereço base do LPT3 0000:040E Endereço base do LPT4 Tabela Endereços base das portas LPT 16

30 Capítulo 2 Porta Paralela Periféricos que podem ser utilizados através da Porta Paralela: Impressora A utilização mais comum numa Porta Paralela. Scanner Este é mais um periférico que normalmente é ligado a uma Porta Paralela. Os Scanners ligados por intermédio de uma Porta Paralela são uma alternativa aos Scanners SCSI, isto porque na primeira opção, a sua instalação verifica-se muito mais fácil. Drives Externas Uma utilização popular das Portas Paralelas são também as Drives Externas como a Iomega Zip Drive, a qual pode ser facilmente desconectada de um computador e conectada a outro. 17

31 Capítulo 2.X Necessidade de Novos Barramentos 2.X Necessidade de Novos Barramentos Novos tipos de periféricos Drives CD-RW, Discos Duros, Cameras Vídeo Digitais (tanto estáticas como móveis), Unidades de Backup (alta Capacidade e Velocidade), Cameras fotográficas digitais on-line, Sensores de Alta Sensibilidade, Equipamento de Vídeo Conferência, Impressoras a Cores de Alta Resolução, etc.. Limitações das Portas Série e Paralela Com o aparecimento de novos tipos de periféricos e acessórios, que viriam a melhorar a qualidade e o rendimento que é possível de retirar de um computador pessoal a nível da comunicação e transferência de dados, este tipo de Portas perdeu a sua predominância face aos novos interfaces que surgiam no mercado e que se apresentavam opções muito mais vantajosas a quase todos os níveis. Uma das desvantagens das Portas Série e Paralela face aos novos interfaces como o USB e o IEEE 1394 é a velocidade. Apenas a versão da porta paralela EPP é capaz de se comparar às antigas versões destes novos interfaces embora nunca com o mesmo rendimento. 18

32 Capítulo 2.X Necessidade de Novos Barramentos Uma das outras desvantagens das Portas Série e Paralela é a impossibilidade de se poderem compatibilizar com novos tipos de tecnologia criados para satisfazerem o cada vez mais exigente utilizador. Dois exemplos destas tecnologias são o Plug And Play e o Hot Plugging. Os antigas formas de ligação, Porta Série e Porta Paralela estão assim muito longe de poderem corresponder às novas necessidades do mercado e de dar uma resposta pelo menos satisfatória quando comparadas com os novos interfaces USB e FireWire. 19

33 Capítulo 2.X Necessidade de Novos Barramentos USB e FireWire, mas porquê um barramento Série? À primeira vista, poderá fazer mais sentido utilizar um cabo paralelo para transportar grandes quantidades de dados já que existem mais linhas para transmitir sinais será que oito linhas de dados não transmitiriam oito vezes mais dados do que a linha única existente num cabo série? Sim, mas apenas até certo ponto, mas existem outros factores a ter em conta: Um barramento de série oferece uma simples ligação ponto a ponto permitindo capacidades escalonáveis com acentuadas melhorias da tecnologia envolvida. Um cabo série e o seu conector tem um custo de produção menos elevado e ocupam menos espaço do que um cabo paralelo e respectivo conector. Esta última vantagem não passa despercebida aos fabricantes de computadores portáteis para quem todos os centímetros valem ouro. Num cabo paralelo é produzida maior interferência electromagnética entre as linhas que o compõem. O tamanho do cabo é maior e mais caro já que é utilizada uma maior quantidade de linhas e o material protector dos mesmos é mais extenso. Além disto, é ainda verificável que a sincronização entre as linhas constituintes do cabo pode ser um problema em transferências de alta velocidade. 20

34 Capítulo 3 USB 3. USB USB, ou Universal Serial Bus, é um barramento série de média/alta velocidade que permite ligar periféricos a um computador. A sua especificação standard inicial foi desenvolvida por grandes empresas da área da computação e das telecomunicações como a Compaq, Hewlett-Packard, IBM, Microsoft, Intel, NEC, Lucent e Philips a 15 de Janeiro de Estava então lançada uma nova tecnologia que viria transformar o mercado dos periféricos para computadores pessoais. Evolução do USB Na primeira versão (USB 1.0), a velocidade máxima do barramento era de 1.5 Mbps e suportava até 127 conexões de periféricos conectados através de HUB s externos a partir de uma única porta do PC. As conexões USB não necessitam da utilização de terminadores, endereços de memória ou de possuir endereços IRQ disponíveis. Utilizando esta tecnologia é possível conectar ou desconectar qualquer periférico, em qualquer altura, sem nunca haver a necessidade de reconfigurar o computador ou até, em alguns casos, reiniciá-lo. Essa tecnologia denomina-se de Hot Plugging. 21

35 Capítulo 3 USB A primeira especificação standard definida em 1996 foi evoluída, e, em 23 de Setembro de 1998 foi lançada uma nova versão USB (1.1). O desenvolvimento desta nova especificação, deveu-se à necessidade de solucionar e remover alguns problemas e ambiguidades encontrados na especificação da versão original. Um outro objectivo da revisão da nova versão seria tornar claro que os periféricos USB produzidos e que estariam em conformidade com a especificação USB 1.0 não teriam de sofrer alterações de modo a serem compatíveis com versão 1.1. Ficou também claro que o software desenvolvido para os sistemas e periféricos que suportavam a versão original teria também que operar positivamente na versão 1.1. Assim, a interoperabilidade entre a implementação das versões 1.0 e 1.1 tanto a nível de software com a nível de harware estava garantida. A nova versão teve como principal inovação uma nova velocidade máxima para o barramento que deixava de ser de1.5 Mbps e passava a ser de 12 Mbps, ou seja, um aumento de oito vezes em relação à velocidade máxima da versão inicial. Foram também introduzidas algumas modificações relativas a capacidades bidireccionais do barramento, outras relativas à especificação e desenho físico dos cabos, características eléctricas dos próprios dispositivos USB e ainda outras relativas ao processamento de erros no processo de transferência de dados. Todas estas alterações tinham como meta acabar, ou pelo menos diminuir, o maior número de ambiguidades e omissões relativas à produção de todos os componentes (conectores, cabos, HUB s e periféricos) presentes na especificação original. 22

36 Capítulo 3 USB Em Abril de 2000, surgiu a versão USB 2.0. Esta nova versão tem como principal motivação o facto de os computadores pessoais possuírem uma maior performance e capacidade em processar enormes quantidades de dados e, ao mesmo tempo, verificar-se que os novos periféricos têm também as suas performances e funcionalidades muito mais evoluídas. As aplicações de utilizador como as de digitalização de imagem necessitam de conexões de alta performance entre o PC e os mais recentes e sofisticados periféricos do sector. O USB 2.0 está preparado para suportar estas necessidades, tendo sido para isso sido adicionada uma terceira e nova velocidade de transferência de 480 Mbps às definidas em versões anteriores (1.5 e 12 Mbps). A versão USB 2.0 é vista como uma evolução natural da versão original do USB, e que oferece o desejado aumento de largura de banda enquanto preserva as motivações originais do interface, mantendo a compatibilidade com os periféricos já existentes. 23

37 Capítulo 3 USB Motivações Na génese da criação desta nova especificação, estiveram três motivações: Conexão de Computadores Pessoais a Linhas Telefónicas: Hoje em dia é possível entender de forma quase intuitiva que a base de aplicações da próxima geração assenta sobre a fusão das tecnologias ligadas à computação com as de comunicação. Neste aspecto o USB vem servir como ponte comum de ligação entre ambas as tecnologias. Facilidade de Utilização: A falta de flexibilidade na reconfiguração de um PC sempre foi reconhecida como o calcanhar de Aquiles no seu futuro desenvolvimento. A combinação entre novos interfaces gráficos e mecanismos de hardware e software associados a arquitecturas de barramento de nova geração vieram facilitar a reconfiguração dos PC e diminuir a necessidade de confrontação dos utilizadores com os problemas inerentes à mesma. Além disto, existia também a necessidade de criar um interface universal que permitisse a utilização de várias tecnologias já desenvolvidas como o Plug and Play e cuja adopção não seria possível no caso de se continuar a utilizar as Portas Série e Paralela. Expansão de Portas de Ligação: O crescente adquirir de periféricos externos por parte dos utilizadores informáticos leva a constrangimentos de disponibilidade no que trata a portas de ligação. 24

38 Capítulo 3 USB A falta de barramentos externos bidireccionais, de baixo custo e de baixa/média velocidade levou, durante muito tempo, ao abrandamento no desenvolvimento e na proliferação criativa de periféricos tão distintos como: adaptadores de telefone/fax/modem, atendedores de chamadas, scanners, PDA s, teclados, ratos, etc.. Principais metas do USB 2.0: Permitir aos PC s uma maior expansão quando ao número e ao género de periféricos conectáveis, assim como a facilidade de utilização dos mesmos. Fornecer uma solução de baixo custo e que suporta velocidades de transferência até 480 Mbps. Oferecer comodidade ao utilizador em possibilitar a integração de dispositivos utilizados em diversas áreas tecnológicas. Suporte completo para transferências de dados, voz, áudio e vídeo em tempo real. Disponibilizar um protocolo flexível para conexões mistas de transferências isócronas de dados e comunicações assíncronas. Fornecer um interface standard com facilidade de implementação e difusão em qualquer dispositivo. Criar novas espécies de dispositivos que possibilitem o aumento de novas capacidades dos PC s Completa compatibilidade da especificação USB 2.0 com as anteriores versões do interface. Do ponto de vista do utilizador, o USB 2.0 é igual às anteriores versões do interface, com a vantagem de ter uma largura de banda muito superior. Ou seja, parece e comporta-se de igual forma, mas apresenta uma maior e melhor gama de produtos relativamente à quantidade, interesse e performances. 25

39 Capítulo 3 USB Taxas de Transferência suportadas O standard USB, e em particular a especificação 2.0 permite trabalhar com três velocidades de transferência distintas: Low Speed, cuja velocidade é de 1.5 Mbps, Full Speed, com uma velocidade de 12 Mbps e por fim High Speed,cuja velocidade atinge os 480 Mbps. Tipicamente, as velocidades high/full são utilizadas quando se pretendem transferir dados de uma forma isócrona, enquanto a velocidade low é utilizada em dados provenientes de dispositivos interactivos. O USB é um barramento para PC, mas pode ser também implementado em outros dispositivos computacionais centrados num HOST. A arquitectura do software permite futuras extensões do USB no que respeita à sua implementação em sistemas com múltiplos controladores HOST USB. Performances Aplicações Atributos Low Speed Dispositivos Interactivos Teclados, Ratos, Impressoras, Joysticks, Periféricos de Realidade Virtual, etc.. Baixo Custo Facilidade Utilização Conexão/Desconexão Dinâmica Múltiplos Periféricos Full Speed Telefone, Áudio e Vídeo Comprimido High Speed Video, Armazenamento Comunicações Banda Larga, Áudio, Microfones, etc.. Vídeo, Armazenamento de Dados, Edição de Imagem Digital, Comunicações Banda Larga, etc.. Baixo Custo Facilidade Utilização Conexão/Desconexão Dinâmica Múltiplos Periféricos Largura de Banda Garantida Baixo Custo Facilidade Utilização Conexão/Desconexão Dinâmica Múltiplos Periféricos Largura de Banda Garantida Grande Largura de Banda Tabela Taxas de Transferência / Dispositivos 26

40 Capítulo 3 USB Conectores Existem três tipos de conectores USB, os Série A, Série B e os Série Mini B. São definidos como Série A aqueles provenientes de dispositivos e que se conectam a montante num HUB ou HOST. Os Série B e Série Mini B por sua vez, são provenientes de um Sistema HOST e são conectados num dispositivo ou HUB. Todos os dispositivos USB têm que possuir um conector Série A. Os conectores Série B permitem que determinados tipos de periféricos incluam um cabo destacável standard, oferecendo assim facilidade de substituição do cabo. Os cabos possuem quatro condutores com blindagem e robustez especificada. Os conectores a montante (A) têm características mecânicas diferentes dos a jusante (B), impedindo assim ligações de loopback nos HUB s. 27

41 Capítulo 3 USB Conectores Série A Conectores Série B Os conectores Série A são sempre orientados a montante em direcção ao sistema HOST. Os conectores Série B são sempre orientados a jusante em direcção ao dispositivo USB. Tomadas A (Saída a jusante do HOST USB ou HUB) Fichas A (Provenientes do dispositivo USB) Tomadas B (Entrada a montante do dispositivo USB ou HUB) Fichas B (Provenientes do Sistema HOST) Os conectores Série Mini B são sempre orientados a jusante em direcção ao dispositivo USB. Fichas Mini B (Provenientes do Sistema HOST) Tomadas Mini B (Entrada a montante do dispositivo USB ou HUB) Tabela Conectores USB 28

42 Capítulo 3 USB Os conectores USB podem ser interligados das seguintes formas: As tomadas A interligam-se com as fichas A. Em termos eléctricos, as tomadas A são consideradas saídas dos Sistemas HOST e/ou HUB s. As fichas A interligam-se com as tomadas A. As fichas A estão sempre orientadas aos Sistemas HOST. As tomadas B interligam-se com as fichas B. Em termos eléctricos, as tomadas B são consideradas entradas para HUB s e dispositivos. As fichas B interligam-se com as tomadas B. As fichas B estão sempre orientadas aos HUB s ou dispositivos USB. As tomadas mini B interligam-se com as fichas mini B. Em termos eléctricos, as tomadas mini B são consideradas entradas para dispositivos electrónicos de pequenas dimensões. As fichas mini B interligam-se com as tomadas mini B. As fichas mini B estão sempre orientadas a dispositivos USB de pequenas dimensões. 29

43 Capítulo 3 USB Configurações mecânicas dos conectores As fichas e tomadas USB são identificadas pelo Ícone USB: Imagem Ícone USB Os conectores USB foram desenhados para utilizarem a tecnologia Hot Plugging. O Ícone USB inscrito no conector providencia informação táctil de maneira a facilitar a introdução do conector na orientação correcta. 30

44 Capítulo 3 USB O Ícone USB é inscrito numa área reservada para o efeito situada na parte superior das fichas USB. Tanto o Ícone USB, como o logotipo do fabricante não devem desrespeitar a área que lhes foi designada. A presença do Ícone USB é obrigatória, enquanto o logotipo do fabricante é apenas recomendado. Isto verifica-se em todas as fichas USB (A, B e mini B). O Ícone USB está localizado numa zona adjacente à tomada. As tomadas devem estar orientadas de modo a permitir que o Ícone esteja visível aquando do processo de conexão. Imagem Configuração Física do Conector USB 31

45 Capítulo 3 USB Terminação de Dados dos Conectores USB A seguinte tabela mostra as funções de cada contacto presente num conector USB (A ou B), assim como o seu número e valor eléctrico: Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha 1 VBUS Vermelho 2 D- Branco 3 D+ Verde 4 Terra (Ground) Preto Revestimento Protecção Cabo Protector Tabela Contactos e Funções dos Conectores A e B Existem algumas alterações nos contactos no caso dos conectores Mini B: Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha 1 VBUS Vermelho 2 D- Branco 3 D+ Verde 4 ID Não Conectada 5 Terra (Ground) Preto Revestimento Protecção Cabo Protector Tabela Contactos e Funções do Conector Mini B 32

46 Capítulo 3 USB Cabos Um cabo USB possui quatro condutores, dois condutores para a transmissão do sinal e outros dois para alimentação designados respectivamente: D+ e D-, para a transmissão de sinal e V BUS e GND para alimentar os dispositivos ligados no barramento, a tensão de VBUS é de +5V, na origem. O cabo possui ainda blindagem e o respectivo revestimento. Imagem Corte de um cabo USB O cabo High/Full Speed tem de identificar as situações em que pode ser utilizado. Este cabo pode ser utilizado com dispositivos de low, full e high speed. Quando o cabo é utilizado com dispositivos low speed, deve corresponder a todos os requerimentos dessa velocidade (low speed). Para efectuar uma transferência low speed é recomendável (não obrigatório) que os condutores de sinais do cabos sejam entrançados entre si. 33

47 Capítulo 3 USB Tipos de Cabos A especificação USB 2.0 descreve três tipos de cabos: Cabo Destacável Standard, Cabo fixo High/Full Speed e Cabo Fixo Low Speed. Os cabos destacáveis standard têm uma ficha série A numa extremidade e uma ficha série B na extremidade oposta. Os cabos fixos High/Full Speed possuem uma extremidade ocupada por uma fixa série A e na outra extremidade possuem um método específico de conexão pretendido pelo fabricante (dependendo do dispositivo conectado). Os cabos fixos Low Speed possuem uma extremidade ocupada por uma fixa série A e na outra extremidade possuem um método específico de conexão pretendido pelo fabricante (dependendo do dispositivo conectado). Qualquer outro tipo de cabo é proibido pela especificação. 34

48 Capítulo 3 USB Cabo Destacável Standard Dispositivos High Speed e Full Speed podem aceitar conectores do tipo B. Isto permite que este tipo de dispositivos seja compatível com o cabo destacável standard. Assim, é eliminada a necessidade de construir dispositivos com ligação fixa ao cabo utilizado e minimiza da necessidade de substituição do cabo utilizado caso seja necessária. Os dispositivos que utilizam conectores do tipo B têm de ser desenhados de modo a trabalharem na pior situação com um cabo destacável standard de comprimento máximo. Este tipo de cabo deve apenas ser utilizado com dispositivos High Speed e Full Speed. Imagem Cabo Destacável Standard 35

49 Capítulo 3 USB Imagem Cabo Destacável Standard (Mini B) 36

50 Capítulo 3 USB Cabo fixo High/Full Speed Os cabos são considerados fixos se possuírem um método específico de conexão implementado pelo fabricante numa das extremidades. Estes cabos podem ser utilizados em dispositivos High, Full e Low Speed. Quando este cabo é utilizado em dispositivos Low Speed, tem de corresponder a todas as exigências desta taxa de transferência. Imagem Cabo fixo High/Full Speed 37

51 Capítulo 3 USB Cabo fixo Low Speed Os cabos são considerados fixos se possuírem um método específico de conexão implementado pelo fabricante numa das extremidades. Estes cabos podem apenas ser utilizados em dispositivos Low Speed. Imagem Cabo fixo Low Speed 38

52 Capítulo 3 USB Montagens Proibidas de Cabos O standard USB está optimizado para ser de fácil utilização. O esperado quando um dispositivo é conectado é que funcione. Na especificação, as únicas condições ao funcionamento normal de um dispositivo USB, são as de falta de alimentação eléctrica, largura de banda esgotada ou profundidade excessiva na hierarquia topológica. Quando algumas destas situações acontecem são de imediato identificadas e interpretadas pelo Sistema de Software. Algumas montagens proibidas de cabos podem funcionar em algumas situações, mas não podem garantir que funcionarão em todos os casos. Montagem que permita extensão de cabos: Não é permitido que um cabo possua uma ficha série A e uma tomada série A, uma ficha série B e uma tomada série B ou ainda uma ficha série mini B e uma tomada série mini B. Caso isto pudesse ser implementado iria permitir a conexão múltipla de cabos e excedendo assim o comprimento máximo permitido para um cabo USB. Montagem que viole as regras de topologia USB: Não é permitido que ambas as extremidades de um cabo sejam compostas por fichas série A ou ambas tomadas série B ou série mini B. Esta proibição existe de modo a impedir a possibilidade de duas portas orientadas a jusante estarem ligadas directamente entre si. Contudo, esta proibição não impede que seja utilizado um dispositivo que permita a ligação entre dois barramentos USB. 39

53 Capítulo 3 USB Descrição de um sistema USB Um sistema USB é descrito por áreas bem definidas: Dispositivos USB; HOST USB; Interligações USB. Uma interligação é a forma como os dispositivos estão ligados e o modo de comunicação com o HOST, e inclui: A topologia do barramento; As relações entre camadas e as tarefas realizadas em cada camada; Os modelos de fluxo de dados, ou seja, a forma como os dados são transportados entre produtores e consumidores; O acesso ao meio, que é partilhado de forma a possibilitar transferências de dados isócronas eliminando sobrecargas do barramento. Todos os dispositivos periféricos de um PC, que tenham um funcionamento série, exemplos de um teclado, rato, modem, joystick e também todos os outros como cd-rom, scanners, impressoras (actualmente é comum estas trazerem também o interface USB e paralelo). De modo a obter as vantagens referidas anteriormente é necessário a implementação de certas regras que permitam a coabitação entre todos os componentes do sistema. Estes componentes são: 40

54 Capítulo 3 USB Componentes de um barramento USB HOST - É o dispositivo que controla o barramento e a transmissão de dados. Geralmente é o PC. Nos PC que suportam USB o chipset tem incorporado um controlador USB HOST. DISPOSITIVO Pode ser considerado um periférico externo que se encontra ligado ao HOST, através do barramento USB e que disponibiliza informação de entrada e saída para o HOST. Aqui também é necessária a existência de um controlador que verifique a informação no barramento e permita a troca da mesma. Cada dispositivo contém informação relativa às suas capacidades e recursos necessários. Para que um dispositivo seja usado deve ser configurado pelo HOST, que aloca largura de banda e selecciona opções de configuração específicas do dispositivo em causa. Os dispositivos USB podem ser: HUB s que proporcionam pontos de ligação adicionais e Funções que fornecem capacidades adicionais, como por exemplo, um conector para RDIS, um joystick, colunas de som, etc. Existem também várias classes de dispositivos, como os HUB s, dispositivos de localização (rato, lightpen, etc.) ou dispositivos de texto. 41

55 Capítulo 3 USB Aos dispositivos USB é exigido que transportem informação para auto-identificação e configuração genérica, bem como que apresentem um comportamento consistente com os estados USB definidos. Todos os dispositivos USB têm apenas um endereço. Cada dispositivo contém um ou mais endpoints (portos lógicos ou pontos terminais) com os quais o HOST deverá comunicar. É ao endpoint 0 de cada dispositivo que é atribuído o USB control pipe (canal controlo) do respectivo dispositivo. É ainda associado a este endpoint que se encontra toda a informação referente ao dispositivo USB. Esta informação encontra-se armazenada em campos distintos, consoante a categoria a que se refere: Standard neste campo encontra-se a informação comum a todos os periféricos USB, como identificação do fabricante, classe do periférico e gestão de alimentação; Class este parâmetro varia em função da classe a que pertence o periférico; e Fabricante USB neste campo o fabricante é livre de introduzir a informação que desejar, não sendo o formato sequer determinado na especificação do USB. 42

56 Capítulo 3 USB HUB - Basicamente, um HUB tem como função principal a acção de transformar um ponto de conexão singular em múltiplos pontos de conexão, pontos estes identificados como portas. A arquitectura USB tem a capacidade de suportar múltiplos HUBS, podendo assim ser criada uma estrutura em árvore. O comprimento de uma ligação individual está limitado a 5 metros e o limite máximo de dispositivos ligados no barramento é de 127. Os HUB s são o elemento chave na concepção da arquitectura Plug And Play do USB. Permitem simplificar a ligação de dispositivos pelo utilizador proporcionando simultaneamente robustez a baixos índices de complexidade e custo. Qualquer HUB tem hierarquicamente acima um HOST ou um HUB, e abaixo, um dispositivo ou outro HUB. Um HUB possui ainda a capacidade de detectar a conexão ou desconexão de um dispositivo de qualquer das suas portas de saída. No primeiro caso activa automaticamente a distribuição de energia nessa porta. Num HUB, todas as portas de saída podem ser activadas ou desactivadas e configuradas individualmente. Um HUB é constituído por duas partes distintas, ou seja, por um controlador e um repetidor. O repetidor consiste num protocolo de controlo de comutação entre a porta de entrada e as portas de saída, tendo ainda uma base a nível de hardware que permite efectuar a reinicialização e/ou suspensão/activação da transmissão. O controlador por outro lado, contém os registos de interface que permitem que seja efectuada a comunicação entre o HUB e o HOST. O estado específico de um HUB e os seus comandos de controlo dão ao HOST a possibilidade de monitorizar e controlar as suas portas. 43

57 Capítulo 3 USB Topologia do barramento O barramento USB tem como função interligar dispositivos USB e o HOST USB. A topologia física USB é em estrela. Um HUB é considerado o centro de cada estrela. Cada segmento de ligação é definida como sendo uma conexão entre um HOST e um HUB ou função, ou entre um HUB e outro HUB ou função. Este tipo de configuração e estruturação leva a que o desenho físico da topologia deste barramento seja em forma de pirâmide. Devido a constrangimentos de temporização em tempos de propagação entre cabos e HUB s, o número máximo de camadas físicas permitidas na pirâmide é de sete (incluindo a camada inicial/raiz). É de notar que, em sete camadas, podem ser suportados até cinco HUB s (que não sejam raiz) numa comunicação entre o HOST e qualquer dispositivo conectado. Um dispositivo composto (ou misto) ocupa duas camadas; assim sendo, este mesmo dispositivo não pode ser conectado no último nível (sete). Apenas funções podem ser suportadas neste nível. Imagem Topologia USB 44

58 Capítulo 3 USB Distribuição e Gestão de Energia Distribuição de energia Cada segmento USB permite a distribuição de uma pequena quantidade de energia através de um cabo USB, energia esta que é fornecida pelo HOST ou por um HUB e é destinada aos dispositivos directamente ligados. Aqueles dispositivos que dispõem de alimentação própria são identificados como periféricos auto alimentados. A arquitectura USB permite a existência de HUBS alimentados pelo barramento, sem que para isso sejam criadas restrições à topologia utilizada. Os dispositivos auto alimentados devem ter implementados mecanismos de acoplamento de alimentação. Gestão de energia Numa arquitectura USB, o HOST detém um sistema de gestão de energia independente do barramento, embora este participe em acções de gestão da energia do sistema juntamente com o software do sistema USB em resposta a eventos tais como suspend/resume. Os dispositivos USB podem ainda conter informação sobre a gestão de energia, possibilitando assim que essa gestão seja feita por software ou por drivers genéricos. As características de distribuição e gestão da energia do USB permitem que o barramento seja utilizado em sistemas sensíveis à utilização de energia, tais como computadores portáteis. 45

59 Capítulo 3 USB Configuração do sistema USB O USB permite que dispositivos USB possam ser conectados ao barramento em qualquer instante, consequentemente o barramento USB permite alterações dinâmicas na sua topologia física. Ligação de um dispositivo Todos os dispositivos USB devem ser ligados ao barramento através de uma porta do HUB USB. O HUB indica a ligação ou remoção de um dispositivo USB através do estado de cada uma das suas portas. Após cada ligação o HUB notifica o HOST, que faz um pedido de especificação do motivo dessa notificação. O HUB responde através da identificação da porta utilizada pelo dispositivo USB. O HOST habilita a porta e endereça o dispositivo USB usando um canal de controlo (control pipe), através do endereço USB por defeito. Todos os dispositivos USB são endereçados inicialmente usando o endereço USB por defeito, quando são conectados ou quando lhes é feito um reset (reinicialização). O HOST determina se o novo dispositivo USB é um HUB ou uma função e atribui-lhe um endereço USB único. O HOST estabelece então um canal de controlo para o dispositivo USB, utilizando o endereço atribuído e o endpoint 0. Se o dispositivo conectado for um HUB que poderá ter outros dispositivos USB conectados em alguma das suas portas, então o procedimento anterior é seguido sequencialmente para cada um dos dispositivos. Se o dispositivo conectado for uma função, este envia informação através do software USB para possíveis aplicações de software do HOST. 46

60 Capítulo 3 USB Remoção de dispositivos Quando um dispositivo é removido de uma das suas portas, o HUB desabilita automaticamente essa porta notificando o HOST dessa alteração. O HOST elimina então a informação relativa ao dispositivo USB removido em todas as estruturas de informação. Se o dispositivo USB removido for um HUB então o processo de remoção vai ser efectuado para todos os dispositivos conectados a esse HUB. Se o dispositivo removido for uma função a notificação é encaminhada para todos as aplicações de software do HOST interessadas. Protocolo do barramento No barramento USB todas as transferências de dados são iniciados pelo Controlador HOST. Todas as trocas de informação envolvem a transmissão de pelo menos três pacotes de dados. Cada transacção começa quando o Controlador HOST envia um pacote USB descrevendo o tipo e a direcção da transacção, o endereço do dispositivo e o número do endpoint. Este pacote é chamado o Token Packet. O dispositivo USB endereçado é seleccionado pela descodificação dos campos de endereçamento. Numa determinada transacção a informação pode ser transferida tanto do HOST para o dispositivo como do dispositivo para o HOST. A direcção da transferência da informação é especificada no Token Packet. A origem da transacção envia então um pacote de dados contendo a informação pretendida ou indica que não tem qualquer informação para transmitir. O destinatário responde, em geral, com um pacote Handshake que indica se a transferência se efectuou com sucesso. 47

61 Capítulo 3 USB Algumas transferências realizadas entre Controladores HOST e HUBs podem envolver quatro pacotes de dados. Isto deve-se à necessidade de, por vezes, ser necessário controlar transferências de dados entre um HOST e dispositivos Low/Full Speed. O modelo USB para transferência de dados entre uma origem e um destino é denominado canal (pipe). Existem dois tipos de canais: stream e message. Os dados stream não tem estrutura USB definida em oposição aos do tipo message. Os canais possuem partilha de largura de banda de dados e tipos de serviços de transferência e características dos pontos terminais (endpoints), tais como direcção e tamanho dos buffers. Os canais passam a existir quando um dispositivo USB é configurado. Um canal message, designado como Default Control Pipe existe sempre que um dispositivo é alimentado por forma a permitir o acesso à sua configuração, estado e controlo. As transferências calendarizadas permitem controlo de fluxo em alguns canais stream. Ao nível do hardware isto previne o congestionamento dos buffers usando um handshake NAK para seleccionar a taxa de transmissão mais indicada. O testemunho de uma transferência utilizando NAK é disponibilizado quando existe tempo disponível no barramento. O mecanismo de controlo de fluxo permite a construção de calendarizações flexíveis que permitem um conjunto de serviços concorrentes num canal stream. Além disto, canais stream múltiplos podem ser utilizados com diferentes intervalos de tempo e com pacotes de dados de tamanhos diferentes. 48

62 Capítulo 3 USB Modelo de Fluxo de Dados USB Hoje em dia, no mercado dos computadores pessoais devem ser implementados alguns conceitos e suportadas algumas capacidades importantes de forma a providenciar ao utilizador a maior confiança e segurança durante a efectuação de operações. O standard USB permite conectar uma série de dispositivos externos a um HOST. Do ponto de vista do utilizador comum este processo pode parecer bastante simples, mas do ponto de vista do implementador o mesmo já não se verifica. São necessárias diferentes perspectivas do sistema de modo a explicar características e exigências do mesmo. O standard USB pode ser apresentado sobre a forma de camadas de modo a facilitar o entendimento do barramento: Imagem Modelo de Fluxo de Dados USB 49

63 Capítulo 3 USB Dispositivo Físico USB: Peça de hardware ligada a uma extremidade do cabo USB que executa alguma função pretendida pelo utilizador. Software Cliente: Este software é executado no HOST, correponde a um determinado dispositivo USB. Normalmente este tipo de software é disponibilizado pelos Sistemas Operativos ou vem com o dispositivo USB. Software Sistema USB: Corresponde ao software que suporta o standard USB num determinado Sistema Operativo. Este software é normalmente parte integral do Sistema Operativo, e é independente de qualquer dispositivo particular USB ou do Software Cliente. Controlador HOST USB: Corresponde ao hardware e software que permite a dispositivos USB estarem conectados a um HOST. Existem direitos partilhados e responsabilidades por parte dos quatro componentes USB de modo a possibilitarem comunicações robustas e de confiança. 50

64 Capítulo 3 USB Erros Detecção de erros Para efectuar um controlo sobre a existência de erro na transmissão, cada pacote inclui um campo de protecção de erros. Quando a integridade dos dados é necessária pode ser invocado um procedimento de recuperação de erros em hardware ou software. O protocolo prevê CRC separados para os campos de controlo e de dados em cada pacote. A falha do CRC indica um pacote corrompido, o CRC cobre 100% dos bits transmitidos. Recuperação dos erros O protocolo prevê mecanismos de hardware ou de software destinados à recuperação de erros. O tratamento por hardware inclui a sinalização e a repetição de transferências falhadas. O Controlador HOST vai repetir a transmissão falhada até três vezes antes de informar o software cliente que ocorreu um erro. A partir desta fase o software cliente terá que tratar este erro de uma forma apropriada podendo em caso extremo abortar a aplicação. 51

65 Capítulo 3 USB Tipos de fluxos de informação O USB permite a troca de informação útil e de controlo entre o HOST e um dispositivo sob a forma de um conjunto de canais unidireccionais ou bidireccionais. A transferência de dados é efectuada entre o software do HOST e um endpoint particular de um dispositivo USB. O HOST trata as comunicações com qualquer endpoint de um dispositivo independentemente dos outros endpoints. Estas ligações entre o software do HOST e o endpoint de um dispositivo USB são designadas canais (pipes). Em geral, uma transferência de dados num canal é independente de qualquer outra transferência de dados que se esteja a desenrolar num outro canal. Um dispositivo pode porém suportar múltiplos canais. Como exemplo, um qualquer dispositivo USB pode ter um ponto terminal ligado a um canal para transporte de informação para o dispositivo e outro ponto terminal para transporte de dados a partir do dispositivo. 52

66 Capítulo 3 USB A arquitectura USB define quatro tipos básicos de transferência de dados: transferência de controlo, utilizada para configurar os dispositivos no momento da ligação ao barramento. Pode também ser usada para outros fins específicos de cada dispositivo (incluindo o controlo de outros canais do dispositivo); transferência de grandes volumes de informação gerada ou consumida; transferência de informação de interrupção tais como caracteres ou coordenadas de equipamento de localização, usualmente com intervenção humana; transferência de informação em tempo real ou isócrona com taxas de transmissão e latência pré negociadas. 53

67 Capítulo 3 USB Um canal apenas permite um só tipo de transferência de informação das acima descritas. Transferência de controlo A transferência de controlo é usada pelo software USB para configurar os dispositivos quando estes são ligados ao barramento. Outras aplicações podem optar pelo uso de transferências de controlo implementadas de formas específicas. A transferência de informação não tem perdas, isto é, é automaticamente retransmitida quando são detectados erros. Transferência de grandes volumes de informação A transferência de grandes volumes de informação é normalmente usada em impressoras ou scanners e é sequencial. A troca de informação fiável é assegurada a um nível de hardware usando a detecção de erros a esse nível, e opcionalmente, invocando a retransmissão por hardware. A largura de banda pode ser toda aquela disponível que não esteja a ser utilizada por outros tipos de transferência. Transferência de informação de interrupção Uma pequena e expontânea transferência de informação de um dispositivo é denominada informação de interrupção. Esta informação pode ser disponibilizada pelo dispositivo e é enviada pelo USB a uma taxa não inferior àquela especificada pelo mesmo. A informação de interrupção consiste normalmente na notificação de um evento, caracter ou informação organizada como um ou mais bytes. 54

68 Capítulo 3 USB Transferência de informação em tempo real ou isócrona A informação isócrona é contínua e em tempo real na sua criação, transmissão e utilização. Os dados numa transmissão isócrona devem ser enviados à taxa a que estão a ser recebidos. Os dados isócronos devem também ser sensíveis a atrasos na transmissão. Para canais isócronos a largura de banda requerida é normalmente baseada nas características de amostragem da função associada. A latência requerida está relacionada com o buffering disponível em cada endpoint. Um exemplo típico de transmissão isócrona é a voz. A entrega de dados de uma transmissão isócrona é assegurada à custa de perdas nos transitórios dos dados. Por outras palavras, qualquer erro ocorrido na transmissão eléctrica não é corrigido pelos mecanismos de hardware tais como a retransmissão. Na prática os erros ao nível do bit esperados no USB são suficientemente pequenos para não serem considerados. Para a transmissão isócrona de informação é alocada largura de banda suficiente para assegurar que os dados serão entregues à taxa desejada. 55

69 Capítulo 3 USB Suporte por parte dos Sistemas Operativos Variantes Windows Windows 95 : Sem suporte nativo USB. Windows 95 (Release 2.1 e 2.5) : Com suporte para USB 1.0. Windows NT 4.0 : Sem suporte nativo USB. A instalação de um patch permite a utilização de alguns dispostivos USB. Ver: Windows 98 : Suporta USB 1.0. Windows 98 SE : Suporta USB 1.0 e 2.0* (*com drivers de fabricante). Windows Me : Suporta USB 1.0 e 2.0* (*com drivers de fabricante). Windows 2000 : Suporta USB 1.0 e 2.0. Windows XP : Suporta USB 1.0 e 2.0 Linux ou superior : Suporta USB ou superior : Suporta USB 1.0 e 2.0. Mac OS Mac OS 8.5 : Suporta USB 1.0. Mac OS 8.6 e 9.0.x : Suporta USB 1.0 e USB 1.1* (* com drivers extra). Ver: tware_updates/english- International/Macintosh/USB_Updates/USB_Card_S Mac 10.1 ou superior : Suporta USB 1.0 e

70 Capítulo 3 USB Perspectivas de Evolução Futura Como já foi referido anteriormente, a especificação USB definiu-se como sendo um método de ligação simples e de baixo custo que permitia facilmente conectar periféricos externos a um PC. Hoje em dia, existem mais de 500 milhões de dispositivos com portas USB, tornando este de standard de conectividade I/O líder destacado no mercado dos interfaces. O crescente desenvolvimento de novos periféricos USB leva agora à expansão deste standard para áreas fora do âmbito da utilização exclusiva com os computadores pessoais. Isto deve-se ao facto de que muitos periféricos que tradicionalmente funcionavam como periféricos externos para PC evoluíram, e passaram a requerer ligações directas I/O com outros periféricos do género sem o mediador PC. A grande limitação do standard USB sempre foi a de não permitir ligações ponto a ponto entre dispositivos. Devido a este facto, o USB não era utilizado em alguns dispositivos electrónicos como telemóveis e PDA s. Contudo, estes últimos passaram a ser alvo de grande popularidade e de grande utilização para um vastíssimo número de consumidores, aumentando assim, a necessidade de conexão directa em eles. De forma a responder a todas estas necessidades, foi desenvolvido um novo standard com o nome de USB OTG (USB On-The-Go), que tem como principal inovação em relação às especificações anteriores do interface, o facto de eliminar a necessidade de ter um PC como HOST em transferências de dados entre dispositivos conectados directamente entre si. 57

71 Capítulo 3 USB Existiu muita especulação e até contra-informação relacionadas com o aparecimento do USB OTG. A principal meta desta nova especificação assenta em conseguir que determinados periféricos USB também sejam capazes de funcionar como HOST s para uma série de outros periféricos. A tecnologia OTG vem introduzir a comunicação ponto a ponto entre estes novos periféricos. A sua complexidade advém da exigência feita a estes dispositivos com dupla função e que assim têm em ser capazes de transferir dados de forma directa entre si. Além disso, e como esta nova especificação tem como alvo dispositivos portáteis com significativos constrangimentos de alimentação eléctrica, o HOST OTG inicial não pode fornecer mais do que uma pequena quantidade de energia. Dois periféricos USB OTG conectados entre si, podem trocar sucessivamente de função. Considerando dois momentos distintos: no primeiro momento um periférico pode ser HOST e o outro um dispositivo, e momento seguinte podem inverter a função, passando o primeiro a ser dispositivo e o segundo HOST. Isto é feito mantendo sempre o modelo de arquitectura USB HOST/dispositivo. 58

72 Capítulo 3 USB Na especificação OTG, o HOST inicia a comunicação seguindo sempre o processo normal do barramento (reinicialização do barramento, aquisição dos descritores USB e configuração dos periféricos/dispositivos). Depois de efectuar estes passos, o dispositivo que tem a função de HOST OTG pode transmitir e receber dados do dispositivo que tem a função de periférico. Nesta especificação é definido o mecanismo para a possível transferência das funções de HOST OTG e periférico. O papel (função) inicial de cada dispositivo é definido pelo tipo de ficha conectada na correspondente tomada. Existem dois tipos de dispositivos OTG: Aqueles que podem ser HOSTS ou periféricos e aqueles que apenas podem ter a função de periférico. Os primeiros têm de ser capazes de fornecer uma intensidade mínimo de 8mA na linha Vbus. Os dispositivos que apenas funcionam como periféricos não têm capacidades HOST, mas têm de ser capazes de formular um pedido ao outro tipo de dispositivos de modos a poderem estabelecer comunicações com estes. 59

73 Capítulo 4 FireWire 4. FireWire O que é o IEEE 1394 ou FireWire? FireWire (marca registada da Apple) ou 1394 High Performance Serial Bus (designação IEEE) é a designação para um novo Barramento de Série de alta performance desenvolvido em meados dos anos 90 para colmatar as necessidades verificadas no campo das comunicações digitais de alta velocidade entre dispositivos electrónicos (acessórios e/ou periféricos). As aplicações do cabo FireWire dividem-se entre a conectividade I/O de periféricos com o painel dos computadores pessoais ou em ligações directas entre periféricos ou dispositivos electrónicos. No standard IEEE 1394 são definidas tanto a camada física como o barramento virtual conectado por cabo. Neste standard é também definido o método de transmissão, tipo de média e o protocolo utilizado. 60

74 Capítulo 4 FireWire É ainda de destacar o seu custo reduzido, o facto de ser escalonável e de ser um interface de série de alta velocidade. O standard 1394 oferece também novas capacidades, como por exemplo, a capacidade de conexão/desconexão de periféricos externos em tempo real. Aplicações Típicas O standard IEEE 1394 é um barramento de alta velocidade especialmente orientado para a transferência de dados relativos a vídeo digital assim como imagens adquiridas numa camera digital. O IEEE 1394, ao contrário do que se passa no USB (até à versão USB- On-The-GO), é um verdadeiro interface ponto a ponto, ou seja, deixa de ser indispensável ter um PC para interligar dois periféricos e passa a ser possível faze-lo directamente. Considerando o exemplo de uma camera de vídeo digital que envia dados para uma vídeo gravador digital e um computador que por sua vez se encontra conectado a uma impressora: Como os dados vídeo transportados pelo FireWire são digitais, cada dispositivo pode processá-los directamente no domínio digital sem os inconvenientes e a perda de qualidade de imagem que se iria verificar se fosse necessário executar a conversão para vídeo analógico. Assim deixamos de necessitar de dispositivos como placas de aquisição de vídeo e da conversão do sinal do mesmo de analógico para digital. O vídeo gravador digital e o computador estão preparados para aceitar dados em formato digital e apresentar ou guardar esses mesmos dados da forma mais apropriada. 61

75 Capítulo 4 FireWire Os dados de controlo, como por exemplo, a alimentação da camera de vídeo digital, são transmitidos de forma assíncrona pelo computador ou até pelo vídeo gravador. Por lado, os dados de vídeo são transmitidos de forma isócrona, através de uma linha directa de comunicação de dados a partir da camera de vídeo para os restantes dispositivos IEEE Desta forma é garantida a entrega directa e atempada (just-in-time) dos dados já que não existe detecção de colisões ou outro esquema de validação envolvido. Poderão também surgir novos paradigmas com a utilização desta tecnologia. Um exemplo poderá ser o caso das impressoras IEEE 1394, que no futuro poderão vir a apresentar-se radicalmente diferentes das que são utilizadas hoje em dia. Isto dever-se-á ao grande acréscimo dos limites das velocidades de transferência de dados do computador para a impressora. Estas novas impressoras poderão ser muito menos complexas e o seu custo muito inferior, já que seria possível executar todo o processo de rasterização no próprio computador e enviá-lo directamente para a cabeça de impressão na sua forma definitiva. 62

76 Capítulo 4 FireWire Evolução IEEE 1394 O primeiro protocolo IEEE 1394 foi desenvolvido em 1995 pela Apple, que lhe atribuiu o nome de FireWire. Na sua primeira especificação o barramento suporta transferências de dados de 100, 200 e 400 Mbps. Esta primeira versão continha algumas faltas e ambiguidades na especificação, fazendo com que alguns pontos ficassem abertos a diferentes interpretações por parte dos fabricantes, o que levou a alguns problemas de interoperabilidade. Estes problemas levaram ao desenvolvimento de uma nova especificação, designada de 1394a. Esta nova revisão veio providenciar a clarificação de alguns pontos presentes na especificação original assim como lançar alguns melhoramentos na performance do barramento. Está ainda a ser desenvolvida uma nova especificação do barramento, já designada por 1394b. 63

77 Capítulo 4 FireWire Conectores Existem dois tipos de conectores FireWire - os conectores de 6 pinos e os de 4 pinos (estes últimos não fornecem energia eléctrica). Cada uma das diferentes fichas (6 e 4 pinos) é apenas conectável com a sua tomada, ou seja não é possível conectar uma ficha de 6 pinos numa tomada de 4 e vice-versa. Ficha de 6 pinos Ficha de 4 pinos Tomada de 6 pinos Tomada de 4 pinos Tabela Fichas e Tomadas FireWire 64

78 Capítulo 4 FireWire Cabos Um cabo FireWire é normalmente constituído por dois pares entrançados de condutores de sinal e um par de condutores de alimentação. O tamanho máximo do cabo é de 4.5 metros de comprimento. Esta é a descrição típica de um cabo FireWire. Apesar desta definição exite ainda um outro tipo de cabo que não possui os condutores de energia eléctrica e que é utilizado em algumas montagens de cabos, mais particularmente num cabo de possui em ambas as extremidades fichas de 4 pinos: Imagem Cabo FireWire sem Condutores Eléctricos Para as restantes montagens, são utilizados os que possuem condutores de energia eléctrica: Imagem Cabo FireWire com Condutores Eléctricos 65

79 Capítulo 4 FireWire Existem três tipos de cabos FireWire, ou melhor dizendo, três montagens possíveis: Cabo com conectores 6 pinos 6 pinos Imagem Cabo FireWire (6-6) A tabela seguinte mostra as funções de cada contacto presente num conector FireWire (6 pinos), assim como o seu número e valor eléctrico: Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha 1 Power Branco 2 Terra (Ground) Preto 3 TPB- Vermelho 4 TPB+ Verde 5 TPA- Laranja 6 TPA+ Azul Revestimento Protecção Cabo Protector Tabela Contactos e Funções dos Conectores (6p) FireWire De forma a possibilitar uma melhor compreensão das figuras seguintes apresenta-se a seguinte tabela mostrando as funções de cada contacto presente num conector FireWire (4 pinos), assim como o seu número e valor eléctrico: 66

80 Capítulo 4 FireWire Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha 1 TPA- Laranja 2 TPA+ Azul 3 TPB- Vermelho 4 TPB+ Verde Revestimento Protecção Cabo Protector Tabela Contactos e Funções dos Conectores (4p) FireWire Cabo com conectores 6 pinos 4 pinos Imagem Cabo FireWire (6-4) Cabo com conectores 4 pinos 4 pinos Imagem Cabo FireWire (4-4) 67

81 Capítulo 4 FireWire Topologia O protocolo 1394 é um verdadeiramente ponto a ponto (peer-topeer), visto não necessitar de um computador como intermediário entre dois dispositivos. Cada um dos dispositivos instalados no barramento, pode ter várias portas FireWire. Cada uma destas portas funciona como um repetidor, transmitindo quaisquer pacotes de dados recebidos do dispositivo ligado a esta porta para o seu destino seguinte. Na figura seguinte é possível ver um exemplo de um barramento 1394: Imagem Barramento FireWire Como já foi dito, este tipo de barramento não necessita de um HOST específico, como o PC no caso USB. No exemplo dado acima, a Camera Digital pode facilmente enviar dados directamente ao Vídeo Gravador Digital ou ao DVD-RAM sem necessitar da assistência de nenhum outro dispositivo (excepto na parte física, ou seja, conectores e ligações). Nos barramentos FireWire existe o conceito de Cycle Master e de Root Node (Nó Raiz). A função do Cycle Master não envolve nenhuma necessidade tecnológica extra. A escolha de qual dos dispositivos deve ter a função de Cycle Master é determinada dinamicamente e pode mudar sempre que é adicionado um novo dispositivo ao barramento ou é iniciado um processo de Reinicialização. 68

82 Capítulo 4 FireWire A configuração do barramento acontece de forma automática quando é ligado ao mesmo um novo dispositivo. Imaginado uma árvore ou uma estrutura ramificada, é possível dizer que a configuração é efectuada a partir dos nós folha (nós com apenas um outro dispositivo ligado) subindo na estrutura da árvore até ao nó raiz. Um barramento que tenha três ou mais dispositivos conectados vai ter, normalmente, um Nó Raiz proveniente de uma ramificação. O barramento 1394 pode ser interpretado como um elevado espaço de memória mapeada em que cada nó possui um determinado intervalo de endereçamento. O espaço de memória é baseado no protocolo IEEE 1212 CSR (Control and Status Register) Arquitecture com algumas extensões específicas destinadas ao standard Cada nó suporta até 48 bits de espaço de endereçamento (256 Terabits). Cada barramento pode suportar até 64 nós e a especificação do barramento de série 1394 suporta atá 1024 barramentos. Isto faz com que se chegue ao grande total de 64 endereços de memória, ou então em forma de 16 Exabits! de espaço de memória. Imagem Espaço de Endereçamento 69

83 Capítulo 4 FireWire Transferências de Dados O protocolo suporta transferências de dados tanto assíncronas como isócronas: Transferências Assíncronas Este tipo de transferências estão orientadas para a efectuação de comunicações direccionadas a um nó (dispositivo) específico do barramento. Este dispositivo não tem qualquer largura de banda específica garantida para efectuar comunicações, embora tenha grandes probabilidades de acesso ao barramento quando as transmissões assíncronas são permitidas. O tamanho máximo de um bloco de dados para um pacote transmitido assincronamente é determinado pela taxa de transferência suportada pelo dispositivo em questão, como é mostrado na tabela seguinte. Velocidade da Transferência Tamanho máximo de Dados 100 Mbps 512 Bytes 200 Mbps 1024 Bytes 400 Mbps 2048 Bytes Tabela Tabela Velocidade Trans. / Tamanho dos Dados 70

84 Capítulo 4 FireWire Transferências Isócronas Estas transferências são efectuadas sempre em modo broadcast na forma de um-para-um ou de um-para-n. Durante as transferências deste tipo não é realizada a correcção de erros nem tão pouco são efectuadas retransmissões. A atribuição de largura de banda é controlada por um nó do barramento que possui a função de gestor de recursos. Este nó pode acumular, ou não, as funções de nó raiz ou de gestor de barramento. A largura de banda máxima a que um dispositivo pode ter acesso é apenas limitada pelo número de outros dispositivos isócronos aos quais o gestor de recursos já atribuiu outras parcelas dessa mesma largura de banda. Transferências assíncronas são detectadas e respondidas. Isto permite que mecanismos de detecção de erros e de retransmissão possam ter lugar. De forma resumida, é possível dizer que quando é necessário efectuar transferências de dados tolerantes a erros em tempo crítico, como tramas de áudio e/ou vídeo, deve-se então enveredar por transferências de dados isócronas. Quando o tipo de dados a transferir não for tolerante a erros, como o caso de transferências de ficheiros em discos duros, as transferências assíncronas são preferíveis. 71

85 Capítulo 4 FireWire Protocolo A especificação 1394 define um protocolo com quatro camadas lógicas, embora nem todas sejam utilizadas na totalidade das transferências. Na imagens seguinte é possível verificar a interligação dessas mesmas camadas: Imagem Protocolo FireWire 72