Barramento USB. Trabalhos Práticos AM 2007/2008. Barramento USB. Objectivos

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Barramento USB. Trabalhos Práticos AM 2007/2008. Barramento USB. Objectivos"

Gilberto Araújo Cipriano
8 Há anos
Visualizações:

1 8 Objectivos - Identificar os diversos dispositivos USB, a sua topologia e compatibilidades. - Saber interpretar os descritores relacionados com o dispositivo/periférico USB - Entender o processo de enumeração, - Saber implementar um aplicação USB utilizado uma ponte USB-UART - 1 Introdução O barramento USB é usado para ligar dispositivos/periféricos a um computador. Mais recentemente a especificação USB On-The-Go, também é possível que dispositivos também sejam Host, e não apenas o computador. Assim, é possível por exemplo, utilizar memória USB (Pen Drive USB Flash) com outros equipamentos que não sejam computadores. Actualmente a revisão mais recente do barramento USB é a 2.0, que permite taxas de transferência no barramento de 480Mbps. O barramento USB é constituído por 4 fios, dois para alimentação (+5V DC e GND) e dois para transmissão de dados, que é efectuada de forma diferencial (+D e D). As duas linhas de alimentação permitem que o computador (Host) possa fornecer alimentação ao dispositivo até um consumo máximo de 500mA, evitando a utilização de alimentação externa. A topologia e compatibilidades entre dispositivos são mostradas nas figuras 1 e 2. Figura 1- Topologia do barramento USB. Trabalho Prático Nº 8 Página 1

O barramento USB é usado para ligar dispositivos/periféricos a um computador.

2 Figura 2- Compatibilidade entre os diversos tipos de dispositivos. A utilização de dispositivos ligados em barramento USB possibilita: Ligação a quente (hot-plugged) Facilidade de utilização (Dispositivos instalam-se automaticamente) Conector universal Alto desempenho: 480 Mbps Alimentados por cabo Gestão de consumo Detecção correcção de erros Dispositivos externos ao PC Possível ligar até 127 dispositivos no mesmo controlador Como é possível estarem vários dispositivos ligados no barramento, em que cada um possui um endereço único (a começar em 1 até 127), a largura de banda disponível tem de ser partilhada por todos eles. A comunicação no barramento é efectuada por pacotes de dados à semelhança do que acontece nas redes de computadores. A comunicação no barramento é sempre gerida pelo Host, mesmo quando o sentido dos dados é do dispositivo para o computador. O Host envia um pacote TOKEN com o endereço do dispositivo para o barramento, e caso o dispositivo que for endereçado tenha dados para enviar, envia-os a seguir ao TOKEN. A norma prevê quatro tipos diferentes de transacções, que reflectem as necessidades de comunicação entre o computador e os dispositivos, estes tipos estão resumidos na tabela 1. Trabalho Prático Nº 8 Página 2

desempenho: 480 Mbps Alimentados por cabo Gestão de consumo Detecção correcção de erros Dispositivos externos ao PC Possível ligar até 127 dispositivos no mesmo controlador Como é possível estarem

3 Tipo Atributos Tamanho máximo Exemplo Observações Interrupt Qualidade LS 8 bytes FS 64 bytes HS 1024 bytes Bulk Qualidade FS 64 bytes HS 512 bytes Isochronous Control Tempo Qualidade Tempo Qualidade FS 1023 bytes HS 1024 bytes LS 8 bytes FS/HS 64 bytes Rato Teclado Impressora Web Cam Todos os dispositvos Tabela 1- Características dos quatro tipos de transacção no barramento USB. Sem requisitos significativos de largura de banda nem de tempo. Necessário transferir grandes volumes de dados mas sem requisitos de periodicidade. Necessário transferir grandes volumes de dados com periodicidade. Utilizado durante a fase de enumeração dos dispositivos Quando se liga um dispositivo ao barramento este é detectado automaticamente e dá-se inicio o processo de enumeração, que termina com a colocação em funcionamento do dispositivo. Este colocar em funcionamento do dispositivo corresponde ao carregamento pelo sistema operativo do correspondente device-driver e do estabelecimento de caminhos virtuais (pipes) entre o PC e o dispositivo (endpoints). 2 Questões 2.1 Considerando uma comunicação entre o Host e o dispositivo pelo tipo Interrupt com um intervalo de amostragem (polling) de 10 ms, calcule a taxa máxima de transferência de dados (entre concentrador raiz e o dispositivo I/O) para dispositivos do tipo (considere apenas uma transacção): a. Low-Speed (USB1.0) b. Full-Speed (USB 1.1) c. High-Speed (USB 2.0) 2.2 Considerando os quatro modos de transacção no barramentos USB, qual o modo que permitirá uma maior taxa de transferência de dados? Justifique? 2.3 Descreva o significado do processo de enumeração de um dispositivo USB. Quais os estados possíveis para um dispositivo? 2.4 No desenvolvimento de aplicações com microcontroladores em que se pretende transmitir dados para um computador através da porta USB, com uma taxa de transferência relativamente baixa (não considerar pontes USB-UART), qual lhe parece ser a escolha mais adequada relativamente a: a. Tipo de transferência de dados em USB? b. Classe do dispositivo? Trabalho Prático Nº 8 Página 3

Sem requisitos significativos de largura de banda nem de tempo. Necessário transferir grandes volumes de dados mas sem requisitos de periodicidade.

4 3 Trabalho Utilizando o software de análise do barramento USB, USBlyzer ( pretende-se: 3.1 Identificar os controladores Host existentes no computador? 3.2 Ligue pelo menos dois dispositivos, um disco USB e um outro dispositivo por exemplo um rato. Faça a identificação do estado desses dois dispositivos relativamente a: Connection Status Current Configuration Speed Device Address Number Of Open Pipes 3.3 Para cada dispositivo leia os descritores de Dispositivo, Configuração, Interface e de Endpoint. Justifique para cada um dos dispositivos: Tipo de transferência de dados Classe do dispositvo Numero de Endpoints 4 Questão de Pesquisa 4.1 Pretende-se dotar o kit utilizado nas aulas práticas de uma porta USB. Para implementar essa facilidade foi usado um módulo MM232R, incorpora uma ponte USB-UART. A documentação relativa ao módulo pode ser obtida em a. Justifique a escolha deste módulo para a implementação de uma porta USB. Quais as vantagens inerentes a utilização deste modulo b. Faça o esquema eléctrico detalhado da ligação do módulo ao Kit. c. Explique como desenvolver uma aplicação cliente no PC para comunicar com o kit via USB. Implemente o menu que foi feito aquando do trabalho da porta série no hyperterminal, mas agora com ligação ao Kit via USB. Figura 3- Modulo FTDI MM232R. Trabalho Prático Nº 8 Página 4

Faça a identificação do estado desses dois dispositivos relativamente a: Connection Status Current Configuration Speed Device Address Number Of Open Pipes 3.

5 Device Descriptor MM232R USB MODULE 0 blength 1 12h 1 bdescriptortype 1 01h Device 2 bcdusb h USB Spec bdeviceclass 1 00h Class information in the Interface Descriptors 5 bdevicesubclass 1 00h 6 bdeviceprotocol 1 00h 7 bmaxpacketsize0 1 08h 8 bytes 8 idvendor h Future Technology Devices International, Ltd 10 idproduct h 12 bcddevice h imanufacturer 1 01h "FTDI" 15 iproduct 1 02h "MM232R USB MODULE" 16 iserialnumber 1 03h "FTCWBXEV" 17 bnumconfigurations 1 01h Configuration Descriptor 1 Bus Powered, 90 ma 0 blength 1 09h 1 bdescriptortype 1 02h Configuration 2 wtotallength h 4 bnuminterfaces 1 01h 5 bconfigurationvalue 1 01h 6 iconfiguration 1 00h 7 bmattributes 1 80h Bus Powered 4..0: Reserved : Remote Wakeup No 6: Self Powered.0... No, Bus Powered 7: Reserved (set to one) 1... (bus-powered for 1.0) 8 bmaxpower 1 2Dh 90 ma Interface Descriptor 0/0 Vendor-Specific, 2 Endpoints 0 blength 1 09h 1 bdescriptortype 1 04h Interface 2 binterfacenumber 1 00h 3 balternatesetting 1 00h 4 bnumendpoints 1 02h 5 binterfaceclass 1 FFh Vendor-Specific 6 binterfacesubclass 1 FFh 7 binterfaceprotocol 1 FFh 8 iinterface 1 02h "MM232R USB MODULE" Endpoint Descriptor 81 1 In, Bulk, 64 bytes 0 blength 1 07h 1 bdescriptortype 1 05h Endpoint 2 bendpointaddress 1 81h 1 In 3 bmattributes 1 02h Bulk 1..0: Transfer Type...10 Bulk 7..2: Reserved wmaxpacketsize h 64 bytes 6 binterval 1 00h Endpoint Descriptor 02 2 Out, Bulk, 64 bytes 0 blength 1 07h 1 bdescriptortype 1 05h Endpoint 2 bendpointaddress 1 02h 2 Out 3 bmattributes 1 02h Bulk 1..0: Transfer Type...10 Bulk 7..2: Reserved wmaxpacketsize h 64 bytes 6 binterval 1 00h Tabela 2- Descritores do módulo MM232R. Trabalho Prático Nº 8 Página 5

International, Ltd 10 idproduct 2 6001h 12 bcddevice 2 0600h 6.

Documentos relacionados

Processo de enumeração

USB Processo de enumeração USB - Universal Serial Bus USB não é um interface de comunicação genérico entre dispositivos O USB foi concebido para ligar dispositivos (periféricos) a Computadores Computador