Юсб хост что это
Что такое OTG?
Только что в комментариях написал целый трактат на тему «Что такое OTG».
Ну не пропадать же добру, пусть тут полежит, может кому и пригодится. 🙂
Есть симметричные и ассиметричные интерфейсы. Большинство интерфейсов — ассиметричные и USB тоже. Практически это означает что при соединении двух устройств по шине USB одно устройство выполняет роль ведущего (Host), а другое ведомого (Device).
Так вот вся компьютерная USB периферия, это ведомые устройства, что вообще-то логично — на то она и периферия что бы ведомой быть.
Но самое ужасное, что смартфоны/планшеты, это тоже ведомые устройства.
Когда вы берете USB шнур и подключаете свой гаджет к компьютеру (Host устройству) вы видите подключенный накопитель, камеру, медиа-устройство, порт обмена данными, составное устройство и т.п., в зависимости от настроек и возможностей гаджета.
В рамках этой концепции подключить по USB к телефону/планшету флешку, мышь, клавиатуру невозможно. Это все равно что подключить клавиатуру к флешке и попробовать что-то на флешку записать, вот прямо с клавиатуры. 🙂
Разумеется современные гаджеты «поумнее», да и по мощнее иных компьютеров не столь далекого прошлого. И собственный источник энергии для питания подключаемых устройств у них тоже есть. И не составляет проблемы реализовать в смартфоне/планшете USB Host порт.
Но тогда придется забыть о подключении к компьютеру. Два ведущих (Host) устройства соединенных USB кабелем взаимодействовать не смогут. Попробуйте соединить таким образом два ПК и убедитесь сами. 🙂
Как быть?
В начале гаджеты на ряду с USB Device оснащались дополнительным USB Host портом. Такие решения существуют до сих пор, в устройствах габариты которых не критичны, к примеру в медиаплеерах или «крупнокалиберных» планшетах или док-станциях к планшетам.
Позже спецификацию USB 2.0 дополнили расширением OTG (On-The-Go).
Суть этого замечательного расширения — оно ситуационно, автоматически изменяет режим работы USB порта в зависимости от того что к нему подключили. «Смотрит» USB порт — подключили его к компьютеру. «ОКей» — говорит USB, сегодня я Device (ведомое устройство), что прикажите мой господин? Потом воткнули в тот же USB порт, ну пусть ту-же флешку. «ОКей» — говорит USB, теперь я Host! (ведущее устройство) Слушай мою команду!
Что такое USB OTG и зачем это нужно?
Содержание
Содержание
Можно ли быстро перекинуть файлы с флэшки на телефон, выложить снимки с фотоаппарата в инстаграм за 10 минут, заставить гореть гирлянду только от смартфона? Благодаря технологии USB OTG ваш смартфон может больше, чем вы думаете.
Со времен первых коммуникаторов смартфоны все больше стремятся к копированию функционала ноутбуков и настольных ПК. Полноценно заменить компьютер мобильные девайсы не в состоянии, но некоторым пользователям функционала планшетов и смартфонов вполне хватает. При этом не все знают, что к мобильным устройствам, как и к компьютеру, можно подключить различную периферию и гаджеты, а не только кабель для зарядки.
Что такое USB OTG
Технология USB OTG появилась в 2006 году. Изначально она разрабатывалась для того, чтобы не только компьютеры, но и другие устройства могли обмениваться между собой информацией, используя порт USB. Об этом говорит и сама аббревиатура OTG — «On-the-Go», что дословно на русский язык переводится как «На ходу». Подразумевается, что можно использовать устройства, которые буквально помещаются в кармане.
Не удивительно, что в последнее время USB OTG ассоциируется именно со смартфонами и планшетами, так как это самые популярные товары, поддерживающие данную технологию. Хотя на самом деле те же USB-флешки, подключенные автомагнитолам или другим устройствам — та же самая технология USB OTG.
Как это работает
В качестве примера будет рассмотрен стандартный переходник USB OTG с уже постепенно устаревающим разъемом Micro-USB. На схеме выше у Micro-USB отображены пять контактов, и именно при взаимодействии 4-го и 5-го контактов мобильное устройство получает возможность распознать то, что к нему подключено. Тогда как на первый контакт подается питания, без которого работа USB OTG также невозможна.
Какие устройства поддерживают USB OTG
Почти все современные смартфоны и планшеты поддерживают USB OTG. Исключения бывают в основном среди бюджетных моделей с разъемом Micro-USB, хотя иногда встречаются и экземпляры с современным Type-C портом, к которому нельзя подключить ничего кроме кабеля (к примеру, смартфон Noa N1).
Также есть устройства, которые лишь частично поддерживают USB OTG. Например, у пользователя получится подключить USB-флеш-накопитель, мышку, клавиатуру или другой нетребовательный гаджет, а вот что-то сложное вроде компактного тепловизора — уже нет.
Хотя с тепловизором оказалось все не так просто даже при поддержке технологии OTG. В случае с моделью, у которой есть разъем Micro-USB, может получиться так, что камера гаджета будет повернута в сторону пользователя. В этом плане гораздо удобнее тепловизоры с новым разъемом Type-C, которые можно развернуть как угодно.
Обычно операционная система мобильных устройств позволяет подключать гаджеты через USB OTG без совершения дополнительных действий, кроме некоторых случаев, когда требуется установка дополнительного софта, как в примере с тепловизором. Однако у популярной Android OS есть множество измененных версий прошивок, и в китайских смартфонах, на которых установлены фирменные оболочки ColorOS, HiOS и Funtouch OS, перед каждым подключением нужно активировать функцию USB OTG, которая через какое-то время автоматически отключается. Возможно, разработчики так пытаются сделать свои оболочки безопаснее, чтобы не допустить случайного подключения. Или это просто продиктовано вопросом энергопотребления.
Как проверить поддержку USB OTG
Самый верный способ проверки — попробуйте подключить к устройству какой-нибудь гаджет — USB-флешку или что-то другое.
Также есть различные приложения, которые пытаются определить, поддерживается ли устройством «On-the-Go», но информация, отображаемая в таком софте, не всегда является достоверной.
Еще для проверки отлично подойдет любая модель USB-тестера. При подключении к мобильному устройству экран тестера сразу начнет работать, что и будет свидетельствовать о поддержке USB OTG.
Также через тестер можно узнать, сколько потребляет подключенная к смартфону или планшету техника. К примеру, USB-накопители потребляют небольшое количество тока, и, так как речь чаще всего идет о сотых долях ампера, то не каждый тестер отобразит такие показатели. Портативный жесткий диск напротив потребляет большой ток, который не любой смартфон может выдать.
Какой переходник нужен для работы USB OTG
В некоторых случаях переходник не нужен, так как есть гаджеты, подключаемые к мобильному устройству через его порт — это может быть устаревающий Micro-USB, современный Type-C или, в случае с техникой Apple, — Lightning.
Интересным примером служат флешки, у которых есть сразу несколько разъемов, и которым не нужны переходники для подключения.
Иногда переходник может встретиться в комплекте поставки к смартфону или планшету, но такое бывает редко. Впрочем, сейчас не проблема приобрести любой переходник на нужные разъемы.
В некоторых случаях нужен кабель для дополнительного питания. Не все девайсы способны отдавать большой ток более 0.5 ампер, и, хотя в большинстве случаев этого хватит, особо прожорливые гаджеты не смогут стабильно функционировать без дополнительного питания.
Например, такой кабель пригодится для подключения к смартфону портативного жесткого диска или чего-то аналогичного по потреблению. Кабель можно подключить к сети, компьютеру, или, например, к портативному аккумулятору.
Что еще можно подключить через USB OTG если устройство, к примеру, не поддерживает карты памяти, но информацию с них нужно перенести на смартфон, не используя при этом компьютер, то на помощь могут прийти OTG картридеры. Удобство некоторых моделей в том, что они работают не только с карточками формата microSD, но и с более крупными по размеру SD-картами.
Для пока немногочисленных смартфонов и планшетов, которые поддерживают функцию Display Port, предусмотрены специальные переходники для вывода видео и аудиосигнала на телевизор или монитор.
Различные модели USB-разветвителей помогут подключить к мобильному устройству сразу несколько гаджетов, особенно если разветвитель имеет внешнее питание.
Или, как уже раньше упоминалось, возможно подключение внешних жестких дисков, правда не все будет работать без дополнительного питания.
Список гаджетов этим не ограничивается — подключиться также можно к принтеру или камере, или вполне реально использовать проводную гарнитуру, требующую дополнительного питания для подсветки. Еще в продаже можно найти модемы, проводные геймпады, ИК-передатчики, USB-вентиляторы, всевозможные датчики, USB-гирлянды и даже USB-увлажнители воздуха или маленькие пылесосы.
Зарядка других устройств
Наличие в устройстве USB OTG дает еще один плюс в виде возможности заряжать другие девайсы и гаджеты. При этом заряжаться будет то устройство, в разъем которого вставляется обычный кабель, а отдает заряд девайс с подключенным переходником USB OTG. Заряжаться могут и аппараты без поддержки «On-the-Go», но вот заряжать что-то у них уже не получится.
Что такое и как работает функция OTG на устройствах Android
С каждым годом возможности смартфонов и планшетов Андроид превышают своих предшественников в несколько раз, предоставляя пользователям очень интересные и полезные функции. Теперь вы можете подключить к своему мобильному гаджету разные устройства, как к компьютеру. Такую возможность предоставляет технология OTG (One-The-Go).
Из статьи вы узнаете
Что это такое?
USB OTG — это переходник для вашего смартфона, который подключается к нему через Mini или Micro USB, а с другой стороны расположен USB-порт, в который можно вставлять не только флешки, но и другие типы гаджетов. Например, картридеры, внешние диски, игровые джойстики, клавиатуры и многие другие технические новинки, окружающие нас в повседневной жизни. Таким образом, функция OTG на Android значительно расширяет возможности смартфона, предоставляя пользователю больший спектр применения своего аппарата.
Также часто появляются вопросы о том, почему разработчики девайсов не встраивают отдельный USB-порт, чтобы не использовать сторонние переходники.
Какие устройства можно подключать через OTG?
Благодаря этой технологии к телефону могут подключаться практически любые типы устройств. Но это только в теории. На практике же мы видим иную картину. Здесь многое зависит от разработчиков оболочек для конкретной версии операционной системы Андроид, от аппаратов, которые вы подключаете, от совместимости.
Без проблем можно подключать USB-накопители до 32 Гб. Можно попробовать и больше, например, на 64 Гб, но они работают не везде.
Также есть возможность подключения отдельных внешних накопителей, но здесь стоит учесть тот факт, что многим моделям попросту не хватит мощности питания от вашего телефона. Если есть возможность подключить питание через обычную розетку в дополнительном входе, то тогда проблем с передачей и корректным чтением списка файлов не возникнет.
Можно подключать компьютерную мышь, клавиатуру. Это очень полезно в тех случаях, когда пользователю необходимо что-то напечатать, а стандартная виртуальная клавиатура его не устраивает.
Если вы заядлый геймер, то сможете при помощи OTG в телефоне подключить и геймпад. Только учтите, что не все игры из Google Play поддерживают такую технологию и подобные устройства. Здесь многое зависит от самого разработчика приложения.
Присутствует возможность передачи контактов и сообщений через данную технологию, если соединить два устройства через один кабель. Еще можно присоединить лампу, работающую от USB-порта.
Если же у вас плохая фронтальная камера на смартфоне, то просто подключите внешнюю!
Эта технология удобна для фотографов, которые могут через картридер или USB просмотреть фотографии на своем устройстве, например, планшете или смартфоне. Даже можно подключать адаптеры для интернета, чтобы подключаться через оптоволокно!
Но и это еще не все! Нужно срочно распечатать документы? Подключите принтер! Сюда же можно добавить еще и монитор или телевизор.
В итоге пользователь получает полноценное устройство, с помощью которого можно управлять другими девайсами. А если учесть, что мощность некоторых телефонных аппаратов превосходит часть бюджетных компьютеров старых поколений, то в будущем и вовсе можно ожидать полной реализации всей работы с ПК на мобильном устройстве.
Какие смартфоны поддерживают технологию?
Андроид, начиная с версии 2.3, автоматически поддерживает эту технологию. Но здесь важно учесть, что многое зависит от оболочки производителя, который предоставляет смартфон. Android — это разработка Google, предоставляемая всем компаниям, где уже каждая компания дорабатывает ее на свой лад и может, как добавить что-то новое, так и удалить.
Некоторые производители убирают эту опцию лишь затем, чтобы сэкономить заряд батареи, повысив в целом его эффективность. Но на такие шаги идут только ради бюджетных моделей. Средний и высокий классы смартфонов 100% обладают такой технологией и поддерживают большой ассортимент подключаемых устройств.
Как проверить, поддерживает ли мой смартфон эту функцию?
Узнать, есть ли у меня поддержка OTG, можно разными способами.
USB-host что это такое и для чего он нужен на телефоне планшете, компьютере.
USB-host что это такое? На этой странице вы найдете информацию, что такое USB хост на телефоне, планшете, компьютере и для чего он нужен. Попробуем объяснить простыми словами, чтоб было понятно каждому, кто ищет об этом информацию в интернете. USB-хост одна из полезных функций на телефоне, планшете или другом устройстве.
Телефоны с поддержкой USB-хост позволяет подключать к смартфону флеш накопители, клавиатуру, мыши, внешние жесткие диски и другие USB устройства. То есть вы можете подключить к телефону или планшету клавиатуру и мышь как на компьютере и более комфортно пользоваться своим гаджетом. На сегодняшний день данной функцией оснащены большинство смартфонов и планшетов и лишь некоторые более доступные по цене телефоны не поддерживают эту технологию. В ближайшем будущем USB-хост на Андроид смартфоне или на телефонах с другой операционной системой станет обычной функцией и будет на всех устройствах, но в любом случае если вы хотите купить смартфон или планшет с поддержкой USB-host то лучше уточнить у продавца или посмотреть в характеристиках устройства. Из явных плюсов телефонов с USB-host конечно можно выделить возможность подключения флеш накопителей и внешних жестких дисков. Я не думаю, что много пользователей подключают клавиатуру и мышь к телефону с Android или с другим ОС, а вот флешки и жесткие диски это удобно и реально этой возможностью пользуются много владельцев Андроид смартфонов и планшетов.
Отзывы USB-host.
Добавить отзыв или поделиться полезной информацией по теме страницы.
ОБНОВИТЬ СТРАНИЦУ С ОТЗЫВАМИ
Автор:Леонид Васильевич Борзенков
03-02-2021
18 час. 24 мин.
Сообщение:
Спасибо. Полезная информация.
Автор:Иван
25-12-2020
18 час. 59 мин.
Сообщение:
А как проверить есть ли на телефоне юсб хост?
Оставляя отзывы, Вы помогаете
другим сделать правильный выбор.
ВАШЕ МНЕНИЕ ИМЕЕТ ЗНАЧЕНИЕ.
Архитектура ЭВМ
Компоненты ПК
Интерфейсы
Мини блог
Самое читаемое
Организация праздника на катере. Корпоративные праздники http://www.oldclub.ru.
Хост USB
Общая информация о хосте USB
Хост является главным действующим лицом в организации конфигурирования и выполнения транзакций USB. У каждой шины USB должен быть один (и только один!) хост — компьютер с контроллером USB. Однако понятие компьютер отнюдь не означает лишь привычные варианты настольных, напольных, портативных компьютеров. Компьютер — это сочетание процессора, памяти и периферийных устройств; в таком понимании в большинстве современных устройств присутствуют встроенные компьютеры. Если «интеллекта» этого компьютера и его возможностей диалога с пользователем оказывается достаточно, то он может взять на себя роль хоста USB. Такой вариант хоста рассматривается в последнем параграфе данной главы.
«Классический» хост USB делится на три основных уровня:
В совокупности уровни хоста предоставляют следующие возможности:
Программная часть хоста в полном объеме реализуется операционной системой. До загрузки ОС может функционировать лишь усеченная часть ПО USB, поддерживающая только устройства, требующиеся для загрузки. Так, в BIOS современных системных плат имеется поддержка клавиатуры USB, реализующая функции сервиса Int 9h. После загрузки системы USB эта «дозагрузочная» поддержка игнорируется — система начинает работу с контроллером «с чистого листа», то есть со сброса и определения всех подключенных устройств. В спецификации PC’2001 выдвигается ряд требований к BIOS, в частности требование поддержки загрузки ОС с устройств USB.
Хост-контроллер
Хост-контроллер является аппаратным посредником между устройствами USB и хостом. В настоящее время имеется три спецификации хост-контроллеров, каждой из которых соответствует свой комплект драйверов хост-части:
Все эти варианты контроллеров выполняют одни и те же задачи: организуют физические транзакции с устройствами по шине USB в соответствии с описаниями (дескрипторами) этих транзакций, помещенными в системное ОЗУ драйвером хост-контроллера. При этом транзакции разных типов обрабатываются по-разному. В плане обработки ошибок проще всего устроены изохронные транзакции, где ошибки не требуют повторов. Транзакции передач с гарантированной доставкой в случае ошибок требуют повторов до победного конца или признания неудачи (исчерпания допустимого числа повторов). С точки зрения планирования следует выделить периодические транзакции, которые должны выполняться строго по графику, остальные — как получится, и их ставят в очереди. Из-за особенностей планирования и возможных повторов порядок завершения обработки дескрипторов транзакций (успешных или нет) будет отличаться от порядка их помещения в память1, что прибавляет забот хост-контроллеру и его драйверу. Три варианта хостконтроллеров решают эти задачи по-разному и используют разные стратегии планирования транзакций, что иллюстрирует таблицы ниже.
План распределения времени в кa)адре: a — UHC; б — OHC; в — EHC (в микрокадре)
| SOF | Изохронные транзакции | Транзакции прерываний | Транзакции управления | Транзакции передач массивов | Свободное время |
| SOF | Непереодические транзакции (Т1) | Переодические транзакции | Непереодические транзакци |
| SOF | Непереодические транзакци | Переодические транзакции |
«Универсальный» хост-контроллер — UHC
Хост-контроллер UHC от Intel появился в микросхеме PIIX3 (мост PCI-ISA) чипсетов системных плат для процессоров Pentium и используется во многих последующих изделиях Intel. Это FS/LS хост-контроллер, который большую часть забот по планированию транзакций перекладывает на ПО, — драйвер контроллера UHC (UHCD). Интерфейс контроллера UHC описан в документе Universal Host Controller Interface (UHCI) Design Guide, версия 1.1 вышла в 1996 году.
Драйвер UHC формирует для хост-контроллера дескрипторы, называемые в UHCI «дескрипторами передач» (TD — Transfer Descriptor), на самом деле описывающие каждую шинную транзакцию. Напомним, что в терминах спецификации USB одна передача (transfer) может состоять из нескольких транзакций, а в управляющих передачах используется еще и свой тип транзакции для каждой фазы. Для транзакций передач с гарантированной доставкой дескрипторы TD приходится организовывать в очереди. Очереди нужны для таких передач, поскольку заранее не известно, сколько раз придется пытаться их исполнить. Продвижение очереди возможно только по успешному выполнению транзакции, находящейся в голове очереди, — это правило обеспечивает гарантированный порядок (в пределах своей очереди) доставки пакетов. Каждая очередь имеет свой заголовок (QH). Изохронные передачи исполняются всегда однократно (здесь нет гарантированной доставки), что упрощает их планирование. Драйвер размещает дескрипторы TD и QH в памяти и связывает их между собой в соответствии с планом выполнения транзакций в каждом кадре. Драйверу UHC приходится составлять детальное «расписание» для каждого будущего кадра, для чего используется список Frame List на 1024 кадра. Хост-контроллер обходит списки дескрипторов, начиная с точки, на которую указывает Frame List для текущего кадра, и выполняет соответствующие транзакции. Результат исполнения транзакции помечается в ее дескрипторе, отработанная транзакция помечается как «неактивная», и контроллер, встретив ее при очередном обходе, просто переходит к следующей. Драйвер должен периодически просматривать дескрипторы, извлекая уже отработанные и передавая результаты выполнения клиентскому драйверу. Логика работы контроллера подразумевает, что одному запросу ввода/вывода (IRP) от клиентского драйвера может соответствовать несколько «передач» — элементов очереди. Драйвер UHC разбивает запрос на транзакции и помещает дескрипторы этих транзакций в соответствующую очередь, а очередь включает в ближайшие планы. Драйвер отвечает за балансировку загрузки шины в каждом кадре, в частности, за гарантию предоставления не менее 10% полосы для транзакций управляющих передач. Планированием кадров также обеспечивается требуемая частота обращений к точкам периодических передач.
Контроллер UHC является активным устройством PCI (Bus-Master). Основное взаимодействие драйвера с хост-контроллером происходит с помощью дескрипторов, расположенных в памяти. Контроллер имеет регистры (в пространстве ввода/вывода), с помощью которых можно управлять его поведением: выполнять сброс, глобальную приостановку и пробуждение, подстраивать частоту кадров, управлять запросами прерываний, управлять портами встроенного корневого хаба. Контроллер позволяет работать в отладочном режиме, останавливаясь после выполнения каждой транзакции.
В процессе отработки плана контроллер считывает из памяти дескрипторы и данные, необходимые для начала транзакции. Как только в FIFO-буфер контроллера из памяти поступает информация, достаточная для начала транзакции, контроллер начинает транзакцию на шине USB. В процессе ее исполнения производится передача данных, после завершения контроллер модифицирует дескрипторы в памяти в соответствии с условиями завершения транзакции. В процессе отработки транзакции могут возникать ошибки переполнения или переопустошения FIFO-буфера, связанные с перегрузкой контроллера системной памяти или шины PCI. Эти серьезные ошибки инициируют аппаратные прерывания. В состав хостконтроллера входит и корневой хаб на 2 или более порта.
Прерывания от UHC могут инициироваться различными событиями, такими как выполнение транзакций (избранных), обнаружение приема короткого пакета, прием сигнала возобновления, или в результате ошибки. Прерываний по подключению-отключению устройств контроллер не вырабатывает.
В контроллере UHC имеется специальная поддержка традиционного интерфейса клавиатуры и мыши через контроллер 8042 — перехват обращений к портам 60h и 64h пространства ввода/вывода. При разрешенной эмуляции по обращениям ПО к этим портам UHC вызывает системное прерывание SMI (System Management Interrupt), обрабатывающееся в ПК на процессорах x86 в режиме SMM (System Management Mode), невидимо для обычных программ. Обработчик SMI, перехватывающий эти обращения, формирует последовательности действий, необходимые для их исполнения с помощью клавиатуры и (или) мыши USB. Единственное исключение делается при перехвате команд, управляющих вентилем GateA20, — вместо генерации SMI манипуляции этим вентилем выполняются аппаратно (как это давно делается и в 8042). Эта аппаратная поддержка включается установкой соответствующих параметров CMOS Setup.
Большое неудобство работы с UHC возникает из-за необходимости программного просмотра всех дескрипторов передач на предмет выявления завершенных. Дескрипторы завершенных передач необходимо программно извлекать из цепочек, сохраняя связанность элементов. Планирование транзакций (составление списков дескрипторов и заголовков) — тоже достаточно трудоемкая задача для драйвера. Очевидно, преследовалась цель упрощения аппаратных средств хост-контроллера. Однако это может обернуться зависимостью эффективной производительности шины USB от мощности и загрузки центрального процессора. Такой подход к организации ввода/вывода трудно назвать эффективным.
Структуры данных и регистры контроллера UHC
Драйвер в системной памяти создает список кадров Frame List, состоящий из 1024 элементов. Каждый элемент этого списка содержит 32-битный указатель на связанный список структур данных, по которым контроллер выполняет транзакции в данном кадре. Хост-контроллер имеет регистр базового адреса списка кадров, указывающий на начало списка. Текущий номер отрабатываемого элемента определяется десятью младшими битами счетчика кадров, находящегося в контроллере и инкрементируемого каждую миллисекунду. Период счета кадров можно немного варьировать, изменяя константу, занесенную в регистр модификации длительности кадра (SOF Modify Register), что обеспечивает возможность подстройки частоты кадров для синхронизации изохронных обменов.
Элемент списка кадров может указывать либо на дескриптор изохронной передачи TD (Transfer Descriptor), либо (если в данном кадре изохронный обмен не планируется) на заголовок очереди QH (Queue Head). Если в данном кадре вообще не планируются передачи, то в элементе устанавливается признак-«заглушка» T (Terminate, конец связанного списка, в данном случае — пустого). Еще раз напомним, что здесь слово «передача» (Transfer, согласно спецификации UHCI) употребляется в узком смысле — она соответствует одной транзакции (передаче не более одного пакета данных). Элемент (32-битное слово) имеет формат, приведенный на рисунке ниже. Поле FLLP (Frame List Link Pointer) — указатель на элемент; бит T — признак последнего элемента (при T = 1 указатель FLLP недействителен). Бит Q задает класс связанного элемента, на который указывает FLLP (0 — TD, 1 — QH).
Для каждого кадра из списка устанавливается своя цепочка дескрипторов изохронных передач (возможно и пустая), последний из этой цепочки должен ссылаться на цепочку заголовков очередей. Цепочки заголовков QH могут быть общими для группы кадров или даже для всех кадров списка. Общая идея построения очередей состоит в том, чтобы создавать свою очередь для каждого установленного канала (для всех сконфигурированных точек, кроме изохронных). «Дежурный» метод обслуживания — по горизонтали, тогда после выполнения транзакции с одной точкой контроллер перейдет к другой точке (другой очереди). Связывание TD и QH через указатели позволяет формировать произвольные конфигурации переходов от одной очереди к другой и даже делать петли — в последнем случае возможно, что с одной точкой в кадре успеют пройти несколько транзакций. Однако это нетипичный способ планирования. Если очередей много (установлено много каналов), то они распределяются по кадрам (из 1024-элементного списка) так, чтобы цепочка каждого кадра обязательно прошла по горизонтали до конца. Это можно спланировать, поскольку максимальное время для отработки одного элемента каждой очереди (как и изохронных транзакций) заранее известно (оно определяется типом передачи, максимальным размером пакета и скоростью устройства, что известно системе USB). При необходимости «горизонтальную справедливость» можно нарушить, задав вертикальный порядок обслуживания, — контроллер, успешно обработав из очереди передачу с признаком V = 1, перейдет к следующему дескриптору из этой же очереди, а не к следующей очереди.
Дескрипторы передач и заголовки очередей размещаются драйвером в ОЗУ по адресам, выровненным по границе параграфа, поскольку в качестве указателей используются лишь старшие 28 бит (биты [3:0] используются для служебных признаков).
Дескриптор передачи (TD) состоит из 32 байтов, из которых хост-контроллер использует только первые четыре 32-битных слова DW0–DW3. Слова DW4–DW7 зарезервированы для использования драйвером UHC (для организации «сборки мусора» — повторного использования отработанных областей). Формат дескриптора передачи приведен на рисунке ниже. Серым цветом выделены поля, модифицируемые хост-контроллером.
В слове DW0 поле Link Pointer аналогично полю FLLP, а биты T и Q аналогичны одноименным битам элемента списка кадров. Бит V — метод обслуживания TD (1 — в глубину, 0 — в ширину).
Слово DW1 используется для управления и определения состояния выполнения передачи, модифицируется хост-контроллером. Поле ActLen — действительная длина переданных данных; поле Status — состояние выполнения передачи:
длина переданных данных; поле Status — состояние выполнения передачи:
Биты [24:31] используются для управления передачей. Бит IOC заказывает прерывание по исполнению (прерывание генерируется в конце кадра, даже если транзакция уже неактивна, выборка ее дескриптора вызовет прерывание). Бит ISO — признак изохронной передачи (указание не делать повторных попыток). Бит LS — признак LS-устройства, использовать преамбулу перед передачей. Поле C_ERR — счетчик повторных попыток, декрементируемый по каждой ошибке. Переход в 1 или 0 вызывает перевод дескриптора в неактивное состояние. Если драйвер устанавливает нулевое значение, то число повторов неограниченно. Бит SPD — детектор короткого пакета: если в транзакции IN, стоящей в очереди, успешно принято меньше данных, чем ожидалось, то в конце кадра вырабатывается условие прерывания.
В слове DW2 содержится информация для выполнения транзакции: Packet ID — тип используемого маркера IN (69h), OUT (E1h) или SETUP (2Dh); Device Address— адрес устройства USB; EndPt — номер и направление конечной точки. Бит D (Data Toggle) — состояние переключателя для передаваемого или посылаемого пакета. Поле MaxLength — длина передаваемых данных (максимальная длина принимаемых), 000 — 1 байт, 001 — 2, 3FF — 1024; 7FFh — 0 (пустой пакет). Допустимые значения до 4FFh — 1280 байт, теоретический предел емкости кадра. Значения 500–7FEh недопустимы, вызывают фатальную ошибку контроллера.
В слове DW3 содержится Buffer Pointer — указатель на буфер в ОЗУ, используемый для данных этой передачи.
Заголовок очереди (QH) связывает очереди друг с другом (по горизонтали) и ссылается на первый элемент (TD) данной очереди. Хост-контроллер использует два 32-битных слова (см. следующий рисунок). В поле QHLP (Queue Head Link Pointer) содержится указатель на следующий заголовок очереди (горизонтальная связка). В поле QELP (Queue Element Link Pointer) содержится указатель на элемент очереди (вертикальная связка). Признаки последнего элемента (T) и класс связанного элемента (Q) аналогичны одноименным признакам и классам в вышеприведенных структурах.
Дескриптор заголовка очереди создается драйвером; хост-контроллер модифицирует в памяти указатель QELP: успешно отработав транзакцию, контроллер берет из DW0 ее дескриптора указатель на следующий элемент и помещает его на место QELP в заголовке очереди. Таким образом, успешно отработанный TD удаляется из очереди. Когда удаляется последний TD, в QELP устанавливается признак пустой очереди (T). В случае неисправимой ошибки при отработке какого-то дескриптора в QELP также устанавливается «заглушка» T — поток с гарантированной доставкой не позволяет пропустить какую-либо транзакцию. Поле QELP может ссылаться как на TD (тривиальный вариант планирования), так и на QH — очередь сама может содержать очереди.
Регистровая модель UHC поясняется в таблице ниже, где представлены регистры, отображенные на пространство ввода/вывода. Кроме того, как всякое устройство PCI, контроллер UHC имеет регистры в конфигурационном пространстве, в которых, в частности, задаются коды класса (0Ch — контроллер последовательной шины), подкласса (03 — USB) и программного интерфейса (00) в классификации PCI SIG.
Таблица. Регистры контроллера UHC
USBCMD — регистр команд USB
Биты 15:8 — резерв
Бит 7: MAXP (Max Packet) — допустимый размер пакета (для FS), с которым
возможна транзакция при подходе к концу кадра: 1 = 64 байт, 0 = 32 байта
Бит 6: CF (Configure Flag) — флаг, которым драйвер отмечает окончание процесса
конфигурирования контроллера (программный семафор для ПО)
Бит 5: SWDBG (Software Debug) — управление отладкой: 1=режим отладки (останов
после каждой транзакции), 0 — нормальный
Бит 4: FGR (Force Global Resume) — подача сигнала глобального
пробуждения.Устанавливается программно, сбрасывается аппаратно по окончании
пробуждения
Бит 3: EGSM (Enter Global Suspend Mode) — перевод в режим глобальной
приостановки
Бит 2: GRESET (Global Reset) — общий сброс контроллера и шины USB
Бит 1: HCRESET (Host Controller Reset) — сброс хост-контроллера
Бит 0 RS (Run/Stop) управление работой контроллера: 1=Run — выполнение
транзакций по плану, 0=Stop — останов
USBSTS — регистр состояния USB
Биты [15:6] — резерв
Бит 5: HCHalted — контроллер остановлен, программно или аппаратно (по ошибке
или при отладке)
Бит 4: Host Controller Process Error — фатальная ошибка исполнения (может
возникать и из-за некорректного задания PID в дескрипторе транзакций), вызывает
прерывание
Бит 3: Host System Error — системная ошибка (неполадки в интерфейсе PCI),
вызывает прерывание
Бит 2: Resume Detect — получение сигнала возобновления (при глобальной
приостановке)
Бит 1: USB Error Interrupt — признак прерывания по ошибке выполнения
транзакции (переполнение или переопустошение FIFO буфера шины PCI)
Бит 0: USBINT (USB Interrupt) — прерывание по выполнению транзакции
с установленным битом IOC или приему короткого пакета (при включенном
обнаружении короткого пакета)
USBINTR — регистр разрешения прерываний
Биты [15:4] — резерв
Бит 3: Short Packet Interrupt Enable — разрешение прерываний по приему
короткого пакета
Бит 2: IOC (Interrupt On Complete Enable) — разрешение прерываний по завершении
транзакции
Бит 1: Resume Interrupt Enable — разрешение прерываний по приему сигнала
возобновления
Бит 0: Timeout/CRC Interrupt Enable — разрешение прерываний по ошибке
тайм-аута и CRC-контролю
SOFMOD — регистр управления частотой кадров
Биты [6:0] — управление длительностью кадра: 0 — 11936 бит, 1 — 11937 бит, …
63 — 11999 бит, 64 — 12000 бит (номинал), 65 — 12001 бит, 127 — 12063 бит
PORTSC1 — регистр управления и состояния порта 1
Биты [15:13] — резерв (0)
Бит 12: (R/W) Suspend — приостановка порта
Биты [11:10] — резерв (0)
Бит 9: (R/W) Port Reset — сброс порта
Бит 8: (RO) Low Speed Device Attached — признак подключения LS-устройства
Бит 7 — резерв (1)
Бит 6: (RW) Resume Detect — обнаружение сигнала возобновления. Запись «1»
вызывает генерацию сигнала возобновления на порте, последующая запись
«0» — завершение сигнала возобновления и посылка LS-EOP Биты [5:4]: (RO) —
текущее состояние линий D- и D+
Бит 3: (R/WC) Port Enable/Disable Change — признак автоматического запрета
порта по ошибке, сбрасывается записью «1»
Бит 2: (R/W) Port Enabled/Disabled — разрешение работы порта
Бит 1: (R/WC) Connect Status Change — признак события подключения/
отключения устройства
Бит 0: (RO) Current Connect Status — признак подключенного устройства
«Открытый» хост-контроллер — OHC
Спецификация интерфейса «открытого» хост-контроллера OpenHCI (OHCI) разработана компаниями Compaq, Microsoft и National Semiconductor и описана в документе «Open Host Controller Interface Specification for USB». Версия 1.0a этого документа опубликована в 1999 году. Контроллер OHC, как и UHC, предназначен для поддержки скоростей FS/LS. Однако аппаратные средства OHC берут на себя большую часть забот планирования, разгружая ЦП от рутины постоянной обработки дескрипторов. Контроллер OHC оперирует дескрипторами конечных точек и дескрипторами передач.
Дескрипторы конечных точек ED (Endpoint Descriptor) создаются для всех сконфигурированных конечных точек всех подключенных устройств. Эти дескрипторы размещаются в памяти и связываются между собой; конфигурация связей задает порядок их обслуживания хост-контроллером. Дескриптор конечной точки описывает ее полный адрес и направление, тип, допустимый размер пакета, скорость, состояние точки и дескриптора, указатели на очереди передач, связанных с данной точкой, указатель на дескриптор следующей точки. Для всех точек управления (Control) и всех точек передач массивов (Bulk) создаются отдельные цепочки ED, на начала этих цепочек указывают специальные регистры OHC. Дескрипторы точек периодических передач организуются в «поваленное» двоичное дерево (см. рисунок ниже), в «ветвях» которого размещаются дескрипторы точек прерываний, а в «стволе» — дескрипторы точек прерываний с минимальным интервалом обслуживания и все дескрипторы точек изохронных передач. У дерева имеются 32 конечных ветви, проход по дереву осуществляется от конечных ветвей к стволу. В каждом из 32 смежных кадров вход осуществляется со своей ветви. Для этого в OHC имеется регистр базового адреса HCCA (Host Controller Communication Area, область коммуникаций хост-контроллера), указывающий на ветвь с номером 0, и счетчик кадров, 5 младших бит которого задают номер ветви входа для очередного кадра. Таким образом, через каждую ветвь пятого уровня (конечного) обработчик дескрипторов проходит 1 раз за 32 кадра (T = 32 мс), четвертого — 1 раз за 16 кадров (T = 16 мс), для третьего уровня — T = 8 мс, для второго — T = 4 мс, для первого — T = 2 мс, для нулевого (ствола) — T = 1 мс.
Дескрипторы передач TD (Transfer Descriptor), в отличие от TD UHC, для OHC действительно описывают передачи USB. Каждая передача может разбиваться на несколько транзакций, и это разбиение выполняет хост-контроллер исходя из размера пакета, установленного в дескрипторе конечной точки. Буфер данных для передачи может располагаться в одной или двух физических страницах памяти, возможно, разрозненных. В виртуальном пространстве логических адресов буфер должен быть непрерывной областью. Размер передачи может достигать 8 Кбайт, но если буфер начинается не с начала страницы, то допустимый размер передачи сократится (в худшем случае до 4097 байт). Дескрипторы передач собираются в очереди, которые прикрепляются к дескрипторам конечных точек.
Хост-контроллер OHC имеет таймеры, с помощью которых он осуществляет планирование транзакций в кадре. После SOF контроллер начинает обход цепочки ED для управляющих передач и выполняет столько из них, сколько успеет за время T1. Далее он начинает обход дерева периодических передач, от n-й конечной ветви до ствола, пока не пройдет по всем встретившимся ED. Если у него еще остается время в кадре, он снова берется за непериодические передачи (Bulk и Control). Отработанные (успешно или снятые по превышению порога ошибок) дескрипторы контроллер собирает в специальную очередь обработанных дескрипторов Done Queue, откуда их без труда извлекает драйвер. Контроллер может вырабатывать прерывания по завершению обработки TD, причем с заданной (для каждого TD) задержкой (или не вырабатывать запрос). Контроллер OHC имеет регистр для подстройки частоты кадров. В контроллер входит и корневой хаб на 2 или более порта.
Контроллер OHC, как и UHC, обычно является активным устройством PCI (Bus Master), но по сравнению с UHC наделен большим интеллектом. В контроллере предусмотрена поддержка контроллера клавиатуры и мыши (KBC) с помощью прерываний SMI, но, в отличие от UHC, в OHC имеются и специальные регистры, упрощающие задачу эмуляции.