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호스트는 USB 인터페이스에서 어떤 기능을 수행합니까? USB Type-C란 무엇입니까? 역사, 장점 및 단점. 어려운 케이블 선택

USB(범용 직렬 버스) 전화 통신 및 소비자 가전 장치와의 통합에 중점을 둔 PC 아키텍처 확장을 위한 업계 표준입니다.

타이어의 장점:

  • USB 장치는 켜져 있는 동안에도 언제든지 컴퓨터에 연결할 수 있습니다.
  • 컴퓨터가 연결된 USB 장치를 감지하면 자동으로 해당 장치에 쿼리하여 해당 장치의 기능과 요구 사항을 찾습니다.
  • 드라이버를 로드하고 장치 연결이 끊어지면 드라이버가 자동으로 언로드됩니다.
  • USB 장치는 점퍼, DIP 스위치를 사용하지 않으며 중단, DMA 또는 메모리 충돌을 일으키지 않습니다.
  • USB 확장 허브를 사용하면 다수의 장치를 하나의 버스(최대 127개 장치)에 연결할 수 있습니다.
  • 저렴한 USB 장치.

USB의 출현으로 USB 플래시 드라이브(USB 드라이브) 생성이 가능해졌습니다.

USB 인터페이스 생성 및 개발의 역사

USB 컴퓨터 인터페이스의 첫 번째 버전은 1996년 1월 15일에 출시되었습니다. 이 프로젝트의 시작자는 Intel, DEC, IBM, Northen Telecom, Compaq 등 7개의 대형 제조 회사의 연합이었습니다.

정보 전송에 대한 새로운 표준이 등장한 이유는 PC와 주변 장치의 연결을 단순화하려는 욕구 때문이었습니다. 표준의 주요 목표는 사용자가 최대한의 단순성과 다양성을 갖고 플러그 앤 플레이 원리 또는 핫 연결을 사용할 수 있는 인터페이스를 사용할 수 있는 기회를 만드는 것이었습니다.

이를 통해 작동 중에 다양한 입출력 장치를 PC에 연결할 수 있으며, 연결된 장치의 유형과 모델을 즉시 자동으로 인식할 수 있습니다. 또한 내부 시스템 버스 인터럽트 자원 부족 문제를 해결하는 것이 목표로 설정되었습니다.

이 모든 문제는 1996년 말에 성공적으로 해결되었으며, 1997년 봄에는 USB 커넥터가 장착된 최초의 PC가 등장하기 시작했습니다. USB 장치에 대한 완전한 지원은 1998년 말 Windows98 운영 체제에서 구현되었으며 이 단계부터 이 인터페이스를 갖춘 주변 장비의 특히 빠른 개발 및 생산이 시작되었습니다.

USB의 진정한 대규모 채택은 1997~1998년경 ATX 폼 팩터 케이스와 마더보드의 광범위한 채택으로 시작되었습니다. Apple은 1998년 5월 6일에 USB를 지원하는 첫 번째 iMac을 출시하면서 이러한 발전을 활용할 기회를 놓치지 않았습니다.

이 표준은 Apple Computer에서 개발하고 FireWare 또는 IEE1394라고 하는 유사한 직렬 데이터 전송 인터페이스가 이미 존재하던 시기에 탄생했습니다. USB 인터페이스는 IEE1394의 대안으로 만들어졌으며 이를 대체하려는 것이 아니라 기존 연결 유형과 병행하여 존재하도록 고안되었습니다.

USB의 첫 번째 버전에는 일부 호환성 문제가 있었고 여러 구현 버그가 포함되어 있었습니다. 그 결과, 1998년 11월 USB 1.1 규격이 발표되었습니다.

USB 2.0 사양은 2000년 4월에 도입되었습니다. 하지만 표준으로 채택되기까지 1년 이상이 지났습니다. 그 후 범용 직렬 버스의 두 번째 버전이 대량 도입되기 시작했습니다. 가장 큰 장점은 데이터 전송 속도가 40배 증가했다는 것입니다. 그러나 이것 외에도 다른 혁신이있었습니다. 이것이 새로운 유형의 Mini-B 및 Micro-USB 커넥터가 등장한 방법이며 USB On-The-Go 기술에 대한 지원이 추가되어(USB 호스트의 참여 없이 USB 장치가 서로 데이터를 교환할 수 있음) 가능해졌습니다. 연결된 장치를 충전하기 위해 USB를 통해 공급되는 전압을 사용합니다.

USB 버스 작동 방식

USB를 사용하면 호스트 컴퓨터와 다양한 주변 장치(PU) 간의 데이터 교환이 가능합니다. USB 사양에 따르면 장치는 허브, 기능 또는 둘의 조합일 수 있습니다. 허브는 장치를 버스에 연결하기 위한 추가 지점만 제공합니다. USB 기능 장치는 ISDN 연결, 디지털 조이스틱, 디지털 인터페이스가 있는 스피커 등과 같은 추가 기능을 시스템에 제공합니다. 여러 기능을 구현하는 복합 장치는 여러 장치가 연결된 허브로 표시됩니다.

전체 USB 시스템의 작동은 컴퓨터의 하드웨어 및 소프트웨어 하위 시스템인 호스트 컨트롤러에 의해 제어됩니다. 버스를 사용하면 호스트와 장치 자체가 실행되는 동안 장치를 연결, 구성, 사용 및 연결 해제할 수 있습니다.

USB 버스는 호스트 중심입니다. 교환을 제어하는 ​​유일한 마스터 장치는 호스트 컴퓨터이고 호스트 컴퓨터에 연결된 모든 주변 장치는 순전히 슬레이브 장치입니다. USB 버스의 물리적 토폴로지는 다중 계층 스타입니다. 그 상단에는 루트 허브와 결합된 호스트 컨트롤러가 있습니다. 허브는 분배기 장치이며, 허브에 연결된 장치의 전원이 될 수도 있습니다. 각 허브 포트는 주변 장치나 중간 허브를 직접 연결할 수 있습니다. 버스는 최대 5단계의 계단식 허브를 허용합니다(루트는 제외). 각 중간 허브에는 주변 장치(또는 기본 허브)를 연결하기 위한 여러 개의 다운스트림 포트와 루트 허브 또는 업스트림 허브의 다운스트림 포트에 연결하기 위한 하나의 업스트림 포트가 있습니다.

USB 호스트는 연결된 장치로부터 데이터를 수신하고 컴퓨터와의 상호 작용도 제공합니다. 모든 장치는 스타 토폴로지를 사용하여 연결됩니다. 활성 USB 커넥터 수를 늘리려면 USB 허브를 사용할 수 있습니다. 그러면 논리적 구조 "트리"와 유사한 것이 생성됩니다. 이러한 트리는 호스트 컨트롤러당 최대 127개의 "분기"를 가질 수 있으며 USB 허브의 중첩 수준은 5개를 초과할 수 없습니다. 또한 하나의 USB 호스트에는 여러 개의 호스트 컨트롤러가 있을 수 있으며 이에 따라 연결된 장치의 최대 수가 늘어납니다.

허브에는 두 가지 유형이 있습니다. 일부는 단순히 한 컴퓨터의 USB 커넥터 수를 늘리는 반면, 다른 일부는 여러 대의 컴퓨터를 연결할 수 있도록 해줍니다. 두 번째 옵션을 사용하면 여러 시스템에서 동일한 장치를 사용할 수 있습니다. 허브에 따라 전환은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있습니다.

USB를 통해 연결된 단일 물리적 장치는 특정 기능을 수행하는 "하위 장치"로 논리적으로 나눌 수 있습니다. 예를 들어 웹캠에는 마이크가 내장되어 있을 수 있습니다. 오디오 및 비디오 전송을 위한 두 개의 하위 장치가 있는 것으로 나타났습니다.

데이터 전송은 특수 논리 채널을 통해 발생합니다. 각 USB 장치에는 최대 32개의 채널(수신용 16개, 전송용 16개)을 할당할 수 있습니다. 각 채널은 일반적으로 "엔드포인트"라고 불리는 것에 연결됩니다. 엔드포인트는 데이터를 수신하거나 전송할 수 있지만 동시에 두 가지를 모두 수행할 수는 없습니다. 기능이 작동하는 데 필요한 끝점 그룹을 인터페이스라고 합니다. 예외는 장치 구성을 위한 "null" 끝점입니다.

새 장치가 USB 호스트에 연결되면 해당 장치에 식별자를 할당하는 프로세스가 시작됩니다. 먼저, 재설정하라는 신호가 장치로 전송됩니다. 동시에 데이터를 교환할 수 있는 속도가 결정됩니다. 그런 다음 장치에서 구성 정보를 읽고 고유한 7비트 주소가 장치에 할당됩니다. 장치가 호스트에서 지원되는 경우 해당 장치와 함께 작동하는 데 필요한 모든 드라이버가 로드된 후 프로세스가 완료됩니다. USB 호스트를 재부팅하면 항상 연결된 모든 장치에 식별자와 주소가 재할당됩니다.

프로그램이 메모리 셀, I/O 포트, 인터럽트 및 DMA 채널의 물리적 주소에 액세스하여 장치와 상호 작용하는 확장 버스(ISA/EISA, PCI, PC 카드)와 달리 USB 장치와의 애플리케이션 상호 작용은 소프트웨어를 통해서만 수행됩니다. 상호 작용. 장치 독립성을 제공하는 이 인터페이스는 USB 컨트롤러 시스템 소프트웨어에서 제공됩니다.

주변 장치를 USB 버스에 연결하려면 데이터 수신 및 전송에 사용되는 차동 연결의 2개 전선(연선)과 주변 장치에 전원을 공급하는 2개 전선이 포함된 4선 케이블이 사용됩니다. 내장된 전원 라인 덕분에 USB 버스를 사용하면 자체 전원 없이 주변 장치를 연결할 수 있습니다(USB 버스 전원 라인을 통해 장치가 소비하는 최대 전류는 500mA를 초과해서는 안 됩니다).

데이터 인코딩

버스에서 데이터를 전송하기 위해 두 개의 와이어를 통해 D+ 및 D- 신호를 전송하는 차동 방법이 사용됩니다. 모든 데이터는 비트 스터핑이 포함된 NRZI(NRZI - Non Return to Zero Invert, 반전 단위를 사용하여 0으로 돌아가는 방법)라는 방법을 사용하여 인코딩됩니다.

로직 레벨을 전압 레벨로 인코딩하는 대신 USB는 로직 0을 전압 변화로 정의하고 로직 1을 전압 변화 없음으로 정의합니다. 이 방법은 1과 0을 표현하기 위해 2개의 레벨 전위를 사용하는 일반적인 NRZ(Non Return to Zero) 전위 인코딩 방법을 수정한 것이지만, NRZI 방법에서는 현재 비트를 인코딩하는 데 사용되는 전위가 다음과 같은 전위에 따라 달라집니다. 이전 비트를 인코딩하는 데 사용되었습니다. 현재 비트의 값이 0이면 현재 전위는 해당 값에 관계없이 이전 비트 전위의 역수입니다. 현재 비트의 값이 1이면 현재 전위가 이전 전위를 반복합니다. 분명히 데이터에 0이 포함되어 있으면 수신기와 송신기가 동기화를 유지하는 것이 매우 쉽습니다. 신호 레벨은 지속적으로 변경됩니다. 그러나 데이터에 긴 시퀀스가 ​​포함되어 있으면 신호 레벨이 변경되고 비동기화가 가능합니다. 따라서 안정적인 데이터 전송을 위해서는 코드에서 너무 긴 시퀀스를 제외해야 합니다. 이 작업을 스터핑이라고 합니다. 6개 단위마다 0이 자동으로 추가됩니다.

6개의 연속 바이트가 있는 3개의 바이트만 가능합니다: 00111111, 01111110, 111111100.

스터핑을 사용하면 전송되는 비트 수를 최대 17%까지 늘릴 수 있지만 실제로는 이 값이 훨씬 적습니다. USB 버스에 연결된 장치의 경우 인코딩이 투명하게 발생합니다. USB 컨트롤러는 인코딩 및 디코딩을 자동으로 수행합니다.

버스 작동 모드

  • 느린 속도 표준 버전 1.1 및 2.0에서 지원됩니다. 최대 데이터 전송 속도는 1.5Mbit/s(187.5KB/s)입니다. HID 장치(키보드, 마우스, 조이스틱)에 가장 많이 사용됩니다.
  • 전속력 표준 버전 1.1 및 2.0에서 지원됩니다. 최대 데이터 전송 속도는 12Mbit/s(1.5MB/s)입니다. USB 2.0이 출시되기 전에는 가장 빠른 동작 모드였습니다.
  • 고속 표준 버전 2.0 및 3.0에서 지원됩니다. 최대 데이터 전송 속도는 480Mbit/s(60MB/s)입니다.
  • 초고속 표준 버전 3.0에서 지원됩니다. 최대 데이터 전송 속도는 4.8Gbit/s(600MB/s)입니다.

데이터 전송

데이터 전송 메커니즘은 비동기식이며 블록 기반입니다. 전송되는 데이터 블록을 USB 프레임 또는 USB 프레임이라고 하며 고정된 시간 간격에 걸쳐 전송됩니다. 작동 명령과 데이터 블록은 채널이라는 논리적 추상화를 사용하여 구현됩니다. 외부 장치도 엔드포인트라는 논리적 추상화로 구분됩니다. 따라서 채널은 호스트 컨트롤러와 외부 장치의 끝점 사이의 논리적 연결입니다. 채널은 열린 파일과 비교할 수 있습니다.

기본 채널은 명령(및 명령에 포함된 데이터)을 전송하는 데 사용되며 스트리밍 채널 또는 메시지 채널은 데이터 전송을 위해 열립니다.

채널을 통한 정보는 패킷 형태로 전송됩니다. 각 패킷은 SYNC(SYNChronization) 필드로 시작하고 그 뒤에 PID(Packet IDentifier)가 옵니다.

USB 시스템은 특정 상호 작용 규칙에 따라 세 개의 논리적 계층으로 나누어져야 합니다. USB 장치에는 인터페이스, 논리적 및 기능적 부분이 포함되어 있습니다. 호스트는 또한 인터페이스, 시스템 및 소프트웨어의 세 부분으로 나뉩니다. 각 부분은 특정 범위의 작업만 담당합니다.

응용 프로그램과 USB 버스 간의 데이터 교환 작업은 다음 계층을 통해 메모리 버퍼를 전달하여 수행됩니다. 호스트의 클라이언트 소프트웨어 수준:

  • 일반적으로 USB 장치 드라이버로 표시됩니다.
  • 한편으로는 운영 체제와 다른 한편으로는 시스템 드라이버와의 사용자 상호 작용을 보장합니다.

호스트의 USB 시스템 하드웨어 계층 (USBD, 범용 직렬 버스 드라이버):

  • 버스의 장치 번호 지정을 제어합니다.
  • 버스 대역폭 및 전원 공급 장치의 분배를 제어합니다.
  • 사용자 드라이버 요청을 처리합니다.

USB 버스 인터페이스 호스트 컨트롤러(HCD, 호스트 컨트롤러 드라이버):

  • I/O 요청을 호스트 컨트롤러가 물리적 트랜잭션을 수행하는 데이터 구조로 변환합니다.
  • 호스트 컨트롤러 레지스터와 함께 작동합니다.

클라이언트 소프트웨어 계층은 응용 프로그램이 요청한 작업을 수행하는 데 필요한 데이터 전송 유형을 결정합니다. 데이터 전송 유형을 결정한 후 이 계층은 다음을 시스템 계층에 전달합니다.

  • 클라이언트 버퍼라고 불리는 메모리 버퍼;
  • 필요한 작업 유형을 나타내는 IRP(입력/출력 요청 패킷).
  • IRP에는 요청에 대한 정보(RAM의 버퍼 주소 및 길이)만 포함됩니다. USB 시스템 드라이버가 요청을 직접 처리합니다.

USB 리소스를 관리하려면 USB 시스템 드라이버 계층이 필요합니다. 다음 작업을 수행하는 역할을 담당합니다.

  • USB 버스 대역폭 할당;
  • 각각의 물리적 USB 장치에 논리적 장치 주소를 할당하는 단계;
  • 거래 계획.

논리적으로 엔드포인트와 소프트웨어 간의 데이터 전송은 채널을 할당하고 이 채널을 통해 데이터를 교환함으로써 수행됩니다. 클라이언트 소프트웨어는 USBD 계층에 IPR 요청을 보냅니다. USBD 드라이버는 다음 규칙에 따라 요청을 트랜잭션으로 분할합니다.

  • 요청을 구성하는 모든 트랜잭션이 성공적으로 완료되면 요청 실행이 완료된 것으로 간주됩니다.
  • 처리 트랜잭션의 모든 세부 사항(예: 준비 대기, 오류 발생 시 트랜잭션 반복, 수신자를 사용할 수 없는 경우 등)이 클라이언트 소프트웨어에 전달되지 않습니다.
  • 소프트웨어는 요청을 시작하고 요청이 완료되거나 시간 초과될 때까지만 기다릴 수 있습니다.
  • 장치는 요청을 중단시키는 심각한 오류 신호를 보낼 수 있으며 요청 소스에 알립니다.

호스트 컨트롤러 드라이버는 시스템 버스 드라이버로부터 트랜잭션 목록을 수신하고 다음 작업을 수행합니다.

  • 수신된 트랜잭션의 실행을 예약하여 트랜잭션 목록에 추가합니다.
  • 목록에서 다음 트랜잭션을 검색하여 USB 버스 인터페이스의 호스트 컨트롤러 레벨로 전송합니다.
  • 완료될 때까지 각 트랜잭션의 상태를 추적합니다.

USB 버스 인터페이스 호스트 컨트롤러는 프레임을 생성합니다. 프레임은 NRZI 방법을 사용하여 직렬 비트 전송으로 전송됩니다.

따라서:

  • 각 프레임은 가장 높은 우선순위의 소포로 구성되며, 그 구성은 호스트 드라이버에 의해 형성됩니다.
  • 각 전송은 하나 이상의 거래로 구성됩니다.
  • 각 트랜잭션은 배치로 구성됩니다.
  • 각 패킷은 패킷 식별자, 데이터(있는 경우) 및 체크섬으로 구성됩니다.


데이터 전송 유형

버스 사양은 끝점에 대한 네 가지 전송 유형을 정의합니다.

제어 전송- 연결 중 장치를 구성하고, 장치를 제어하고, 작동 중 상태 정보를 얻기 위해 호스트에서 사용됩니다. 프로토콜은 그러한 소포의 배달을 보장합니다. 제어 메시지 데이터 필드의 길이는 최고 속도에서는 64바이트, 저속에서는 8바이트를 초과할 수 없습니다. 이러한 소포의 경우 호스트는 대역폭의 10% 할당을 보장합니다.

대량 데이터 전송- 호스트에서 기능으로 또는 기능에서 호스트로 데이터 전달을 보장해야 할 때 사용되지만 전달 시간은 제한되지 않습니다. 이 전송은 사용 가능한 모든 버스 대역폭을 차지합니다. 패킷에는 8, 16, 32 또는 64바이트의 데이터 필드가 있습니다. 이러한 기어는 타이어에 과부하가 걸릴 때 정지될 수 있는 우선순위가 가장 낮습니다. 최대 전송 속도에서만 허용됩니다. 이러한 소포는 예를 들어 프린터나 스캐너에서 사용됩니다.

인터럽트 전송- 단일의 작은 데이터 패킷을 전송해야 할 때 사용됩니다. 각 패킷은 제한된 시간 내에 전송되어야 합니다. 전송 작업은 자발적이며 장치에서 요구하는 것보다 느리게 서비스되어야 합니다. 데이터 필드는 최대 속도에서 최대 64바이트, 저속에서 최대 8바이트를 포함할 수 있습니다. 서비스 시간 제한은 최고 속도의 경우 1-255ms, 저속의 경우 10-255ms 범위로 설정됩니다. 이러한 전송은 마우스 및 키보드와 같은 입력 장치에 사용됩니다.

등시성 전송- 매 시간 간격마다 엄격하게 정의된 양의 데이터를 전송해야 하지만 정보 전달이 보장되지 않는 경우 "실시간"으로 데이터 교환에 사용됩니다(실패한 경우 데이터 전송이 반복 없이 수행됨, 패킷 손실이 허용됩니다). 이러한 전송은 버스 대역폭의 사전 협상된 부분을 차지하며 지정된 전달 지연을 갖습니다. 등시성 전송은 디지털 음성과 같은 오디오 및 비디오 데이터를 전송하기 위해 멀티미디어 장치에서 일반적으로 사용됩니다. 등시성 전송은 엔드포인트(데이터 소스 또는 수신자)가 시스템과 동기화되는 방식에 따라 구분됩니다. 비동기식, 동기식, 적응형 장치 클래스가 있으며 각각 고유한 유형의 USB 채널을 가지고 있습니다.

모든 데이터 전송 작업은 호스트가 데이터를 수신하는지, 주변 장치에 전달하는지에 관계없이 호스트에 의해서만 시작됩니다. 모든 미해결 작업은 전송 유형별로 4개의 목록 형식으로 저장됩니다. 목록은 새로운 요청으로 지속적으로 업데이트됩니다. 목록 형태로 정렬된 요청에 따른 정보 전송 작업의 스케줄링은 호스트에서 한 프레임 간격으로 수행됩니다. 요청은 다음 규칙에 따라 처리됩니다.

  • 등시성 전송의 우선순위가 가장 높습니다.
  • 모든 등시성 전송을 처리한 후 시스템은 인터럽트 전송 서비스를 진행합니다.
  • 데이터 배열 전송 요청은 마지막으로 처리됩니다.
  • 지정된 간격의 90%가 만료된 후 호스트는 다른 세 목록을 완전히 서비스했는지 여부에 관계없이 제어 명령 전송에 대한 요청 서비스를 자동으로 진행합니다.

이러한 규칙을 따르면 제어 전송에 항상 USB 버스 대역폭의 최소 10%가 할당됩니다. 스케줄링 간격의 할당된 부분이 만료되기 전에 모든 제어 패킷의 전송이 완료되면 호스트는 남은 시간을 데이터 전송에 사용합니다.

사양 버전

USB 버스 사양 개발은 USB 버스 장비 개발자와 제조업체를 통합하는 국제 비영리 조직인 USB Implementers Forum(USB-IF)의 프레임워크 내에서 수행됩니다.

1996년 중반부터 마더보드 칩셋에 USB 컨트롤러가 내장된 PC가 생산되었습니다.

USB 1.0 사양의 첫 번째 버전은 장치와 컴퓨터 간의 두 가지 데이터 전송 속도 모드를 지원합니다.

  • 마우스, 키보드, 조이스틱과 같은 장치의 경우 저속(1.5Mbits/초)
  • 모뎀 및 스캐너의 경우 최대 속도(12Mbits/초)입니다.

1998년 가을에 버전 1.1이 출시되었습니다. 이는 첫 번째 버전에서 발견된 문제를 제거했습니다.

USB 1.1의 주요 기술적 특성:

  • 상당히 높은 최대 교환 속도(최대 12Mbit/s).
  • 고속 전송을 위한 최대 케이블 길이는 4.5m입니다.
  • 연결된 장치의 최대 수(승수 포함)는 최대 127개입니다.
  • 다른 전송 속도를 가진 장치를 연결할 수 있습니다.
  • 추가 장치나 터미네이터가 필요하지 않습니다.
  • 주변 장치의 공급 전압은 5V입니다.
  • 장치당 최대 전류 소비량은 500mA입니다.

2000년 봄에 버스 처리량을 40배 증가시키는 USB 2.0 사양이 발표되었습니다(고속 모드에서 최대 480Mbit/s). 그러나 USB 2.0 장치는 새로운 인터페이스가 마침내 확립되면서 2002년에 대중 시장에 진입했습니다.

USB 2.0 사양의 두 번째 버전에서는 하드 드라이브, CD-ROM 및 디지털 카메라와 같은 장치에 또 다른 고속 모드(480Mbit/초)를 사용할 수 있습니다. 480Mbps의 처리량은 대용량 데이터를 전송해야 하는 외장 드라이브, MP3 플레이어, 스마트폰, 디지털 카메라에도 충분합니다. 또한 USB 2.0 사양은 첫 번째 버전용으로 설계된 장치를 완벽하게 지원합니다. 컨트롤러와 허브는 장치가 지원하는 사양 버전을 자동으로 감지합니다. 버스를 사용하면 최대 25m 거리에 있는 컴퓨터에서 원격으로 최대 127개의 장치를 연결할 수 있습니다(중간 허브 사용).

널리 보급된 후 USB 2.0은 직렬 및 병렬 인터페이스를 완전히 대체했습니다.

현재 USB 2.0 사양에 따라 제작된 장치가 널리 사용되고 있습니다.

USB 3.0

USB 3.0은 최대 5Gbps의 전송 속도를 지원합니다.

USB 3.0 유형 A 커넥터

USB 3.0의 주요 목표는 사용 가능한 대역폭을 늘리는 것이지만 새로운 표준은 전력 소비를 효과적으로 최적화합니다. USB 3.0에는 U0-U3이라는 네 가지 연결 상태가 있습니다. 연결 상태 U0은 활성 데이터 전송에 해당하고 U3은 장치를 절전 모드로 전환합니다. 연결이 유휴 상태이면 U1 상태에서 데이터 수신 및 전송 기능이 비활성화됩니다. 상태 U2는 내부 시계를 비활성화하여 한 단계 더 발전합니다.

USB 3.0 유형 B 커넥터

이에 따라, 연결된 장치들은 데이터 전송이 완료된 직후 U1 상태로 전환될 수 있으며, 이는 USB 2.0에 비해 상당한 전력 소모 이점을 제공할 것으로 예상됩니다.

다양한 전력 소비 상태 외에도 USB 3.0 표준은 지원되는 전류가 더 높다는 점에서 USB 2.0과 다릅니다. USB 2.0 버전이 500mA의 전류 임계값을 제공했다면 새로운 표준의 경우 한계는 900mA로 변경되었습니다. 연결 시작 전류가 USB 2.0의 경우 100mA에서 USB 3.0의 경우 150mA로 증가되었습니다. 두 매개변수는 일반적으로 약간 더 높은 전류가 필요한 휴대용 하드 드라이브에 매우 중요합니다. 이전에는 추가 USB 플러그를 사용하여 두 개의 포트에서 전원을 공급받고 데이터 전송에는 하나만 사용하여 문제를 해결할 수 있었습니다.

USB 케이블 및 커넥터

크고 값비싼 병렬 ATA 버스 케이블, 특히 커넥터가 다양하고 연결 규칙이 복잡한 SCSI 버스와 달리 USB 케이블 관리는 간단하고 우아합니다.

존재한다 다섯 가지 유형의 USB 커넥터:

왼쪽부터: 마이크로 USB, 미니 USB, B형, A형 커넥터, A형 커넥터

  • 마이크로 USB- 플레이어 및 휴대폰과 같은 가장 작은 장치에 사용됩니다.
  • 미니 USB- 플레이어, 휴대폰, 그리고 동시에 디지털 카메라, PDA 및 유사한 장치에서도 흔히 발견됩니다.
  • B형- 크기가 그다지 중요하지 않은 프린터, 스캐너 및 기타 장치에 설치된 전체 크기 커넥터
  • A형(수신기)- A형 커넥터가 연결된 컴퓨터(또는 USB 확장 케이블)에 설치된 커넥터
  • A형(플러그)- 컴퓨터에 해당 커넥터를 직접 연결하는 커넥터입니다.

USB 케이블 및 커넥터 시스템을 사용하면 장치를 연결할 때 실수할 수 없습니다. 유형 "A" 소켓은 허브의 다운스트림 포트에만 설치되고, 유형 "A" 플러그는 주변 장치 코드 또는 허브의 업스트림 포트에 설치됩니다. 유형 "B" 소켓 및 플러그는 주변 장치 및 허브의 업스트림 포트에서 분리된 코드에만 사용됩니다(일반적으로 마우스, 키보드 등의 "소형" 장치 케이블은 분리되지 않음). 허브와 장치는 핫플러그 및 핫플러그 기능을 제공합니다.

USB 케이블의 최대 길이는 5미터입니다. 이 제한은 장치 응답 시간을 줄이기 위해 도입되었습니다. 호스트 컨트롤러는 제한된 시간 동안 데이터가 도착할 때까지 기다리며, 지연되면 연결이 끊어질 수 있습니다.

전속 버스 케이블은 연선 케이블로 실드로 보호되며 저속 작동에도 사용할 수 있습니다. 최소 속도(예: 마우스 연결)로만 작동하는 케이블은 차폐되지 않은 케이블일 수 있습니다.

문학

  1. Kostsov A., Kostsov V. Iron PC. 사용자 참고서. -M .: Martin, 2006. - 480p.

새로운 USB Type-C 표준은 아직 시장에서 널리 개발되지 않았지만 제조업체는 점차적으로 새로운 기술을 채택하고 있습니다. 스마트폰에서 USB-C는 향상된 충전 커넥터일 뿐만 ​​아니라 기존의 3.5mm 헤드폰 포트를 버리는 수단이기 때문에 이미 새로운 트렌드라고 할 수 있습니다. 오늘 우리는 USB Type-C에 대해 더 자세히 이야기할 것이며, 이 기사에서는 그것이 무엇인지 알려줄 것입니다.

오늘날 거의 모든 전자 장치에는 USB 커넥터가 장착되어 있습니다. 데스크톱 컴퓨터부터 스마트폰, 다양한 노트북 저장 장치까지. USB는 주변 장치를 연결하거나 장치 간 데이터를 전송하는 데 있어 유비쿼터스 표준입니다. 마지막 주요 USB 업데이트는 2013년에 새로운 Type-C 커넥터 출시와 함께 USB 3.1이 출시되면서 이루어졌습니다. 보시다시피 그로부터 거의 4년이 지났지만 Type-C는 뿌리를 내리지 못했습니다.

현재 시중에서 USB Type-C 기술을 사용하는 장치의 수를 한 손에 꼽을 수 있습니다. 컴퓨터 중에는 Apple, Google의 최신 노트북, Samsung의 라인 및 기타 여러 하이브리드 장치가 있습니다. 스마트 폰 중-주로 나가는 해의 주력 제품 : 및.

그렇다면 USB Type-C가 이전 제품보다 나은 이유는 무엇일까요? 알아 보자.

USB Type-C 란 무엇입니까?


USB Type-C는 컴퓨터 및 모바일 장치를 위한 새롭고 현재 활발히 개발 중인 업계 데이터 전송 표준입니다. Type-C의 주요하고 가장 중요한 혁신은 수정된 커넥터(범용, 대칭, 양쪽에서 작동 가능)입니다. USB-C 커넥터는 새로운 USB 표준을 개발하고 인증한 회사 그룹인 USB Implementers Forum에서 개발되었습니다. 또한 Apple, Samsung, Dell, HP, Intel 및 Microsoft와 같은 가장 큰 기술 회사도 포함됩니다. 그건 그렇고, USB Type-C는 대부분의 PC 제조업체에서 쉽게 허용되기 때문에 이것을 아는 것이 중요합니다.

USB-C는 새로운 표준입니다

우선 USB Type-C가 새로운 산업 표준이라는 점을 알아야 합니다. 한때 USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 또는 최신 USB 3.1이었던 것처럼. 이전 세대의 USB만이 데이터 전송 속도 증가 및 기타 다양한 개선에 더 중점을 두었지만 물리적 관점에서 Type-C는 기술 수정과 유사한 방식으로 커넥터 디자인을 변경합니다(MicroUSB 및 MiniUSB). 그러나 이 경우의 결정적인 차이점은 MicroUSB 및 MiniUSB와 달리 Type-C는 양쪽 모두(예: USB-MicroUSB)의 모든 표준을 완전히 대체하는 것을 목표로 한다는 것입니다.

주요 특징:

  • 신호 핀 24개
  • USB 3.1 지원
  • 타사 인터페이스 구현을 위한 대체 모드
  • 최대 10Gbps의 속도
  • 최대 100W의 전력 전송
  • 크기: 8.34x2.56mm

USB Type-C 및 USB 3.1

USB Type-C에 대해 모르는 사람들이 할 수 있는 질문 중 하나는 다음과 같습니다. USB 3.1이 USB Type-C와 어떤 관련이 있습니까? 사실 USB 3.1은 Type-C의 주요 데이터 전송 프로토콜입니다. 버전 3.1의 속도는 10Gbps입니다. 이론적으로 이는 USB 3.0보다 2배 빠릅니다. USB 3.1은 원래 커넥터 형식으로도 제공될 수 있습니다. 이 포트를 USB 3.1 Type-A라고 합니다. 그러나 오늘날에는 새로운 Type-C 범용 커넥터가 포함된 USB 3.1을 찾는 것이 훨씬 쉽습니다.

USB 버전

Type-C가 기존 USB 버전을 대체하게 되는 이유를 더 잘 이해하려면 먼저 두 버전 간의 차이점을 이해해야 합니다. USB에는 다양한 버전이 있으며 Type-A 및 Type-B와 같은 다양한 커넥터도 있습니다.

USB 버전은 공통 표준에 속하지만 최대 데이터 전송 속도와 작동 전력이 다릅니다. 물론 다른 요인도 많이 있습니다.

USB 1.1
USB 1.0은 기술적으로 USB의 첫 번째 버전이지만, 시장에 완전히 도달하지는 못했습니다. 대신 USB 1.1의 새 버전이 출시되었습니다. 이는 우리 모두에게 익숙한 최초의 표준이 되었습니다. USB 1.1은 12Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있으며 최대 100mA의 전류를 소비합니다.

USB 2.0
USB의 두 번째 버전은 2000년 4월에 출시되었습니다. 이는 최대 데이터 전송 속도가 초당 최대 480Mbit로 크게 증가한 표준을 제공했습니다. USB 2.0도 더욱 강력해져서 2.5V에서 1.8A를 소비합니다.

USB 3.0
USB 3.0의 출시로 데이터 전송 속도와 전력이 향상되었을 뿐만 아니라 새로운 유형의 커넥터도 등장했습니다. 또한 USB 3.0에는 고유한 색상도 있습니다. 표준의 새 버전은 이전 세대의 USB와 용감하게 구별하기 위해 파란색으로 지정되었습니다. USB 3.0은 작동에 1.8A에서 5V를 사용하여 최대 5Gbps의 속도로 작동할 수 있습니다. 그런데 이 버전은 2008년 11월에 발표되었습니다.

USB 3.1
USB의 최신이자 최고의 버전은 2013년 7월에 출시되었지만 아직 널리 사용되지는 않습니다. USB 3.1은 5V/1A 또는 선택적으로 5A/12V(60W) 또는 20V(100W)의 최대 전력 소비로 최대 10Gbps의 처리량을 사용자에게 제공할 수 있습니다.

A형
Type-A는 고전적인 USB 인터페이스입니다. 짧고 직사각형의 플러그는 USB의 원래 디자인이 되었으며 오늘날까지도 USB 케이블의 호스트 끝 부분에 사용되는 표준 커넥터로 남아 있습니다. Type-A(Mini Type-A 및 Micro Type-A)에도 몇 가지 변형이 있지만 소켓의 복잡한 특성으로 인해 대중에게 널리 받아들여지지는 않았습니다. 현재 이러한 Type-A 변형은 모두 더 이상 사용되지 않는 것으로 간주됩니다.


B형
Type-A가 우리에게 익숙한 USB 케이블의 한쪽이 되었다면 Type-B는 다른 쪽입니다. 원래 Type-B는 경사진 상단 모서리가 있는 긴 커넥터입니다. 새로운 연결 옵션을 도입하기 위한 USB 3.0 표준의 확장이지만 프린터에서 흔히 볼 수 있습니다. 기존 MiniUSB 및 MicroUSB는 추가 플러그를 사용하는 완전히 투박한 MicroUSB 3.0과 함께 Type-B 버전으로도 제공됩니다.

C형
따라서 Type-A와 Type-B에 이어 최신 Type-C가 등장합니다. Type-A와 Type-B 버전은 이전 버전과의 호환성을 통해 서로 함께 작동할 예정이었지만 USB-C는 오래된 USB 연결 기술을 완전히 대체해야 하기 때문에 Type-C의 등장으로 이러한 계획이 완전히 망가졌습니다. 또한 Type-C는 Mini나 Micro 등의 추가 변형이 전혀 출시되지 않도록 특별한 방식으로 설계되었습니다. 이는 현재의 모든 커넥터를 USB Type-C로 교체하려는 의도 때문이기도 합니다.


Type-C 표준의 주요 특징은 커넥터의 다양성 또는 대칭성입니다. USB-C는 Apple의 Lightning 기술과 유사하게 양면에서 사용할 수 있습니다. 더 이상 연결을 위한 특별한 측면이 없으며 어둠 속에서도 찾기 어렵습니다. 또한 Type-C 버전은 USB 3.1을 기반으로 하므로 최고 속도를 포함하여 최신 버전의 모든 이점을 지원합니다.

USB-C는 여전히 기존 USB 변형과 역호환되지만 이 사용 사례에는 물론 어댑터가 필요합니다.


USB Type-C의 단점

당연히 새로운 USB Type-C 표준에도 문제가 있습니다. 최신 기술 버전의 주요이자 가장 심각한 우려 사항 중 하나는 커넥터의 물리적 설계입니다. 커넥터는 대칭 설계로 인해 매우 취약합니다. Apple은 Lightning과 동일한 다용성에도 불구하고 외부 영향에 훨씬 더 강한 내구성이 뛰어난 금속 플러그를 사용합니다.

USB Type-C의 더욱 시급하고 심각한 문제는 커넥터의 규제되지 않은 작동으로 인해 수많은 위험한 액세서리가 시중에서 판매되고 있다는 것입니다. 이러한 액세서리 중 일부는 지원되지 않는 전압 수준을 사용하여 연결된 장치를 손상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 처음에는 웅장했던 주력 제품에서 이런 일이 발생했습니다. 이후 처음으로 발화되기 시작한 다음 소유자의 손, 바지, 자동차 및 아파트에서 완전히 폭발했습니다.


이 문제는 USB Type-C를 지원하는 정품이 아닌 액세서리의 생산 및 판매를 대대적으로 금지하는 명백하고 유일한 해결책으로 이어졌습니다. 따라서 액세서리가 USB Implementers Forum Inc. 표준 사양을 충족하지 않는 경우 해당 제품은 판매가 승인되지 않습니다. 또한 다양한 타사 액세서리의 작동 상태와 정품 여부를 확인하기 위해 USB-IF는 이 커넥터가 있는 장치가 USB-C로 연결된 장치나 액세서리를 자동으로 확인할 수 있도록 하는 128비트 암호화로 보호되는 소프트웨어를 도입했습니다.

단점:

  • 설계. USB Type-C의 디자인은 좋지만 디자인이 상당히 취약합니다. Apple은 Lightning에 전체 금속 플러그를 사용하는 반면 Type-C는 중앙 부분에 신호 핀이 배치된 타원형 모양을 사용합니다.
  • 커넥터 작동. USB Type-C가 지원되지 않는 전압 수준에서 작동하도록 허용하면 케이블 및/또는 장치에 화재가 발생할 수 있습니다.
  • 호환성. USB Type-C는 USB 세계의 혁신이지만 최신 세대에서는 이전 장치와의 작업을 지원하지 않기 때문에 과거 장치를 남겨 둡니다.
  • 어댑터.구형 장치에서 USB Type-C를 완벽하게 사용하려면 추가 어댑터를 구입해야 합니다. 이는 추가적인 돈 낭비입니다.

USB Type-C의 장점


위의 모든 사항에도 불구하고 USB Type-C는 업계에서 한 단계 더 발전했다고 자신있게 말할 수 있습니다. 이 커넥터를 설치하면 제조업체는 더 적은 수의 포트, 더 높은 데이터 전송 속도 및 헤드폰을 갖춘 더 얇은 컴퓨터와 모바일 장치를 만들 수 있습니다. 향후 USB Type-C가 대중화되면 3.5mm 헤드폰 포트는 물론 영상 전송에 사용되는 인터페이스인 HDMI도 대체할 수 있게 된다. 따라서 USB Type-C는 오늘날 친숙한 커넥터를 대체하고 어떤 상황에서도 보편적인 표준이 될 것입니다.

장점:

  • 대칭. USB Type-C를 사용하면 케이블을 커넥터에 삽입할 쪽을 기억해야 하는 상황을 잊을 수 있습니다. 또한 이제 어둠 속에서 USB의 오른쪽 부분을 찾지 못할까 봐 걱정할 필요가 없습니다.
  • 컴팩트함. USB Type-C의 크기는 8.4x2.6mm이므로 제조업체는 컴퓨터와 모바일 장치를 훨씬 더 얇게 만들 수 있습니다.
  • 다재.단일 커넥터 통합 덕분에 하나의 케이블로 노트북, 태블릿, 스마트폰을 모두 충전할 수 있습니다.

수필

USB 인터페이스

소개

하드웨어 케이블 인터페이스

개인용 컴퓨터에 연결되는 장치 수가 증가하고 이에 따른 외부 인터페이스의 개발로 인해 모순된 상황이 발생했습니다. 한편으로는 컴퓨터에 다양한 커넥터가 있어야 하고 다른 한편으로는 대부분 커넥터가 있어야 합니다. 사용되지 않습니다. 이 상황은 PC 인터페이스의 역사적 발전에 따라 결정됩니다. 각 인터페이스에는 고유한 특수 커넥터가 있습니다. 또한 대부분의 경우 하나의 포트에는 하나의 장치만 연결할 수 있습니다. 또한 다중 및 다양한 연결 문제에는 다음과 같은 측면이 포함됩니다.

거의 모든 장치에는 전용 하드웨어 인터럽트(IRQ)가 필요합니다.

대부분의 장치에는 외부 전원 공급 장치가 필요합니다.

각 장치에는 필요한 드라이버 수를 곱하는 자체 교환 프로토콜이 있습니다.

플러그 앤 플레이 사양을 지원하지 않는 수많은 장치를 구성하는 것은 일반 사용자 등에게는 매우 어렵습니다.

당연히 하드웨어 제조업체는 단일하고 보편적인 인터페이스를 만드는 것을 고려하고 있습니다. 그리고 1996년 초에 새로운 USB 인터페이스(범용 직렬 버스) 버전 1.0이 출시되었습니다.

직렬 버스를 사용하면 1~2쌍의 전선만 사용하여 많은 장치를 연결할 수 있습니다. 이러한 버스의 기능은 기존 로컬 네트워크 인터페이스의 기능보다 훨씬 더 넓습니다.

USB 버스는 특히 개인용 컴퓨터에 연결된 주변 장치를 대상으로 합니다. 컴퓨터를 끄지 않고도 4패스 케이블을 사용하여 장치를 USB에 연결할 수 있습니다. 등시성 USB 전송을 통해 디지털 오디오 신호를 전송할 수 있으며 USB 2.0 버스는 비디오 데이터를 전달할 수 있습니다. 모든 전송은 중앙에서 제어되며 PC는 버스 트리 구조의 루트에 위치한 필수 제어 노드입니다. USB 사양은 버스에 대한 장치의 투명한 연결을 의미하며 하나의 포트에 여러 장치를 가질 수 있도록 허용합니다. USB 어댑터는 모든 최신 마더보드 칩셋에 포함되어 있습니다.

1. USB의 역사

USB 인터페이스는 컴퓨터 표준에 따라 꽤 오래 전에 나타났습니다. 이 인터페이스에 대한 버전 1.1 사양은 1996년 초에 발표되었습니다. 대부분의 장치는 1998년 가을에 출시된 버전 1.1을 지원합니다. 이는 첫 번째 버전에서 발견된 문제를 해결했습니다. 2000년 봄에는 버스 대역폭이 40배 증가한 USB 2.0 사양이 발표되었습니다. 2008년 말, USB Implementers Forum은 USB 3.0 표준 사양을 마무리했습니다. 새로운 표준은 처리량을 10배 더 늘렸습니다(최고 성능 - 5Gbit/s).

처음에(버전 1.0 및 1.1) 버스는 두 가지 정보 전송 속도, 즉 최고 속도 FS(최고 속도) - 12Mbit/s와 저속 LS(저속) - 1.5Mbit/s를 제공했습니다. 버전 2.0은 또한 고속 HS(High Speed) - 480 Mbit/s를 정의하므로 버스에 연결된 장치의 범위를 크게 확장할 수 있습니다. 세 가지 속도를 모두 갖춘 장치가 동일한 시스템에 동시에 존재하고 작동할 수 있습니다. 이는 USB 2.0 장치와 USB 1.x의 역호환성을 제공합니다. "기존" USB 1.x 장치는 12Mbit/s의 속도에도 불구하고 USB 2.0 컨트롤러와 함께 작동합니다. 480 Mbit/s의 속도는 USB 2.0 컨트롤러와 USB 2.0 주변 장치를 동시에 사용할 때만 달성됩니다.

USB 버스는 컴퓨터와 전화 시스템을 연결하는 메커니즘을 제공하도록 설계되었지만 개발 위원회 구성원은 곧 USB가 컴퓨터 전화 통신의 많은 응용 프로그램과 모든 영역의 요구 사항을 충족할 수 있다는 것을 깨달았습니다.

버스 개발자는 다음 속성을 가진 인터페이스를 만드는 데 중점을 두었습니다.

PC 주변기기의 확장을 쉽게 구현;

데이터를 고속으로 전송할 수 있는 저렴한 솔루션입니다.

등시성 데이터와 비동기 메시지의 혼합 전송을 위한 프로토콜의 유연성;

제조된 장치와의 통합;

가능한 모든 PC 구성 및 설계를 포괄합니다.

시장을 빠르게 정복할 수 있는 표준 인터페이스를 제공합니다.

PC를 확장하는 새로운 종류의 장치 생성.

할당된 작업은 거의 모두 해결되었고, 1997년 봄에는 USB 장치를 연결하기 위한 커넥터를 갖춘 컴퓨터가 등장하기 시작했습니다. 아이콘은 Windows와 USB 커넥터 모두에서 공식적으로 USB 버스를 나타냅니다.

2004년 2월 Intel Corporation은 Agere, Systems, HP, Microsoft Corporation, NEC, Philips Semiconductors 및 Samsung Electronics와 함께 무선 USB 프로모터 그룹의 창설을 발표했습니다. 그 임무는 최대 10미터의 범위와 낮은 전력 소비로 480Mbit/s의 속도로 외부 장치 무선 USB를 무선으로 연결하기 위한 고속 기술을 홍보하는 것입니다.

2. USB와 다른 인터페이스 비교

현재 USB를 대체할 가치 있는 대안은 없습니다(원래 경쟁사인 Fire Wire를 제외하고 이 버스는 근본적으로 다른 연결 시스템을 가지고 있습니다). 전송 속도 측면에서 USB에 필적하는 인터페이스에는 특수 변환기(예: RS-485)가 필요합니다. 추가 요소가 필요하지 않은 인터페이스는 속도가 느리거나 대상이 좁습니다(RS-232, LPT, MIDI 등). 또한 USB의 확실한 장점에는 하드웨어 및 버스 프로토콜 수준의 잡음 내성 구성과 플러그 앤 플레이에 대한 "내장" 지원, 장치 연결을 위한 추가 요소(예: 터미네이터)가 없다는 점 등이 있습니다. SCSI 인터페이스). 유일한 단점은 케이블 연결이 다소 짧다는 점이지만 USB 버스는 가정용 장치용 버스로 개발되었으며 원래 장거리 연결이 포함되지 않았다는 점을 기억해야 합니다.

3. USB 버스 아키텍처

.1 일반 아키텍처

USB 버스는 최저 비용과 최대 유연성을 제공하는 직렬 데이터 전송 형식을 사용합니다. 클럭 신호와 데이터는 함께 인코딩되어 단일 신호로 전송됩니다. 결과적으로 클럭 속도나 데이터 이동 거리에 제한이 없으므로 높은 클럭 속도에서 높은 처리량 연결이 가능합니다.

언제든지 제거하고 연결할 수 있는 USB 버스에 많은 수의 장치를 동시에 연결하기 위해 이 버스는 트리 구조로 되어 있습니다. 이 구성의 컴퓨터는 제어 장치이며 호스트라고 합니다. 트리 노드에는 호스트와 I/O 장치 사이의 중간 제어 구성 요소 역할을 하는 허브라는 장치가 포함되어 있습니다. 컴퓨터에는 전체 트리를 호스트 컴퓨터에 연결하는 루트 허브라는 내장 허브가 있습니다. 트리의 "잎"은 USB 용어로 기능이라고 불리는 입/출력 장치(키보드, 스피커, 인터넷 연결, 디지털 TV 등)입니다.

3.2 USB의 구성요소

USB 버스는 다음 요소로 구성됩니다.

호스트 컨트롤러는 컴퓨터 시스템 장치의 일부이며 USB 버스에 있는 모든 장치의 작동을 제어하는 ​​주요 컨트롤러입니다. 줄여서 간단히 "호스트"라고 부릅니다. USB 버스에는 하나의 호스트만 허용됩니다. 개인용 컴퓨터의 시스템 장치에는 하나 이상의 호스트가 포함되어 있으며 각 호스트는 별도의 USB 버스를 제어합니다.

장치는 허브, 기능 또는 둘의 조합(복합 장치)일 수 있습니다.

포트 - 연결 지점.

허브(Hub, 다른 이름은 허브)는 USB 버스에 추가 포트를 제공하는 장치입니다. 즉, 허브는 하나의 포트(업스트림 포트)를 여러 포트(다운스트림 포트)로 변환합니다. 이 아키텍처는 여러 허브(5개 이하)의 연결을 허용합니다. 허브는 포트에 대한 장치의 연결 및 연결 끊김을 인식하고 포트에 대한 전원 공급을 제어할 수 있습니다. 각 포트는 활성화 또는 비활성화될 수 있으며 전체 또는 제한된 전송 속도로 구성될 수 있습니다. 허브는 고속 세그먼트에서 저속 세그먼트를 분리합니다. 허브는 각 포트가 끌어오는 전류를 제한할 수 있습니다.

루트 허브는 호스트의 일부인 허브입니다.

기능은 USB 버스를 통해 정보를 전송 및 수신할 수 있는 주변 장치(PU) 또는 주변 장치의 별도 단위입니다. 각 기능은 CP의 기능과 리소스 요구 사항을 설명하는 구성 정보를 제공합니다. 사용하기 전에 기능은 호스트에 의해 구성되어야 합니다. 즉, 채널에서 대역폭을 할당하고 구성 옵션을 선택해야 합니다.

3.3 구성 요소의 속성

USB 장치 속성

USB 사양은 모든 USB 장치가 지원해야 하는 속성 집합을 엄격하게 정의합니다.

주소 지정 - 장치는 자신에게 할당된 고유 주소에만 응답해야 합니다.

구성 - 전원을 켜거나 재설정한 후 장치는 해당 포트를 구성할 수 있도록 0 주소를 제공해야 합니다.

데이터 전송 - 장치에는 호스트와 데이터를 교환하기 위한 엔드포인트 세트가 있습니다. 다양한 유형의 전송을 허용하는 엔드포인트의 경우 구성 후에는 그 중 하나만 사용할 수 있습니다.

에너지 관리 - 연결된 모든 장치는 버스에서 100mA를 초과하는 전류를 소비해서는 안 됩니다. 허브가 명시된 전류를 장치에 공급할 수 없으면 장치는 사용되지 않습니다.

일시 중단 - USB 장치는 전류 소비가 500μA를 초과하지 않는 일시 중단 모드를 지원해야 합니다. 버스 활동이 중단되면 장치가 자동으로 일시 중지되어야 합니다.

원격 깨우기 - 원격 깨우기 기능을 사용하면 정지된 장치가 정지 상태에 있을 수도 있는 호스트에 신호를 보낼 수 있습니다.

허브 속성

허브는 신호를 전환하고 전원 전압을 공급하며, 연결된 장치의 상태를 모니터링하여 변경 사항을 호스트에 알립니다. 허브는 컨트롤러(Hub Controller)와 리피터(Hub Repeater)의 두 부분으로 구성됩니다.

컨트롤러에는 호스트와 상호 작용하기 위한 레지스터가 포함되어 있습니다. 허브 액세스를 위한 특정 명령을 사용하여 레지스터에 액세스합니다. 명령을 사용하면 허브를 구성하고, 다운스트림 포트를 관리하고, 해당 상태를 쿼리할 수 있습니다.

리피터는 출력 포트를 입력 포트에 연결하는 제어되는 스위치입니다. 신호를 재설정하고 일시 중지하는 수단이 있습니다.

허브 다운스트림 포트는 다음 상태일 수 있습니다.

전원 꺼짐 - 포트에 전원이 공급되지 않습니다(전원을 전환하는 허브에만 가능). 출력 버퍼는 고임피던스 상태에 놓이고 입력 신호는 무시됩니다.

연결 끊김 - 포트가 어떤 방향으로도 신호를 전송하지 않지만 장치의 연결을 감지할 수 있습니다.

비활성화됨 - 포트는 재설정 신호(컨트롤러의 명령에 따라)만 전송하며 포트의 신호(종료 감지 제외)는 인식되지 않습니다.

활성화됨 - 포트가 양방향으로 신호를 전송합니다. 컨트롤러의 명령이 있거나 프레임 오류가 감지되면 포트는 "Disabled" 상태가 되고, 연결 끊김이 감지되면 "Disconnected" 상태가 됩니다.

일시 중단됨 - 포트가 절전 모드 상태로 들어가라는 신호를 보냅니다. 허브가 활성 상태이면 어떤 방향으로도 신호가 포트를 통해 전달되지 않습니다.

각 포트의 상태는 별도의 레지스터를 사용하여 허브 컨트롤러에 의해 식별됩니다. 일반 레지스터가 있는데, 그 비트는 각 포트의 상태가 변경되었다는 사실을 반영합니다. 이를 통해 호스트는 허브의 상태를 빠르게 확인할 수 있으며, 특수 트랜잭션에 의해 변경 사항이 감지되면 상태를 명확히 할 수 있습니다.

호스트 속성

호스트에게는 다음과 같은 책임이 있습니다.

USB 장치의 연결 및 연결 해제 감지;

데이터 흐름 관리;

통계 수집;

연결된 제어 장치를 통해 에너지 절약을 보장합니다.

컨트롤러 시스템 소프트웨어는 장치와 호스트 컴퓨터에서 실행되는 해당 소프트웨어 간의 상호 작용을 관리하여 다음을 조정합니다.

장치 번호 지정 및 구성;

등시성 데이터 전송;

에너지 관리;

장치 및 버스 관리에 대한 정보.

4. 하드웨어

.1 케이블

USB 사양에는 케이블 연결에 대한 몇 가지 요구 사항이 있습니다.

커넥터 연결 오류 방지;

케이블 연결의 단순성;

버스로 전원이 공급되는 장치를 연결하는 기능과 외부 전원으로 장치를 연결하는 기능이 있습니다.

USB 장치를 연결하는 데 사용되는 연결 케이블은 편조 차폐 및 PVC 보호 코팅이 된 4심 케이블입니다. 2개의 도체는 데이터 전송용으로 사용됩니다. 하나는 전원 공급 장치(+5V)용이고 다른 하나는 접지용입니다.

USB 2.0 사양은 사용 가능한 세 가지 유형의 케이블을 정의합니다.

표준 분리형 케이블;

고속(전속) 영구 케이블;

저속 영구 케이블.

표준 분리형 케이블은 호스트 또는 허브를 장치에 연결합니다. 한쪽은 호스트나 허브에 연결하기 위한 유형 "A" 커넥터로 끝나고 다른 쪽에는 장치에 연결하기 위한 유형 "B" 또는 "미니-B" 커넥터로 끝납니다. 두 커넥터 모두 USB 로고가 표시되어 있습니다.

분리 불가능한 케이블의 한쪽 끝은 호스트나 허브에 연결하기 위한 유형 "A" 커넥터(표시 있음)로 끝나고, 다른 쪽 끝은 장치에 견고하게 연결됩니다. 커넥터가 하나뿐입니다.

고속 케이블의 임피던스는 90+15%Ω이고 총 신호 전파 지연은 26ns입니다. 케이블에는 꼬인 신호 도체 쌍과 차폐 편조가 있어야 합니다. 이 케이블은 저속 연결에도 사용할 수 있습니다.

저속 케이블은 최대 1.5MB/s의 속도로 작동하도록 설계되었습니다. 이와 관련하여 케이블에 적용되는 요구 사항은 더 적습니다. 저속 케이블에는 꼬인 신호 도체 쌍과 차폐 편조가 없습니다. 200-450pF 범위의 정전 용량과 18ns 이하의 신호 전파 지연을 가져야 합니다.

연결 케이블의 길이는 신호의 임피던스와 전파 지연에 따라 결정됩니다. 평균 길이는 3~5미터이지만 최대 10미터까지 될 수도 있습니다. 결정적인 요소는 기술의 품질과 사용된 재료입니다.

4.2 커넥터

잘못된 연결을 방지하기 위해 USB는 커넥터가 다른 USB 케이블을 사용합니다. 사양에 따르면 USB 버스로 작동하는 장치는 "A", "B" 및 "Mini-B"의 세 가지 유형의 커넥터를 사용할 수 있습니다. "A" 커넥터는 호스트와 허브에서 사용되는 "마스터" 장치에 속함을 나타냅니다. 예를 들어 최신 개인용 컴퓨터 마더보드에서 항상 찾을 수 있습니다. 커넥터 "B"는 "슬레이브" 장치를 사용합니다. Mini-B 커넥터 유형은 USB 2.0 표준이 도입된 2000년에 사양에 등장했습니다. 이 커넥터는 장치 자체의 크기가 커넥터의 크기와 비슷한 소형 모바일 장치(예: 휴대폰)에 사용하도록 배치되었습니다.

구조적으로 커넥터는 전원 버스가 먼저 연결된 다음 데이터 버스가 연결되는 방식으로 설계되었습니다.

USB 사양은 USB 케이블 내부 도체의 표준 색상 구성표를 정의하므로, 다른 제조업체의 케이블을 사용할 때 전선을 훨씬 쉽게 식별할 수 있습니다.

케이블에는 5V 공급 전압을 장치에 전송하기 위한 VBus 및 GND 라인도 있습니다. 도체의 단면적은 보장된 신호 레벨과 공급 전압을 보장하기 위해 세그먼트의 길이에 따라 선택됩니다.

5. 데이터 전송 원칙

USB 연결을 통해 전송된 정보는 각각 1바이트 이상의 데이터를 포함하는 패킷으로 구성됩니다. USB 인터페이스는 여러 유형의 패킷을 사용합니다.

토큰 패키지는 데이터 전송 유형과 방향, 장치 주소 및 종단점의 일련 번호를 설명합니다(CT는 USB 장치의 주소 지정이 가능한 부분입니다). 서명 패키지는 IN, OUT, SOF, SETUP 등 여러 유형으로 제공됩니다.

데이터 패킷에는 전송된 데이터가 포함되어 있습니다.

핸드셰이크 패킷은 데이터 전송 결과를 보고하기 위한 것입니다. 일치하는 패킷에는 ACK, NAK, STALL 등 여러 유형이 있습니다.

따라서 각 트랜잭션은 속성 패킷 전송 단계, 데이터 전송 단계, 협상 단계의 세 단계로 구성됩니다.

USB 인터페이스는 여러 유형의 정보 전송을 사용합니다.

제어 전송은 장치 구성 및 기타 장치별 목적에 사용됩니다. 제어 전송에는 설정 단계와 상태 단계라는 두 단계가 포함됩니다. 그 사이에는 데이터 전송 단계가 있을 수 있습니다. 설정 단계는 정보가 CT 제어 기능으로 전송되는 동안 설정 트랜잭션을 수행하는 데 사용됩니다. SETUP 트랜잭션에는 SETUP 패키지, 데이터 패키지 및 협상 패키지가 포함됩니다.

데이터 패킷이 성공적으로 수신되면 ACK 패킷을 호스트로 보냅니다. 그렇지 않으면 거래가 완료됩니다.

대량 전송은 상대적으로 많은 양의 정보를 전송하는 데 사용됩니다. 스트리밍 전송은 전송 오류를 감지하고 정보를 다시 요청함으로써 호스트와 기능 간의 오류 없는 데이터 전송을 보장하는 것이 특징입니다.

인터럽트 전송은 시기적절한 전송이 중요한 소량의 정보를 전송하는 데 사용됩니다. 다른 유형의 전송에 비해 기간이 제한되어 있고 우선순위가 더 높습니다. 인터럽트 전송에는 IN 또는 OUT 전송이 포함될 수 있습니다. 함수에 인터럽트가 필요한 정보가 없으면 데이터 전송 단계에서 함수는 NAK 패킷을 반환합니다. 중단으로 인해 CT 작업이 일시 중지되면 함수는 STALL 패킷을 반환합니다. 인터럽트가 필요한 경우 함수는 데이터 전송 단계에서 필요한 정보를 반환합니다. 호스트가 데이터를 성공적으로 수신하면 ACK 패킷을 보냅니다. 그렇지 않으면 호스트에서 협상 패킷이 전송되지 않습니다.

등시성 전송은 실시간 스트리밍이라고도 합니다. 이러한 전송을 통해 전송되는 정보에는 생성, 전송 및 수신 중에 실시간 규모가 필요합니다. 등시성 트랜잭션에는 부호 전송 단계와 데이터 전송 단계가 포함되지만 조정 단계는 없습니다. 호스트는 IN 또는 OUT-sign을 보낸 후 데이터 전송 단계에서 CT(IN-sign의 경우) 또는 호스트(OUT-sign의 경우)가 데이터를 보냅니다. 등시성 트랜잭션은 조정 단계와 오류 발생 시 데이터 재전송을 지원하지 않습니다.

USB 버스를 통해 전송되는 정보는 제어 정보와 데이터라는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 제어 패킷은 데이터 전송을 시작할 때 장치의 주소를 지정하고 올바른 데이터 및 오류 메시지가 수신되었는지 확인하는 데 사용됩니다. 데이터 패킷에는 호스트와 장치 간에 교환되는 입력 및 출력 데이터와 기타 정보가 포함되어 있습니다.

각 패킷은 다양한 유형의 정보를 포함하는 하나 이상의 필드로 구성됩니다. 모든 패킷의 첫 번째 필드는 식별자라고 하며 PID로 지정됩니다. 패킷 유형을 식별합니다. 이 필드에는 두 번 전송되는 4비트의 정보가 포함되어 있습니다. 처음에는 실제 값이 전송되고 두 번째에는 증강된 값이 전송됩니다. 이를 통해 수신 장치는 수신된 PID 바이트의 유효성을 확인할 수 있습니다.

데이터 전송 메커니즘은 비동기식이며 블록 기반입니다. 전송되는 데이터 블록을 USB 프레임 또는 USB 프레임(패킷으로 구성)이라고 하며 고정된 시간 간격에 걸쳐 전송됩니다. 작동 명령과 데이터 블록은 채널이라는 논리적 추상화를 사용하여 구현됩니다. 외부 장치도 엔드포인트라는 논리적 추상화로 구분됩니다. 따라서 채널은 호스트 컨트롤러와 외부 장치의 끝점 사이의 논리적 연결입니다. 채널은 열린 파일과 비교할 수 있습니다.

기본 채널은 명령(및 명령에 포함된 데이터)을 전송하는 데 사용되며 스트리밍 채널 또는 메시지 채널은 데이터 전송을 위해 열립니다.

USB 버스에는 직렬 포트와 같은 실제 인터럽트 메커니즘이 없습니다. 대신 호스트 컨트롤러는 연결된 장치에서 인터럽트 데이터를 폴링합니다. 폴링은 고정된 시간 간격(일반적으로 1~32ms마다)으로 발생합니다.

드라이버의 관점에서 보면 인터럽트 처리 능력은 실제로 USB 인터페이스의 물리적 구현을 ​​지원하는 호스트 컨트롤러에 의해 결정됩니다.

6. USB 장치

다재다능함과 이기종 트래픽을 효율적으로 전송할 수 있는 능력으로 인해 USB 버스는 다양한 장치를 PC에 연결하는 데 사용됩니다. 이는 기존 PC 포트(COM 및 LPT)는 물론 게임 어댑터 및 MIDI 포트를 대체하도록 설계되었습니다.

일반적으로 USB 장치는 연결용 포트가 있는 USB 기능입니다. 함수의 일반적인 예는 다음과 같습니다.

포인터: 마우스, 태블릿, 라이트 펜;

입력 장치: 키보드, 스캐너;

출력 장치: 프린터, 스피커, 모니터;

ISDN 전화 어댑터;

플래시 드라이브.

USB 장치에는 다른 장치를 연결할 수 있는 허브가 내장되어 있는 경우가 많습니다.

6.1 마우스와 키보드

직렬 포트를 확보해야 하는 경우 USB 마우스 연결이 정당화될 수 있습니다. 그러나 여전히 마우스용 PS/2 포트가 있으므로 컴퓨터 게이머가 높이 평가할 폴링 속도를 구성하는 기능을 제외하고는 USB 마우스가 특별히 필요하지 않습니다. 노트북).

USB 키보드를 사용하면 USB 마우스를 키보드에 직접 연결할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 리소스도 절약할 수 있다는 점에서 흥미롭습니다.

6.2 모니터

사운드 카드가 필요하지 않은 USB 스피커와 달리 USB 모니터에는 여전히 그래픽 어댑터(비디오 카드)가 필요합니다. 이름의 "USB"는 USB 장치를 모니터에 직접 연결할 수 있을 뿐만 아니라 USB 인터페이스를 통해 모니터 설정을 프로그래밍 방식으로 구성할 수 있는 USB 포트가 있음을 의미합니다.

6.3 USB-COM 및 USB-LPT 어댑터

USB-COM 및 USB-LPT 변환기는 시스템의 직렬 및 병렬 포트가 이미 사용 중이거나 작동할 수 없는 경우에 필수적입니다. 이러한 장치를 사용하면 직렬(마우스, 모뎀) 및 병렬(프린터, 스캐너) 인터페이스가 있는 장치를 USB 포트에 연결할 수 있습니다. USB-COM 어댑터는 노트북 사용자에게도 유용할 것입니다. 직렬 포트가 하나만 있습니다.

6.4 스캐너

USB 스캐너의 주요 관심사는 외부 전원이 부족하다는 것입니다. 이러한 스캐너의 작동 속도는 기존 스캐너와 다르지 않습니다. 주요 결정 요인은 데이터 전송 속도가 아니라 스캐닝 헤드의 이동 속도입니다.

6.5 모뎀

이러한 모뎀은 외부 전원이 필요하지 않으며 전적으로 버스에서 작동합니다. 한편으로는 모뎀 자체의 크기를 크게 줄일 수 있었지만 다른 한편으로는 이러한 모뎀에는 소프트 모뎀의 모든 장점과 단점이 있습니다. 많은 USB 모뎀에서 제조업체는 상태 표시기 수를 줄이거나 소프트웨어 디스플레이를 사용하는데 이는 그다지 편리하지 않습니다.

6.6 연사

스피커에는 사운드 카드가 필요하지 않으며 신호는 내장된 아날로그-디지털 변환기를 통해 스피커 자체에서 아날로그로 변환됩니다.

"USB 스피커"와 "USB 전원 스피커"의 개념을 구별하는 것이 중요합니다. 두 번째 옵션은 사운드 카드가 필요하지만 별도의 전원 공급 장치가 없는 일반 스피커입니다. 사운드 카드에 대한 추가 커넥터로 구별할 수 있습니다. 버스에 연결하면 이러한 스피커는 시스템에서 새 장치로 인식되지도 않습니다.

USB 스피커를 사용할 때 얻을 수 있는 음질은 대부분의 사운드 카드와 함께 기존 스피커를 사용할 때보다 훨씬 더 높습니다. 유일한 제한 사항은 컴퓨터가 스피커에 대한 지속적인 데이터 흐름을 보장할 만큼 충분한 성능을 갖춰야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 마우스를 움직이면 소리가 사라질 수 있습니다.

USB 스피커로 전송되는 데이터 흐름은 상당히 커서 컴퓨터에서 스피커로 상당한 트래픽이 발생합니다. 이러한 이유로 스피커를 컴퓨터에 직접 연결하거나 가장 가까운 허브에 연결하는 것이 좋습니다.

6.7 플래시 드라이브

USB 플래시 드라이브에는 다음과 같은 중요한 장점이 있습니다.

플래시 드라이브는 전원을 끄지 않고도 최신 컴퓨터에 연결할 수 있습니다.

디스크는 부팅 가능합니다.

쓰기 속도는 하드 드라이브보다 느리지만 상당히 빠릅니다.

불량 섹터가 없습니다.

약 1000G의 충격 저항(최신 하드 드라이브보다 훨씬 높음)

데이터 저장 시간 - 최소 10년

기록 주기 수 - 최소 백만 회

디스크 공간이 상당히 큽니다.

USB 드라이브를 사용하면 컴퓨터 하드 드라이브를 사용하지 않고도 프로그램을 실행하고 파일을 편집할 수 있습니다. 이를 통해 집과 직장 등의 컴퓨터 간에 파일을 동기화하는 것이 훨씬 쉬워집니다.

USB 사양에 따르면 적절한 허브를 이용하면 하나의 포트에 127개의 장치를 연결할 수 있습니다. 그러나 실제로 플래시 드라이브 수는 사용 가능한 드라이브 문자 수(A, B, C를 제외한 26자, 즉 최대 23개 드라이브)에 의해 제한됩니다.

플래시 드라이브는 Windows를 사용하여 쉽게 포맷됩니다. 이 경우 사용자는 파일 시스템 유형(FAT 또는 FAT32)을 선택할 수 있습니다.

6.8 허브

허브는 USB 장치가 아닙니다. 그들의 임무는 하나의 USB 포트를 여러 포트로 변환하는 것입니다. 모델은 제공되는 포트 수, 지원되는 표준 및 전원 유형에 따라 분류됩니다.

허브는 내부(PIC 버스에 삽입) 또는 외부에 있을 수 있습니다. 외부 허브는 일반적으로 외부에서 전원을 공급 받지만 예외도 있습니다.

6.9 측정 기술

USB 채널의 데이터 전송 속도 덕분에 USB 버스를 사용하여 디지털 오실로스코프, 로직 분석기, 신호 발생기 등과 같은 측정 장비를 연결할 수 있습니다. 이러한 장치에서 USB는 후속 처리 및 표시를 위해 데이터를 컴퓨터로 전송하고 장치 매개변수를 설정하는 데 사용됩니다.

6.10 이국적인 장치

최근 컴퓨터 시장에는 꽤 이국적인 USB 장치가 등장하기 시작했습니다. 일반적으로 컴퓨터 주변기기와 관련이 없는 장치 목록은 상당히 많습니다. 예를 들어 흥미로운 것은 키보드나 작업장, USB 팬을 비출 수 있는 USB 손전등입니다. 이국적인 장치 중에는 USB 컵 워머, USB 가열 패드, 심지어 USB 칫솔도 있습니다.

7. USB 장치 설치 및 구성

USB 사양은 플러그 앤 플레이 사양을 직접 지원하도록 설계되었습니다. 각 장치는 USB 버스에 연결되면 그 존재를 알리고 제조업체 ID와 장치 ID를 제공합니다. 이러한 식별자는 로드된 드라이버를 선택할 때 결정하는 정보이며 이에 대한 정보는 레지스트리에서 검색됩니다. 레지스트리에 적합한 드라이버가 없으면 새 장치(드라이버) 설치 절차가 수행됩니다. 플러그 앤 플레이 사양에는 투명한 연결과 장치의 자동 구성이 포함됩니다. 시스템이 필요한 드라이버를 찾을 수 없고 사용자에게 해당 위치를 요청할 수 없거나 시스템이 시스템 리소스를 올바르게 할당할 수 없는 경우 사용자 개입이 필요합니다.

장치를 버스에 연결하려면 추가 작업(하드 드라이브를 IDE 인터페이스에 연결할 때 점퍼 설정 등)이 필요하지 않으며 다른 커넥터를 사용하면 잘못된 연결 가능성이 제거됩니다. 많은 제조업체가 자체 장치 드라이버를 제공합니다.

USB 버스를 통한 데이터 교환은 컴퓨터와 장치 사이에서만 발생하므로 장치를 연결할 때 장치가 소비하는 대역폭을 고려해야 합니다. 대량의 데이터 수신 및/또는 전송이 필요한 장치는 컴퓨터 자체에 연결하거나 가장 가까운 무료 노드에 연결해야 합니다.

반면, 장치를 연결할 때는 해당 장치가 지원하는 USB 표준도 고려해야 합니다. 버스 대역폭에 중요한 장치와 소프트웨어는 잘못된 구성에서는 작동하지 않으며 전환이 필요합니다. 호스트 컨트롤러가 오래된 경우 사용자는 USB 2.0의 모든 이점을 사용할 수 없습니다. 이 경우 호스트 컨트롤러를 변경해야 합니다. 시스템 보드. USB 2.0 컨트롤러와 허브를 사용하면 기존 장치의 총 버스 처리량을 늘릴 수 있습니다. FS 장치가 USB 2.0 허브의 다른 포트(루트 포트 포함)에 연결된 경우 총 처리량은 사용된 고속 허브 포트 수의 12Mbit/s에 비해 증가합니다.

결론

범용 직렬 버스 USB는 RS-232(COM 포트) 및 IEEE 1284 병렬 인터페이스(LPT 포트)와 같은 오래된 인터페이스, 즉 직렬 및 병렬, 키보드 및 마우스 포트를 대체하도록 설계되었습니다. 플러그 앤 플레이 기술을 통해 여러 장치를 쉽게 설치할 수 있는 하나의 커넥터입니다. 플러그 앤 플레이 기술을 사용하면 컴퓨터를 종료하고 다시 시작할 필요 없이 핫스왑이 가능합니다. 물리적으로 연결되면 장치가 올바르게 식별되고 자동으로 구성됩니다. USB는 컴퓨터에 정확히 연결된 것이 무엇인지, 장치에 필요한 드라이버와 리소스가 무엇인지 독립적으로 결정한 다음 사용자 개입 없이 이 모든 것을 할당합니다. 버스의 적절한 작동을 위해서는 버스와 함께 올바르게 작동하는 운영 체제가 필요합니다.

모니터, 프린터, 스캐너, 키보드 등 최대 127개의 장치를 USB 버스에 동시에 연결할 수 있습니다. 첫 번째 수준에 연결된 각 장치는 허브로 작동할 수 있습니다. 즉, 적절한 커넥터를 사용할 수 있는 경우 여러 장치를 허브에 연결할 수 있습니다. 인터페이스 교환은 패킷이며, 교환 속도는 1.5Mbit/s ~ 480Mbit/s입니다.

또한 저전력 장치의 전원은 버스 자체에서 공급됩니다. 동시에 IBM PC 호환 컴퓨터의 내부 버스에 리소스가 부족하다는 역사적 문제가 해결되었습니다. USB 컨트롤러는 버스에 연결된 장치 수에 관계없이 하나의 인터럽트만 차지합니다.

USB 커넥터는 여러 번의 결합/분리를 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

USB 인터페이스의 이러한 모든 기능과 장점은 이 기술이 인기를 얻는 데 결정적인 역할을 했습니다. USB 연결의 다양성으로 인해 USB 인터페이스는 이제 유비쿼터스화되어 컴퓨터의 오래된 포트를 대체하게 되었습니다.

그러나 USB 2.0의 대역폭은 더 이상 많은 최신 장치에 충분하지 않습니다. 새로운 USB 3.0 표준은 향상된 대역폭과 기타 혁신을 제공합니다. 현재 USB 3.0을 지원하는 장비와 장치는 이제 막 구현되기 시작했습니다. 그러나 연구 회사인 InStart에 따르면 새로운 표준은 2013년까지 시장의 25%를 차지할 것이라고 합니다.

안녕하세요 여러분. 때때로 사람들은 USB 3.0이 USB 2.0과 어떻게 다른지 알고 싶어하고, 때로는 컴퓨터에 있는 USB 커넥터의 버전이나 유형, USB 1.0이 어떤 종류인지 등을 알고 싶어합니다. 이 주제에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

USB 표준은 90년대 중반에 등장했습니다. 해독됨 USB방법은 이렇습니다 - 범용 직렬 버스. 이 표준은 주변 장치와 컴퓨터 간의 통신을 위해 특별히 개발되었으며 현재 모든 유형의 통신 인터페이스 중에서 선두적인 위치를 차지하고 있습니다. 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 요즘에는 USB 커넥터가 없는 장치를 상상하기 어렵습니다. 비록 이러한 커넥터의 유형은 다양하지만 말입니다.

USB 커넥터 유형

오늘날에는 상당히 많은 유형의 USB 커넥터가 있습니다. 일부는 더 일반적이고 일부는 덜 일반적입니다. 어쨌든, 그것들을 살펴보자.

USB유형-ㅏ– 가장 일반적인 유형의 USB 커넥터 중 하나입니다. 충전기 블록 등에서 본 적이 있을 것입니다. 용도가 많습니다. 도움을 받으면 마우스와 키보드를 컴퓨터(또는 기타 장치), 플래시 드라이브, 외장 드라이브, 스마트폰 등에 연결할 수 있습니다. 이 목록은 생각해 보면 오랫동안 계속될 수 있습니다.

USB유형-비– 커넥터는 주로 프린터나 기타 주변 장치를 컴퓨터에 연결하는 데 사용됩니다. USB Type-A보다 널리 보급되지 않았습니다.

미니 USB마이크로 USB가 등장하기 전에는 모바일 장치에서 매우 일반적이었습니다. 요즘에는 매우 드물지만 일부 오래된 장치에서는 여전히 찾을 수 있습니다. 휴대용 오디오 스피커의 미니 USB 커넥터는 배터리를 충전하기 위해 전기를 공급받습니다. 저는 이 스피커를 약 5년 전에 구입했습니다(내구성이 있는 것으로 나타났습니다).

마이크로 USB이제 거의 모든 제조업체의 스마트폰과 휴대폰에 사용되고 있습니다. 이 USB 커넥터는 모바일 장치 사이에서 엄청난 인기를 얻었습니다. 그러나 USB Type-C가 점차 자리를 잡아가고 있습니다.

USB 버전 1.0 – 고고학 발굴

USB 표준의 증조부는 USB 1.0 1995년 추운 11월에 태어났습니다. 그러나 그는 조금 조산되어 큰 인기를 얻지 못했습니다. 그러나 3년 뒤에 태어난 그의 남동생 USB 1.1은 좀 더 생존력 있는 표본이 되어 충분히 주목받을 수 있었다.

기술적인 부분에서는 데이터 전송 속도가 작았지만 당시 기준으로는 이 정도 속도면 충분했습니다. 속도는 최대 12Mbit/s였으며 이는 높은 처리량 모드였습니다.

USB 2.0과 USB 3.0 커넥터의 차이점

USB 2.0 및 USB 3.0은 현재 컴퓨터와 노트북의 모든 곳에서 사용되는 두 가지 완전히 현대적인 USB 표준입니다. 물론 USB 3.0은 더 새롭고 빠르며 USB 2.0 장치와도 완전히 역호환됩니다. 하지만 이 경우 속도는 USB 2.0 표준에 따른 최대 속도로 제한됩니다.

이론적으로 USB 3.0 전송 속도는 USB 2.0보다 약 10배 빠릅니다(5Gbps 대 480Mbps). 그러나 실제로는 장치 간 정보 교환 속도가 장치 자체에 의해 제한되는 경우가 많습니다. 일반적으로 USB 3.0이 여전히 승리합니다.

기술적인 차이점

USB 2.0 및 USB 3.0 표준은 이전 버전과 호환되지만 그럼에도 불구하고 몇 가지 기술적 차이가 있습니다. USB 2.0에는 4개의 핀이 있습니다. 2개는 장치 전원 공급용이고 2개는 데이터 전송용입니다. 이 4개 핀은 USB 3.0 표준에서 유지되었습니다. 그러나 그 외에도 높은 데이터 전송 속도와 빠른 장치 충전에 필요한 4개의 연락처가 더 추가되었습니다. 그런데 USB 3.0은 최대 1암페어의 전류로 작동할 수 있습니다.

결과적으로 USB 3.0 표준 케이블은 더 두꺼워졌고 이제 길이는 3미터를 넘지 않습니다(USB 2.0에서는 최대 길이가 5미터에 도달했습니다). 하지만 스플리터를 통해 여러 대의 스마트폰을 하나의 커넥터에 연결하더라도 훨씬 더 빠르게 스마트폰을 충전할 수 있습니다.

당연히 제조업체는 시각적 차이를 처리했습니다. 어떤 USB 표준을 지원하는지 확인하기 위해 마더보드 포장을 찾을 필요가 없습니다. 이 작업을 수행하기 위해 컴퓨터 설정이나 장치 관리자로 이동할 필요가 없습니다. 커넥터 색상을 살펴보세요. USB 3.0 커넥터는 거의 항상 파란색입니다. 아주 드물게 빨간색이기도 합니다. USB 2.0은 거의 항상 검은색입니다.

이제 한 눈에 노트북에 USB 2.0이 있는지 아니면 USB 3.0이 있는지 확인할 수 있습니다.

이것은 아마도 USB 2.0이 USB 3.0과 어떻게 다른지에 대한 대화의 끝일 것입니다.

결론

이 기사에서 우리는 무엇을 배웠습니까? 해당 USB는 데이터 전송 속도가 다른 데이터 전송 표준으로 구분됩니다. 또한 USB에는 커넥터 유형이 많이 있습니다.

그리고 기사에서 언급하는 것을 잊은 가장 흥미로운 점은 커넥터 유형을 다음과 같이 결합할 수 있다는 것입니다. 풀사이즈 USB A형과 풀사이즈 USB B형이 있을 수 있으며, 드물지만 마이크로 USB A형과 B형(매우 일반적)도 있습니다. USB 유형 A는 USB 2.0 프로토콜을 사용하거나 USB 3.0 프로토콜을 사용하여 작동할 수 있습니다. 일반적으로 원한다면 혼란스러울 수 있습니다.

USB 2.0 또는 USB 3.0 노트북에 어떤 커넥터를 선택하는 것이 더 나은지에 대한 질문이 걱정된다면 전혀 걱정하지 마십시오. 이제 모든 최신 노트북과 컴퓨터에는 두 가지 유형의 USB가 모두 장착되어 있습니다. 예를 들어 내 노트북에는 USB 2.0 커넥터 2개와 USB 3.0 커넥터 1개가 있습니다. 그리고 3개의 커넥터는 모두 USB Type-A입니다.

그것이 바로 USB입니다!

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두 쌍의 와이어가 포함되어 있습니다. 하나는 신호 회로(D+ 및 D-)용이고 다른 한 쌍은 회로 접지(GND) 및 +5V 전원 공급 장치(Vbus)용입니다. 허용되는 세그먼트 길이(장치에서 허브까지의 케이블)는 최대 5m입니다. 세그먼트 길이에 대한 제한은 신호 감쇠 및 도입된 지연에 따라 결정됩니다. 케이블 세그먼트를 따른 신호 전파 지연은 26ns를 초과해서는 안 됩니다. 따라서 선형 지연이 크면 허용되는 케이블 길이가 줄어들 수 있습니다. 호스트 컨트롤러에서 장치의 최대 거리는 케이블, 중간 허브 및 장치 자체로 인해 발생하는 지연에 의해 결정됩니다.

USB 1.x 케이블은 신호 회로에 90ohm 임피던스의 28AWG 연선을 사용합니다. 케이블 특성은 최대 16MHz의 주파수 범위에서 정규화됩니다. 20AWG-28AWG 구경의 꼬이지 않은 한 쌍의 전선이 전원 공급 장치로 사용됩니다. USB 1.x에는 케이블 차폐에 대한 요구 사항이 없었습니다. 저속의 경우 신호선 쌍이 풀린 케이블을 사용할 수 있지만(더 저렴하고 얇음) 길이가 3m를 초과해서는 안 됩니다.

USB 2.0 케이블은 동일한 와이어 게이지를 사용하지만 사양에는 필요한 차폐 및 관련 추가 도체가 포함된 케이블 설계가 설명되어 있습니다. 이 케이블은 HS(480Mbit/s)를 포함한 모든 속도에서 작동하는 데 적합합니다.

USB 커넥터는 장치를 쉽게 연결하고 분리할 수 있도록 설계되었습니다. 핫 플러깅을 활성화하기 위해 커넥터를 사용하면 신호 회로에 비해 전원 회로를 더 일찍 연결하고 나중에 분리할 수 있습니다. USB는 여러 유형의 커넥터를 정의합니다.

  • 유형 "A": 소켓(그림 a)은 허브의 다운스트림 포트에 설치됩니다. 이는 장치 연결을 위한 표준 포트입니다. 유형 "A" 플러그는 주변 장치 코드 또는 허브의 업스트림 포트에 설치됩니다.
  • "B" 유형: 주변 장치 및 허브의 업스트림 포트에서 연결이 끊어진 코드에 사용됩니다(일반적으로 마우스, 키보드 등의 "소형" 장치의 케이블은 연결이 끊어지지 않음). 소켓은 장치에 설치되고(그림 b), 플러그는 케이블에 설치됩니다.
  • "Mini-B" 유형(그림 c): 소형 장치의 분리 가능한 코드에 사용됩니다.
  • "Mini-A" 유형: OTG 사양에 도입된 플러그는 "mini-AB" 소켓이 있는 소형 장치의 포트에 장치를 연결하는 데 사용됩니다.
  • "Mini-AB" 유형: 소켓은 호스트(미니A 플러그가 소켓에 삽입된 경우) 또는 주변 장치(미니-B 플러그가 있는 경우)로 작동할 수 있는 이중 역할 장치의 포트에 대해 OTG 사양에 도입되었습니다. 소켓에 삽입됩니다.)

USB 커넥터의 핀 할당은 표에 나와 있습니다. 핀 번호는 위 그림에 나와 있습니다. 시스템 보드에 설치된 핀 커넥터(그림 d)는 컴퓨터 케이스의 전면 또는 후면 벽(때때로 측면 벽)에 설치된 추가 USB 커넥터를 연결하는 "브레이크아웃" 케이블용입니다. 포트는 이러한 커넥터에 쌍으로 출력되며 제조업체마다 다용도성 및 잘못된 연결 방지에 대한 접근 방식이 다릅니다. 커넥터에 맞지 않는 "유산"을 연결하면 포트가 작동하지 않게 됩니다(다행히 일반적으로 일시적임). GND 및 +5V 회로 연결 오류로 인해 공급 회로의 단락으로 인해 케이블 및 커넥터가 가열될 수 있습니다.

모든 USB 케이블은 "직선"입니다. OTG에서 장치의 역할을 식별하는 데 사용되는 ID 회로를 제외하고 동일한 이름의 커넥터 회로를 연결합니다. 미니 A 플러그에서는 핀 4(ID)가 핀 5(GND)에 연결되어 해당 플러그가 연결된 포트가 허브의 다운스트림 포트 역할을 하게 됩니다. miniB 플러그에는 그러한 연결이 없습니다.

공급된 전원의 극성 오류로 인해 연결된 장치가 손상될 수 있습니다(되돌릴 수 없음). 이러한 이유로 시스템 보드나 USB 컨트롤러 카드에 납땜된 외부 USB 커넥터가 장치를 연결하는 데 가장 안전합니다.

두 개의 와이어 D+와 D-가 신호를 전송하는 데 사용됩니다. 인터페이스의 각 측면(허브 포트 및 연결된 장치, 아래 그림 참조)에는 다음이 있습니다.

  • 데이터 수신시 출력이 사용되는 차동 수신기;
  • 제어된(전환 가능한) 차동 FS/LS 송신기 - 차동 신호 외에도 "선형 0"(SE0)을 생성하고 반이중 교환을 보장하기 위해 꺼지는 전압 소스입니다.
  • 각 신호선의 현재 상태를 보고하는 라인 수신기;
  • 장치 연결을 감지하기 위해 신호 레벨을 끌어올리는 저항기:
    - 허브의 Rd1, Rd2(15kOhm)
    - Ruf(FS/HS 장치용) 또는 Rul(LS 장치용)
  • 고속 작동을 위한 추가 항목(HS 장치에만 해당):
    - 고속을 선택할 때 Ruf 저항기를 끄는 스위치;
    - 라인 및 부하와의 조정을 보장하는 차동 트랜스미터 출력의 직렬 저항 Rz1 및 Rz2
    - 제어된 차동 전류원;
    - 신호 진폭 검출기;
    - 종료 감지기(허브의 다운스트림 포트에만 해당)

정적 모드의 FS/LS 송신기 신호 레벨은 0.3V(낮음) 미만이거나 2.8V(높음) 이상이어야 합니다. 수신기는 -0.5~+3.8V 범위의 입력 전압을 견뎌야 합니다. 차동 수신기의 감도는 0.8~2.5V의 공통 모드 전압에서 200mV입니다. 선형 수신기는 하한 임계값이 0.8V이고 상한 임계값을 갖는 히스테리시스를 가져야 합니다. 2V의 임계값.

2선 USB 전송은 차동 신호에만 국한되지 않습니다. 수신기와 송신기는 하드웨어 인터페이스를 설정하는 데 사용되는 다양한 회선 상태와 명령을 허용합니다. 이 경우 전기 신호의 레벨뿐만 아니라 특정 상태에 남아 있는 시간도 고려됩니다. 수신기 입력의 전압 레벨에 따라 다음 신호가 구별됩니다.

  • 차이0: (D+) - (D-) > 200mV((D+) > 2V에서);
  • 차이1: (D-) - (D+) > 200mV((D-) > 2V에서);
  • SE0(단일 종단 제로): (D+)< 0,8 В и (D-) < 0,8 В.

Diff0 및 Diff1 신호는 데이터를 전송하는 데 사용되며 J(데이터 J 상태) 및 K(데이터 K 상태) 상태를 인코딩합니다. 최고 속도 및 고속에서 J 상태는 Diff1 신호에 해당하고 K 상태는 Diff0 신호에 해당합니다. 저속에서는 할당이 반대입니다(J - Diff0 및 K - Diff1). 직렬 정보 전송은 NRZI 코딩을 사용하여 수행됩니다(아래 그림 참조). 비트 간격의 시작 부분에서 0 비트를 전송하면 신호 상태(J 또는 K)가 반대로 변경됩니다. 하나를 전송할 때 변경되지 않습니다. 비트 간격의 지속 시간은 공칭 전송 주파수에 의해 결정됩니다. 저속(LS, 1.5Mbit/s)의 경우 0.666... ​​​μs; 전체(FS, 12Mbit/s)의 경우 83.3...ns, 높음(HS, 480Mbit/s)의 경우 2.0833...ns.

FS/LS의 버스 유휴 상태는 장기 J 상태에 해당하고 HS의 경우 SE0 상태에 해당합니다.

패킷의 시작은 나머지 상태에서 K 상태로의 전환으로 표시됩니다. 이는 동기화 시퀀스(Sync)의 첫 번째 비트인 K 상태로, NRZI에서 상태(J 및 K)를 전환하여 인코딩되는 0의 시퀀스입니다. 각 비트 간격의 시작. 동기화 시퀀스를 통해 수신기는 원하는 주파수와 동기화 위상을 조정할 수 있습니다. 동기화 시퀀스는 단일 비트(상태 변경 없음)로 끝나고, 후속 비트는 패킷의 식별자와 본문을 나타냅니다. HS에서는 동기화 시퀀스의 초기 부분이 허브에 의해 손실될 수 있습니다(신호 감지기에 대한 응답 지연으로 인해). 이를 고려하여 HS의 동기화 시퀀스는 32비트(마지막 1비트 포함)로 확장되었습니다. 각각 최대 4개의 동기화 비트를 잃을 수 있는 5개의 허브를 통과하면 동기화 시퀀스를 12비트로 줄일 수 있습니다.

단조로운 신호(긴 단위 시퀀스를 전송할 때)에서 동기화가 손실되지 않도록 하기 위해 비트 스터핑 기술이 사용됩니다. 매 6개의 연속 단위 후에 송신기는 "0"을 삽입하고 수신기는 삽입된 비트를 삭제합니다. 연속으로 6개 이상 수신되면 비트 스터핑 오류로 간주됩니다.

FS/LS의 EOP(End of Packet)는 2비트 간격으로 지속되는 SE0 신호로 표시되고 이어서 버스 유휴 상태로 전환됩니다. HS에서는 EOP 플래그에 비트 스터핑 규칙 위반이 사용됩니다. 여기서 EOP는 비트 삽입 없이 시퀀스 01111111을 전송하는 것이다. 일곱 번째 단위를 수신하면 HS에서 패킷 끝의 신호인 비트 삽입 오류 표시가 발생합니다. 이 경우 일반 패킷은 수신된 바이트 수(이 조건은 확인되지 않을 수 있음)와 올바른 CRC 값에 따라 실제로 잘못된 패킷과 다릅니다. EOP의 선행 0(상태 변경 유발)을 사용하면 패킷 본문의 경계를 정확하게 결정하기가 더 쉽습니다. SOF 패킷에서 EOP 필드는 장치 연결 끊김을 감지하기 위해 40비트로 확장됩니다.

고속(480Mbps - 기가비트 이더넷보다 2배만 느림)을 위해서는 트랜시버와 통신 회선의 세심한 조정이 필요합니다. 신호선용 차폐 연선 케이블만 이 속도로 작동할 수 있습니다. 고속을 위해서는 USB 장비에 추가적인 특수 트랜시버가 있어야 합니다. USB 인터페이스 칩에서 커넥터(또는 케이블 연결)까지 장치 인쇄 회로 기판의 배선에는 엄격한 요구 사항이 적용됩니다(최대 길이, 신호 도체 길이 일치, 다른 신호 회로와의 거리, 주변 접지).

FS 및 LS 모드의 전위 셰이퍼와 달리 HS 송신기는 두 신호 라인 모두에 터미네이터 저항이 존재하도록 지향된 전류 소스입니다. 터미네이터의 역할은 저항기 Rz1 및 Rz2에 의해 수행됩니다(그림 12.2 참조). HS에서 작동할 때 차동 송신기 FS/LS는 SE0을 형성합니다. 즉, 출력이 모두 접지되고 이 저항기는 부하로 나타납니다. D+ 및 D- 라인. 저항(송신기의 출력 임피던스를 고려)은 2×45 = 90옴이며, 이는 라인의 특성 임피던스(90옴)와의 일치를 보장합니다. 장치 재설정 프로세스 중에 HS 모드의 상호 핸드셰이크가 성공적으로 수행된 후 장치와 허브는 HS 터미네이터를 활성화하고 Ruf를 비활성화합니다.

차동 전류 송신기는 22.5Ω 부하를 통해 흐르는 공칭 값 17.78mA의 전류 펄스를 생성합니다(각 신호 라인의 양쪽 끝에 있는 두 개의 부하 저항이 병렬로 연결됨). J 신호가 전송되면 D+ 라인에 전류가 흐르고, K 신호가 전송되면 D- 라인에 전류가 전달됩니다. 이는 약 ±400mV의 차동 전송 신호를 제공합니다.

신호는 감쇠된 차동 수신기의 입력에 도달합니다. 노이즈의 영향을 제거하기 위해 임계값이 100-150mV인 신호 진폭 검출기가 장치 회로에 도입되었습니다. 차동 수신기의 신호는 신호 진폭 감지기가 트리거될 때까지 무시됩니다(USB 사양에서는 이 기술을 수신기 스퀠치라고 함). 진폭 검출기 활성화부터 차동 수신기 활성화까지 최대 4bt의 지연이 있을 수 있지만 이는 패킷 시작 부분에서 수신된 동기화 시퀀스의 길이만 감소하게 됩니다.

HS 신호의 정적(레벨) 및 동적(지속 시간 및 상승 및 하강 시간) 매개변수에 대한 엄격한 요구 사항이 있으며 신호가 맞아야 하는 특별한 아이 패턴이 있습니다. 광대역(1GHz 미만) 차동 오실로스코프 및 발생기를 테스트에 사용할 수 있습니다. 특수 USB 2.0 장치 테스터도 생산됩니다. HS 장치(허브 포함)를 테스트하기 위해 USB 2.0은 선택한 포트를 테스트 모드로 전환하는 특수 제어 요청을 정의합니다. 다음 테스트는 표준 쿼리에 정의되어 있습니다.

허브는 라인 D+ 및 D-의 전압 레벨을 기반으로 장치 연결을 감지합니다.

  • 장치가 꺼지면 D+ 및 D- 라인의 신호 레벨이 낮습니다(SE0 상태). 이는 허브의 저항 Rd1 및 Rd2로 인해 발생합니다.
  • LS 장치가 연결되면 장치의 Rul 저항으로 인해 D- 신호 레벨이 증가합니다(LS-Idle 상태로 전환).
  • FS/HS 장치를 연결하면 장치의 Rul 저항으로 인해 D+ 신호 레벨이 증가합니다(FS-Idle 상태로 전환).

연결을 감지하고 FS 및 LS 장치를 재설정하는 순서는 각각 그림 a와 b에 나와 있습니다. 허브는 다운스트림 포트 신호와 신호가 변경될 때 이를 모니터링합니다. 상태 변화를 감지한 후 시스템 소프트웨어는 약 100ms(신호가 진정되는 시간)를 기다리고 포트 상태를 확인합니다. 연결 사실과 장치 유형(LS 또는 FS/HS)을 감지한 후 소프트웨어는 이 포트에 대한 버스 재설정 명령을 발행합니다.

버스 재설정(Bus Reset 명령)을 수행하기 위해 허브는 장치(D+ 또는 D)에서 발생하는 신호 레벨을 10~20ms 동안 낮춥니다(즉, 10~20ms 동안 SE0 신호를 공급합니다). 이 재설정 후 10ms 후에 장치는 구성 준비가 되어야 합니다(장치 주소 0에서 EP0에 대한 호출에만 응답).

HS 장치의 버스 재설정은 속도 협상 프로토콜을 시작합니다. 재설정 신호와 마찬가지로 연결되면 HS 장치는 회로를 FS 상태로 설정합니다(터미네이터 비활성화 및 Ruf 활성화). 따라서 처음에는 HS 장치가 허브의 관점에서 FS 장치처럼 보입니다. 속도를 일치시키기 위해 소위 "처프 시퀀스"가 사용됩니다. 재설정 허브(D+ 라인 접지)에 의해 도입된 SE0 상태에 응답하여 HS 장치는 차동 전류에 "처프-K" 상태를 도입합니다. (현재 펄스를 라인 D-에 방출함으로써). HS 허브는 D+ 라인의 임펄스로 이 임펄스에 반응하여 "chirp-J" 상태를 얻습니다. 이러한 충동 교환은 두 번 더 반복됩니다. 성공적인 협상 후 장치와 허브 모두 HS 작동 모드를 수락합니다(그리고 Ruf 저항기는 꺼집니다). 이 모든 "처핑"에는 10~20ms가 소요되며, 그 후 버스는 HS-Idle 상태(긴 SE0 신호)로 전환됩니다. 이제 호스트는 연결된 장치(FS 또는 HS)의 모드를 명확히 하기 위해 허브 포트의 상태를 다시 폴링해야 합니다. HS 장치가 FS 포트에 연결된 경우 허브는 장치의 "삐" 소리에 응답하지 않습니다.

FS/LS 장치의 연결 끊김은 장기간(2μs 이상) SE0 상태만으로 허브에서 감지됩니다. 허브는 이 사실을 시스템 소프트웨어(USBD)에 알려 해당 장치가 모든 작업 목록에서 제외되도록 합니다. 이러한 방식으로 HS 장치를 비활성화하는 것은 감지할 수 없습니다. 장치 연결이 끊어지면 버스(SE0)의 상태가 변경되지 않기 때문입니다. 연결 끊김을 감지하기 위해 HS 장치는 회선 일관성이 손실될 때 신호 반사 효과를 사용합니다. 특히 이러한 목적을 위해 허브 회로에 추가 셧다운 감지기가 도입되었으며, SOF 마이크로프레임 마커에서는 EOP 속성(0111...111)이 40비트 간격으로 확장되었습니다. SOF를 고속 포트에 브로드캐스트함으로써 단선 감지기가 J 신호 레벨을 모니터링하고 임계값(625mV 차동 신호)을 초과하면 반대편에는 부하가 없는 즉, 장치의 연결이 끊어집니다. 장치가 내부적으로 종료될 수 있고 장치 케이블(2x26ns)의 지연으로 인해 반사된 신호가 최대 25ns까지 지연될 수 있으므로 EOP 확장이 필요합니다. 오버헤드를 줄이기 위해 이 EOP 확장은 125μs마다 한 번만 발생하는 SOF 패킷에 대해서만 만들어졌습니다.

허브는 긴 휴식 상태(버스 유휴)로 장치를 일시 중단하라는 명령(일시 중단)을 보냅니다. 동시에 이 명령이 실행되는 포트에 대한 마이크로프레임 마커를 포함한 모든 프레임 브로드캐스팅을 중지해야 합니다. 프레임 마커는 LS 모드에서 작동하는 포트에 브로드캐스트되지 않습니다. 유용한 트래픽이 없을 때 LS 장치가 일시 중지되지 않도록 허브는 SOF 마커 대신 동일한 주기(1.33μs의 경우 SE0)로 LS-EOP 신호를 보냅니다. 일시 중지는 최소 20ms 동안 수행됩니다. 이 시간 동안 장치는 일시 중지 상태로 들어가 재개 신호를 수신할 준비가 될 시간이 있어야 합니다.

허브는 HS 포트를 3ms 동안 일시 중지(SE0)하라는 명령을 보낸 후 회로를 FS 모드(터미네이터 비활성화)로 전환하지만 포트가 HS 모드에 있다는 것을 기억합니다. HS 장치의 경우 일시중단 명령은 처음에는 재설정과 구별되지 않습니다. 이를 구별하기 위해 3~3.125ms의 연속 SE0 상태 후에 HS 장치는 회로를 FS 모드로 전환합니다(터미네이터를 끄고 Ruf를 켭니다). 다음으로 100-875μs 후에 장치는 라인 상태를 확인합니다. D+ 및 D- 라인이 모두 로우이면 허브가 재설정 명령을 내린 것입니다(그리고 장치는 처프 시퀀스를 수행해야 합니다). D+가 높고 D-가 낮으면(FS-Idle) 이는 일시 중지하라는 신호입니다. 따라서 버스의 신호 상태에 따라 서스펜션은 LS/FS 나머지, 즉 J 상태처럼 보입니다.

작업 재개(resume) 신호는 장치를 "활성화"하는 데 충분한 오랜 시간(20ms) 동안 버스를 K 상태로 전환한 후 허브가 LS-EOP 신호(1.33의 경우 SE0)를 전송하는 것입니다. .. µs). 이후 버스는 적절한 속도로 휴지 상태가 되며 트래픽 전송이 시작됩니다. 재개 신호는 허브와 일시 중단된 장치 모두에서 발행될 수 있습니다. 후자의 경우를 원격 깨우기라고 합니다. 재개 신호가 발생하면 HS 모드에서 작동하는 장치와 해당 허브 포트는 아무런 조정 없이 회로를 HS 모드로 전환합니다(모드를 기억함).

원격 깨우기 - 원격 깨우기는 USB에서 장치(호스트가 아님)가 신호를 주도하는 유일한 경우입니다. 웨이크업 신호는 버스가 FS/LS 상태 J(D+ 또는 D-가 저항기에 의해 풀업됨)에 있는 정지 장치에 의해서만 제공될 수 있습니다. 웨이크업 신호를 보내기 위해 장치는 일정 시간(1~15ms) 동안 상태 K를 생성합니다. 이 K 상태는 허브에서 재개 신호로 인식되어 업스트림 포트와 허용된 모든 다운스트림 포트(해당 포트 포함)로 전송됩니다. 이 신호가 왔습니다.



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