与USB数据流类型对应,USB有4种基本的传输类型,它们是: (1) 控制传输
控制(Control)传输是双向的,它的传输有2~3个阶段:Setup阶段,Data阶段(可有可无)和Status阶段。在Setup阶段,主机送命令给设备;在Data阶段,传输的是Setup阶段所设定的数据;Status阶段,设备返回握手信号给主机。
USB协议规定每一个USB设备必须要用端点0来完成控制传送,它用在当USB设备第一次被USB主机检测到时和USB主机交换信息。提供设备配置、对外设设定、传送状态这类双向通信。传输过程中若发生错误,则需重传。
Control传输主要是作配置设备用的,也可以作设备的其他特殊用途。例如,对数字相机设备,可以传送暂停、继续、停止等控制信号。 (2) 批传输
批(Bulk)传输可以是单向,也可心是双向。它用于传送大批数据,这种数据的时间性不强,但要确保数据的正确性。在包的传输过程中,出现错误,则重传。其典型的应用是扫描仪,打印机,静态图片输入。 (3) 中断传输
中断(Interrupt)传输是单向,且仅输入到主机,它用于不固定的、少量的数据传送。当设备需要主机动性为其服务时,向主机发送此类信息以通知主机,像键盘、鼠标之类的输入设备采用这种方式。USB的中断是Polling(查询)类型。主机要频繁地请求端点输入。USB设备在满速情况下,其端点Polling周期为1~255ms;对于低速成情况,Polling周期为10~255ms。因此,最快的Polling频率是1kHz。在信息的传输过程中,如果出现错误,则需将在下一个Polling中重传。 (4) 等时传输
等时(Isochronous)(同步)传输可以单向也可以双向,用于传送边连续性、实时的数据。这种方式的特点是要求传输速率固定(恒定),时间性强,忽略传送错误,即传输中数据出错也不重传。因为这样会影响传输速率。传送的最大数据包是1024B/ms。视频设备、数
字声音设备和数字相机采用这种方式。 2. USB的主要特点
(1) 用一种连接器类型连接多种外设 (2) 用一个接口连接大量的外设 (3) 连接简单快速 (4) 总线提供电源 (5) 速度加快了
7.4.1 总线控制
现代微机系统中,总线的层次化结构发展十分迅速。
层次化总线结构主要分3个层次:微机处理器总线(或称Host Bus)、局部总线(以PCI总线为主)、系统总线(如ISA总线)。
三级总线中,微处理器总线提供了系统原始的控制、命令等信号以及与系统中各功能部件传输代码的最高速度的通路,以印刷电路的形式颁在主板上微处理器周围。局部总线(PCI)和系统总线(ISA)均是作为输入/输出(I/O)设备接口与系统互连的扩展总线,其终端是两种不同的边缘接触型插座,PCI与ISA型I/O接口模块(卡)插入这些插座上就实现了这些扩展模块与系统的互连。按照传统的概念,PCI总线由于离微机处理器较“近”,习惯称之为“局部总线”,ISA总线与微处理器之间隔着PCI总线,习惯称之为系统总线(标准总线)。
实际上,PCI总线是为了适应高速I/O设备的需求而产生的一个总线层次,而ISA总线是为了延续老的\\低速I/O设备接口卡的寿命而保留的一个总线层次。由于
PCI总线的高性能价格比及跨平台特点,它今后将成为不同平台的PC微机乃至工作站的标准系统总线。
随着PCI总线的推出和应用,在计算机系统中允许多种总线共同工作。因此,在继多处理器、多媒体概念之后,又出现了多总线的概念。3个层次总线的频宽不同,控制协
议不同,在实现互连时层与层之间必须有“桥梁”过渡。
总线之间的所谓桥,简单来说就是一个总线转换器,它实现各类微处理器总线到PCI总线、各类标准总线到PCI总线的连接,并允许它们之间相互通信。因此,桥的两端必有一端与PCI总线连接,另一端可接不同的微处理器总线或标准总线,可见,桥是不对称的。桥的内部包含有一些相当复杂的兼容协议的单元电路,也可以与内存控制器或外设控制器包装在一起。实现这些总线桥接功能的是一组大规模集成专用电路,称之为PCI总线芯片组(Chipset)或PCI总线组件。
随着微处理器性能的迅速提高及产品种类增多,在保持PC机主板的组织结构不变的前提下,只改变这些芯片组的设计即可使系统适应不同微处理器的要求。为了使高速外设能直接与PCI总线桥接,一些外设专业厂商开发和推出了一大批新的
PCI总线的外设控制器大规模集成芯片。以这些芯片为基础,生产出许多PCI总线外设插卡,如视频图像卡、高速网络卡、多媒体卡以及高速外存储设备卡(SCSI控制器,IDE控制卡)等。这些芯片具有独立的处理能力,并带有PCI接口,使高速外高能直接挂到PCI局部总线上,共享PCI局部总线提供的各种性能优越的服务,大大提高了系统的性能。
7.4.2 总线通信
系统总线最基本的任务就是传送数据,这里的“数据”包括程序指令、运算处理的数据、设备的控制命令和状态字及设备的输入/输出数据。而系统总线上的数据是在主模块的控制下进行的,主模块有控制总线的能力,例如CPU及DMA模块。从模块则没有控制总线的能力,但它可对总线上传来的地址信号进行地址译码,并且接受和执行总线主模块的命令。
1. 总线完成1次数据传输周期,一般分为4个阶段: (1) 申请阶段: (2) 寻址阶段: (3) 传数阶段:
(4) 结束阶段:
2. 主模块和从模块之间的数据传输过程的握手方式有4种: (1) 同步方式 (2) 异步方式 (3) 半同步方式 (4) 分离方式
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