USB-интерфейс. 
Автоматизация процесса передачи информации с бортового регистратора на стационарный комплекс обработки

В четвертой главе данного дипломного проекта будет производиться написание ППП для стенда тестирования РПДП. На этом стенде будет осуществляться подключение к CAN по USB, поэтому было решено изучить USB-интерфейс.

USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры РС-компьютера.

Архитектура USB определяется следующими критериями:

• * легко реализуемое расширение периферии РС-компьютера;
• * скорость передачи до 12 Мбит/с (версия 1.1), до 480 Мбит/с (версия 2.0), до 4,8 Гбит/с (версия 3.0);
• *возможность интеграции в РС-компьютерах любых размеров и конфигураций;
• * легкое создание устройств-расширений РС-компьютеров.

С точки зрения пользователя важными параметрами USB являются следующие:

• * простота подключения к РС-компьютеру, т. е. невозможно неправильно подключить устройство;
• * не требуется выключать питание перед подключением из-за особенностей конструкции разъемов;
• * скрытие подробностей электрического подключения от конечного пользователя;
• * самоидентифицирующиеся периферийные устройства (Plug & Play);
• * возможность динамического подключения периферийных устройств;
• * малопотребляющие устройства (до 500 ма) могут получать питание прямо от USB-шины.

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центром каждой звезды является хаб (обеспечивает дополнительные точки подключения). Каждый кабельный сегмент соединяет две точки — хаб с другим хабом или функцией (представляет собой конечное периферийное устройство). В системе имеется, причем только один, хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды функций и хабов и управляющий работой всей системой. Хост-контроллер интегрируется с корневым хабом (Root Hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения — портов. Контроллер USB, входящий в состав чипсетов, обычно имеет встроенный двухпортовый корневой хаб.

Логически устройство, подключенное к любому порту хаба USB может рассматриваться как непосредственно подключенное к хост-контроллеру. Таким образом, точка подключения устройства не важна.

Хост-контроллер производит распределение пропускной способности шины между устройствами. USB-шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Функции представляют собой устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Типично функции представляют собой отдельные периферийные устройства, подключенные к порту хаба USB кабелем. Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности устройства и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом — ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации.

Хаб представляет собой кабельный концентратор. Точки подключения называются портами хаба. Каждый хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура допускает соединение нескольких хабов. У каждого хаба имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хабу верхнего уровня и один или несколько нисходящих портов (Downstream Port), предназначенных для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб распознает подключение и отключение устройств и управляет подачей питания на нисходящие сегменты.

Для избавления программиста от рутинной работы по написанию драйвера, в некоторые операционные системы заведомо входят низкоуровневые драйвера. В систему Windows входят:

• · драйвер хост-контроллера (USB Bus Driver) отвечает за управление транзакциями, питанием и распознаванием устройств;
• · драйвер шины (USB Bus Driver) отвечает за управление транзакциями, питанием и распознаванием устройств;
• · драйвер класса (Class driver).

С точки зрения программиста наибольший интерес представляют драйвер классаи интерфейс обращения к этому драйверу. Здесь операционная система делает шаг на пути к унификации интерфейсов. Все USB-устройства делятся на группы (хабы, HID-устройства, аудио, устройства хранения данных, принтеры, устройства коммуникации), согласно общим свойствам, выполняемым функциям и требованиям к ресурсам. Для каждой группы устройств Windows предоставляет отдельный драйвер, который автоматически устанавливается при обнаружении принадлежности устройства к одной из групп. Таким образом, в большинстве случаев никаких драйверов не требуется[9].

USB HID (human interface device) class— класс устройствUSBдля взаимодействия с человеком. Этот класс включает в себя такие устройства какклавиатура, мышь, игровой контроллер. Это один из первых USB классов, поддерживаемых операционной системой Windows. HID устройство кроме ввода данных в компьютер может и получать их от него. При необходимости отправки данных на HID устройство необходимо инициировать соединение с этим устройством и далее работать с ним как с обычным файлом [13].

Вывод

В данной главе был произведен обзор основных технологий передачи данных. Для осуществления процесса обмена информацией между компьютером и поездом было решено изучить существующие технологии беспроводной передачи данных с целью последующего выбора наиболее подходящей (2 глава). Помимо беспроводных технологий физического уровня, были рассмотрены технологии канального уровня (Ethernet, Frame Relay, ATM).

В данном разделе были также рассмотрены основные технологии идентификации объектов. Среди них особое внимание было уделено радиочастотной и оптической идентификации, которые можно использовать для инициирования соединения стационарного пункта управления с регистратором параметров движения поезда (РПДР).