Presentacion USB

EL54D - Taller de Diseño de Sistemas Digitales Primavera 2008

Protocolo USB y USB Flash Drive

Rodrigo Alarcón R.


Agenda

1.- Definiciones de USB y USB Flash Drive.

2.- Protocolos USB 1.1 y 2.0.

3.- Estructura Interna de USB Flash Drive.

4.- USB Flash Drive v/s Otras formas de memoria portátil.

5.- Desarrollo Actual: USB 3.0


1.- Definiciones

� USB� Estándar de Bus Serial creado para interconectar dispositivos de E/S al computador.

� USB Flash Drive.� Dispositivo de Almacenamiento de Datos integrado con un conector USB.

� Utiliza Memoria Flash (tipo especial de EEPROM)

� Capacidad de Almacenamiento hasta 64 GB


Ejemplos


2.- Protocolos USB

� Hasta el momento se han desarrollado dos

versiones masivas del protocolo USB:

� Protocolo USB 1.1 (1998)

� Protocolo USB 2.0 (2000)


Protocolo USB 1.1

� Nivel Físico:

� Velocidad:� Low Speed: 1.5 Mbits/s en teclados, mouse, joysticks, entre otros.

� Full Speed: 12 Mbits/s (1.5 MB/s).

� Niveles Lógicos:� Nivel Bajo: 0.0 – 0.3 [V]

� Nivel Alto: 2.8 – 3.6 [V]

� Codificación:� NRZI (Non Return to Zero Inverted) con Bit Stuffing


Protocolo USB 1.1

� Conectores:� Standard-A y Standard-B, conector macho y conector hembra.

� Terminales:

GroundNegroGND4

Data +VerdeD+3

Data -BlancoD-2

+5VRojoVcc1

DescripciónColorID Pin


Protocolo USB 1.1

� Topología:� Existe un único Host al cual se conectan los dispositivos en topología estrella.

� Se permite la conexión de hasta 127 dispositivos.

� Se permiten hasta 5 niveles anidados mediante Hubspara extender la cantidad de puertos disponibles.


Protocolo USB 1.1

� Topología:


Protocolo USB 1.1

� Nivel Lógico:� Al conectar un nuevo dispositivo

�� Host USB interrumpe al SO

� El SO consulta al dispositivo:

��¿Qué es? ¿Qué ancho de banda necesita?

� Si existe suficiente ancho de banda:

�� SO asigna una dirección única (1-127)

�� Esta dirección la ubica en los registros de configuración del dispositivo.


Protocolo USB 1.1� La transmisión a través del Host se realiza mediante tramas bidireccionales cada 1.00 [ms] ± 500 [ns]

� Cada trama contiene uno o más paquetes


Protocolo USB 1.1

� Tipos de Tramas:� De control:

� Configurar dispositivos, dar órdenes y preguntar por su estado.

� Isocrónicas: � Para dispositivos en tiempo real que necesitan enviar o aceptar datos a intervalos precisos.

� De volumen (Bulk): � Transferencias grandes, que no requieren tiempo real.

� De interrupción: � Necesarias pues USB no reconoce interrupciones


Protocolo USB 1.1

� Tipos de Paquetes:� Start of Frame:

� Indica el inicio de una nueva trama: SOF

� Token:� Tipo de transacción a realizar en la trama: IN, OUT, SETUP

� Datos: � Transmiten hasta 1024 bytes de información: Data0, Data1

� Handshake: � Para confirmar datos o reportar errores: ACK, NAK, STALL


Protocolo USB 1.1


Protocolo USB 2.0

� Nivel Físico:� Velocidad:

� Incorpora Hi - Speed: 480 Mbit/s. (60 MB/s)

� Niveles Lógicos:� Nivel Bajo: - 400 [mV]

� Nivel Alto: +400 [mV]

� Codificación:� NRZI (Non Return to Zero Inverted) con Bit Stuffing

� Optimiza el Ancho de banda:� Permite conexión de dispositivos más lentos sin afectar la velocidad global.


Protocolo USB 2.0

� Conectores:� Incorpora Mini-B, conector macho y conector hembra.

� Terminales:

GroundNegroGND5

NingunoID4

Data +VerdeD+3

Data -BlancoD-2

+5VRojoVcc1

DescripciónColorID Pin


Protocolo USB 2.0

� Nivel Lógico:

� Tramas:

�Mantiene los tipos de tramas y de paquetes

existentes en USB 1.1

�Adicionalmente, define un tiempo de microtrama de

125 [µµµµs] ± 62.5 [ns]

�Añade paquetes nuevos, para implementar las nuevas

funciones y protocolos que se han incorporado.


3.- Estructura Interna de USB Flash

DriveEstá compuesto por:

1. Conector USB macho tipo A

2. Controlador USB de almacenamiento masivo.

3. Puntos de Test

4. Chip de Memoria Flash

5. Oscilador de Cristal: reloj principal del dispositivo

6. LED

7. Interruptor de Seguridad contra escrituras

8. Espacio disponible para segundo chip de memoria Flash.


Estructura Interna de USB Flash Drive

� Memoria Flash:

� Memoria de tipo EEPROM que se borra y se programa

en grandes bloques.

� Controlador USB Masivo:

� Implementa el controlador USB

� Contiene un pequeño procesador RISC

� Pequeño número de memorias RAM y ROM.


Estructura Interna de USB Flash Drive

� ¿Cómo funciona el Controlador USB Masivo?

� Implementa los protocolos de comunicación definidos para dispositivos de almacenamiento que se conectan mediante USB.

� Cada SO puede leer los dispositivos de almacenamiento masivo, mediante un soporte nativo, sin necesidad de DriversAdicionales.

� Esto permite, que el SO detecte el dispositivo y lo trate tal cual si fuese un Disco Duro. (Leer, Escribir, Formatear en cualquier sistema de archivos).


4.- USB Flash Drive v/s Otras formas

de memoria portátil

� Medios Ópticos (CD, DVD)� Ventajas:

� Son de menor costo

� Desventajas:

� Menor velocidad de Lectura.

� Dado su tamaño, son de menor portabilidad.


USB Flash Drive v/s Otras formas de

memoria portátil

� Disco Duro Externo� Ventajas:

� En sectores consecutivos, la tasa de lectura de datos mucho mayor.

� Dado un tamaño de capacidad, éstos alcanzan costos menores a los de los USB Flash Drive.

� Desventajas:

� Son más frágiles, más vulnerables a la exposición de campos magnéticos.

� La fragmentación puede reducir significativamente el desempeño del Disco Duro.


5.- Desarrollo Actual: USB 3.0

� Especificación para eXtensible Host ControllerInterface (xHCI) publicada el 13 de Agosto de 2008

� Permite tasas de 4.8 Gbits/s (600 MB/s)

� Para esto utilizará pines adicionales, pero manteniendo la compatibilidad con USB 2.0


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Rodrigo Alarcón R.

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