Gerçekten bir “USB iletişim protokolü” var mı?

Wikipedia'ya göre , USB:

Bilgisayar ve elektronik cihazlar arasında bağlantı, iletişim ve güç kaynağı için veriyolunda kullanılan kabloları, konektörleri ve iletişim protokollerini tanımlar.

Ama gerçekten bir "USB iletişim protokolü " var mı? Benim anlayışım şudur:

1. Bir USB cihazını makineye bağlarsınız (örneğin, Ubuntu veya herhangi bir Linux türü)
2. Linux, bu aygıtın aygıt sürücüsünü bulur (bir şekilde - eğer biliyorsanız bonus !) Ve yükler
3. Cihaz şimdi altında bağlı /dev/theDevice
4. Kullanıcı alanı uygulamaları artık okuyabilir / yazabilir /dev/theDeviceve sürücü düşük seviye IO'yu temeldeki cihaza / donanıma bağlar

Bana göre, bu akışta hiçbir yerde bir "USB iletişim protokolü" görünmüyor. Anlayışım doğruysa, USB sadece PC ile cihaz arasındaki elektrik kablosudur.

Burada yanlış mıyım? USB, yukarıdaki debinin altını çizen bir çeşit düşük seviye protokolü kullanıyor mu? Eğer öyleyse, nedir ve 30.000 fitlik bir bakış açısıyla nasıl çalışıyor?

Evet, bkz. USB protokolleri

Anladığım kadarıyla, USB spec karmaşık bir katmanlı protokol seti ve cihaz profili tanımlar.

Örneğin, USB aygıtları yığın depolama, klavye (veya İnsan Arabirim Cihazı, vb.) Gibi üst düzey şablonlara uyabilir ve genel bir aygıt sürücüsü tarafından yönetilebilir. Bazı USB aygıtları, işletim sistemi düşük seviye USB desteğinin aygıta özgü daha yüksek sürücü sürücülerine ihtiyaç duyduğunu algılayabileceği şekilde daha düşük düzeyde iletişim kurabilir.

Soru: Uygulamada düşük seviyeli bir USB iletişim protokolü var mı ve nedir?

Cevap:

Evet var, USB özelliği veri yolunun bit düzeyinde nasıl kullanıldığını tanımlayan USB protokolünü içeriyor . Bu, daha yüksek seviyeli protokollerin, yani yığın depolama, HID vb.

USB protokolünün nasıl çalıştığı hakkında ayrıntılı bilgi için, bu OSDev wiki yardımcı olur. USB protokolü başına çeşitli veri işlemlerini tanımlamak için dizi diyagramlarını kullanarak başka ilginç bir açıklama .

Bonus Soru: Linux, bu aygıtın aygıt sürücüsünü nasıl bulur ve yükler?

Bonus cevabı:

'Linux'ta USB etkin bir çekirdek kullanıldığında, USB spesifikasyonu nedeniyle donanım ve çekirdek aracılığıyla çalışan bir USB cihazı algılanacaktır . Donanım tarafında algılama, USB Host Controller tarafından yapılır. Daha sonra çekirdekte Ana Bilgisayar Denetleyici Sürücüsü devraldı ve kablodaki düşük düzeyli bitleri USB protokolü formatlı bilgilere dönüştürür. Bu bilgiler daha sonra çekirdekteki USB çekirdek sürücüsünde doldurulur. '

Linux bağlamında sorunuzla ilgili çok daha fazla ayrıntı ve netliğe sahip olan bu mükemmel opensourceforu makalesinden de alıntı yaptım .

Neredeyse diğer tüm iletişim arabirimi türlerinde olduğu gibi, USB protokol yığını olarak uygulanır. Bu yığın içerisindeki tüm ya da çoklu cihaz tipleri için ortak olan seviyeler, hem uyumluluğu mümkün kılan hem de her cihazın yedek protokol tasarımı yapmasını önleyen USB standartları tarafından tanımlanır. Ayrıca, protokolün her katmanı, bir sonraki katmanın endişelenmeye gerek duymadığı ayrıntıları soyutlar. Bu nedenle, cihaza özel bir katman yazdığınızda, yalnızca A noktasından B noktasına kadar veri alan genel 'gönderme' ve 'alma' işlevlerine sahip olursunuz. bu nasıl olur. Ayrıca, protokol yığını içindeki düşük seviyeler, üstlerindeki katmana ortak bir arabirim gösterdiği sürece uygulamayı değiştirebilir. Bu şekilde, protokol yığınının bir kısmı değiştiğinde yığının geri kalanının mutlaka değişmesi gerekmez.Hangi protokol istifin daha düşük bir seviyesinde kullanılıyor? Genel olarak konuşursak, istifin arkasındaki her bir katman, bir mesaj gönderilirken, bir sonraki en yüksek katman tarafından üretilen kendi yükü alanı içinde üretilen mesajı içerecektir. Bir mesaj alındığında, her bir katman o katmanla ilgili kısmı soyar ve yükünü istifin üstündeki bir sonraki uygun katmana iletir. Bu sadece USB için değil, hemen hemen her iletişim veriyolu için de geçerlidir. Örneğin, TCP / IP / Ethernet yığını muhtemelen bunlardan en yaygın kullanılanıdır. Katmanların verildiği görevler genellikle sorumludur, OSI modeli gibi modellerde açıklanmıştır .

USB'de voltaj durumlarını / zamanlamasını / vb. Tanımlayan fiziksel bir katman protokolü vardır. Telin üzerinde ve nasıl yorumlanmaları gerektiği hakkında. Bu protokolün belli bir cihaza özgü olmayan USB standartlarının bir parçası olması gerektiği açıktır (özellikle de ev sahibi belirli bir USB portuna ne tür bir cihazın takılacağını bilmenin hiçbir yolu olmadığından).

Daha sonra, otobüste kiminle konuşabileceğini açıklamak için kullanılan bir otobüs yönetimi protokolü var. Bu OSI modelinde medya erişim katmanı olarak adlandırılır. USB'de bu katman hemen hemen "cihaz ana bilgisayar tarafından söylendiğinde iletebilir" şeklinde özetlenebilir, bu nedenle USB'de bu katmanda özellikle karmaşık bir protokol yoktur.

Daha sonra, bir veri paketini ve göndericiden alıcıya nasıl yönlendirilmesi gerektiğini açıklayan standart bir protokol var . Bu katmanın aynı zamanda USB standardının da bir parçası olması gerekir, böylece belirli bir aygıt türü aslında ana bilgisayar tarafından bilinmeden önce ne tür bir aygıtın takıldığını keşfetmek için ilk iletişimin gerçekleşmesi gerekir. Bu katmanda belirli bir kimliği olan her cihaza ek olarak, bir uç nokta kimliğinin USB'sinde de bir kavram vardır. Bu, herhangi bir cihazın standart USB yığını tarafından çoklanmış ve ayrılmamış çoklu USB uç noktalarına sahip olmasına izin verir, aynı şekilde soketler standart TCP / IP yığını ile çarpılır ve ayrılmaz. Bir uygulama bu uç noktaların her birini ayrı veri akışları olarak ele alabilir.

Son olarak, cihazın kendisi için tanımlanan protokol var. Aslında, her aygıt üreticisinin yeniden icat etmesi gerekmeyecek şekilde, toplu depolama aygıtları, fareler, klavyeler vb. Gibi yaygın kullanım durumları için USB standardının bir parçası olarak dahil edilen bazı önceden tasarlanmış olanlar olduğunu unutmayın. tekerlek. Ancak, daha karmaşık cihazlar bu katmanda kendi özel protokollerini tasarlamakta özgürdür. Belirli bir aktarım için bu katmanın çıktısı, önceki kattaki bir veri paketinin yükü olarak geçirilir. Yeterli derecede karmaşık cihazlar için, protokolün cihaza özel kısmının kendisinin birden fazla bağımsız katmana bölünebileceğini, ancak daha düşük seviyelerin bunu bilmesi veya ilgilenmesi gerekmediğine dikkat edin. Bilmeleri gereken tek şey, belirli bir bayt grubunu ana bilgisayardan belirli bir cihaz son noktasına veya belirli bir cihaz son noktasından ana bilgisayara geçirmeleri gerektiğidir. Yine, katmanlar arasındaki standart ara yüze sahip olmak kaygıların ayrılmasına izin verir, bu nedenle bir katmanın başka bir katmanın iç işleyişini umursaması gerekmez, ancak yalnızca hemen üstündeki katlardan hemen geçmesi veya alması gereken özel veriler yığını altında.

Aslında etkileşimde bulunan bir dizi ilgili iletişim protokolü vardır.

En düşük seviyede, bayt paketlerinin seri bağlantı üzerinden nasıl gönderildiğini açıklayan bir protokol vardır. Bu, tüm USB cihazları için ortaktır (ancak USB2 ve USB3 arasında farklıdır).

Gönderilen ilk paketlerden biri cihazdan kendini tanımlamasını ister. Tavuk ve yumurta problemini önlemek için, tanımlama protokolü tüm USB cihazlarında aynıdır. İşletim sistemi bu kimliği doğru sürücüyü yüklemek için kullanabilir.

Yine bir başka seviyede, USB bir veriyoludur, bu da birden fazla cihazın bant genişliğini paylaşması gerektiği anlamına gelir. Bu, her cihaza ne zaman konuşabileceğini ve ne zaman konuşmayacağını söyleyen bir protokol olduğu anlamına gelir. Tüm USB cihazlarının buna uyması gerektiğinden, bunu düzenlemek için ortak bir protokol kullanılır.

Son olarak, birçok basit USB cihazı o kadar basittir ki, bütün bir cihaz sınıfını tanımlayan ek protokoller vardır (fareler, klavyeler, depolama, ethernet adaptörleri, ...). Çoğu cihaz sıfır veya bu işlevsel protokollerden birini destekler.

Muhtemelen cevabın bir kısmı “ iletişim protokolü ” ifadesinin tanımında yatmaktadır . Yaptığınız aynı kaynağa (Wikipedia) gitmek gibi yararlı bilgiler bulacaksınız:

• İletişimin gerçekleşmesi için protokollerin üzerinde anlaşılması gerekiyor.
• İletişim sistemleri, mesaj alışverişi için iyi tanımlanmış formatları (protokol) kullanır.
• Bir protokol, iletişimin sözdizimini, anlamını ve senkronizasyonunu tanımlamalıdır.
• Bir protokol bu nedenle donanım, yazılım veya her ikisi olarak uygulanabilir.

Bunu düşünmenin basit bir yolu, bir protokolün önceden tanımlanmış ve bir şeyler yapmanın yolu üzerinde anlaşmaya varılmış olmasıdır , bu durumda bir şey USB bağlantılı bir cihazın içine ve dışına veri taşımaktır. Donanım olarak her pimin önceden tanımlanmış bir voltaj seviyesi ve kullanım protokolü vardır, her cihazın her pimi için önceden tanımlanmış bir kullanım protokolü vardır ve her veri paketi önceden tanımlanmış bir sözdizimi ve veri formatına sahiptir. Ayrıca bir iletişim el sıkışması protokolü dahil edilmiştir. Toplu olarak, bunlar USB aygıtlarını, yani USB protokolünü kullanmak için standartlar koleksiyonunun tüm parçalarıdır.USB Implementers Forum, Inc. üyeleri tarafından karar verilen (yani, tasarlanan, önerilen, tartışılan, gözden geçirilen ve en sonunda kararlaştırılan)

Yani evet, orada olan USB protokolü, daha doğrusu orada olan bir dizi önceden tanımlanmış ve USB protokolü üzerinde anlaşılan ler farklı bir USB kullanımlar için.