Что значит usb host. О такое USB OTG в смартфоне и планшете? И все-таки что мне для этого нужно

Это целый карманные компьютеры. На них можно устанавливать сложные программы, ставить десктопы операционные системы и делать еще многое другое. Возможно кто-то не знает, что к этим устройствам еще можно подключать мыши, клавиатуры, 3G и Wi-Fi модемы и еще большое количество периферии.
Все это возможно при помощи вот такого USB OTG кабеля.

Но не всякое устройство поддерживает данный протокол. Для то чтобы узнать о его поддержке нужно почитать характеристики вашей модели. Там следует искать запись о наличии USB HOST. Но не всегда можно найти правильную и полную документацию. В таких случаях можно либо спросить на специализированном форуме, либо проверить самостоятельно, подключив через такой кабель мышку – на экране устройства должен будет появиться курсор. Если он появился, то устройство поддерживает USB HOST.

Host без питания

Но такой способ дает не 100% результат. Возможно, если мышка не определилась системой, то значит к переходнику нужно провести дополнительное питание. Так, например, было со всей серией устройств Motorola, которые поддерживали LapDock.


Эти гаджеты брали дополнительное питание от сети или от батареи этой экзотической док-станции. Поэтому для подключения к ним периферии без применения этого устройства нужно было модифицировать обычный USB OTG, добавив в цепь дополнительное питание. Чтобы не резать шнур, можно просто подключить периферию через активный хаб.
Активный хаб это что-то вроде тройника для USB, только с дополнительным питанием. Дело в том, что по стандарту порт USB компьютера выдает максимальный ток порядка 0,5 Ампер или 500 миллиампер. Такой силы тока может быть недостаточно для того чтобы «завести» довольно энергоемкую периферию. Так. к примеру, для подключения жесткого диска с Android устройству вам нужно взять , вставить в него активный хаб, хаб подключить в сеть питания и уже потом подключать жесткий диск.

Для чего мне это может понадобиться?

На самом деле сценариев просто огромное количество, но я постараюсь не акцентировать внимание на «экзотических» а объяснить на более приземленных примерах.
Наверняка все знают, что в последнее время все чаще стали выходить устройства без поддержки карт памяти. Вместо них производители оснащают свои устройства встроенной на 8, 16 или 32 гигабайта. Но устройства с 32 гигабайтами памяти стоят довольно дорого, а остальные не смогут обеспечить вам достаточно свободного места. Если кэш для игр и музыка могут спокойно разместиться на 16 гигабайтах (про 8 молчу уже – бесполезные устройства с таким объемом), то места для пары фильмов, а то и одно уже не хватит. В таком случае вас спасет USB HOST. Вы просто закидываете фильмы на обыкновенную флэшку и подключаете ее к телефону или планшету и смотрите в дороге любимые фильмы.


То же самое можно сделать и с жестким диском, но это уже не «походный» вариант, а более домашний, особенно если ваша медиатека расположена на внешнем жестком диске.
Также, если у вас планшет без поддержки 3G – можно это исправить, подключив к нему 3G модем и сидеть в интернете с помощью такой связки


Еще, если вспомнить сколько на Android вышло игр сам собой напрашивается вопрос подключения геймпада. И Android поддерживает подключение таких устройств, поэтому вы можете не мучиться с экранным управлением, а спокойно играть на приятных кнопка в любимые аркады на своем планшете.
Также, бывают ситуации, когда доступа к компьютеру нет (сломался он не вовремя) и нужно срочно набрать объемный текст, а под рукой только смартфон или планшет, а набирать его на сенсорной клавиатуре сродни мазохизму. Вот в такой ситуации вас и выручит поддержка USB HOST – вы просто подключаете мышь и клавиатуру и работаете с помощью полноразмерной клавиатуры. А если ваше устройство еще имеет HDMI выход, то вы и вовсе можете подключить к нему монитор и работать как за полноценным компьютером.


Ну и все-же экзотический вариант, из серии «просто попробовать» — подключение другого Android девайса.

И все-таки что мне для этого нужно?

Ну, во-первых, вам нужно Android устройство с поддержкой USB HOST. Дальше нужно обзавестись USB OTG кабелем и активным хабом, если вы желаете подключать энергоемкую периферию или ваш телефон по-другому не работает с хостом. Ну и конечно же сама периферия, которую вы собрались подключать.
Это что касается железной части. Еще, иногда бывает, что производитель программно блокирует данную возможность (что-то подобное наблюдается на Nexus 7 2013). В таком случае, если вы обычный пользователь – вам нужно искать на форумах (чаще всего это xda-developers) варианты решения этой проблемы. Обычно все обходится прошивкой модифицированного ядра или прошивкой альтернативной прошивки (CyanogenMod к примеру).
В общем, для каждого устройства свои нюансы, а их развелось такое количество, что в рамках одной статьи не описать. Но не отчаивайтесь – на тематических форумах все обычно «разжевано», особенно если модель устройства хоть немного популярна.

Вместо выводов

Настоятельно рекомендую, при выборе нового девайса включить данную опцию в перечень обязательных вещей, которые в нем должны быть, особенно если вы подбираете планшет. Даже если сейчас вы считаете это ненужной дополнительной опцией, то вполне возможно в какой-то определенной ситуации вы кардинально измените свою точку зрения.
В общем USB HOST – это очень интересная и полезная опция, которая не раз вас сможет выручить, особенно если вы студент, часто работаете с электронными документами или же часто пребываете в разъездах.
А еще это идеальное средство просмотра фильмов с флэшки, если лень вставать и ждать загрузки настольного компьютера.

Листая характеристики смартфонов или планшетов на Android, нередко сталкиваешься с аббревиатурой USB OTG. Первая часть знакома и понятна по флешкам, а вторая вызывает вопрос – что это за зверь и нужен ли он мне? Название технологии малопонятное, но OTG штука полезная для любого практичного пользователя смартфона. Разберемся, зачем нужен OTG в мобильном устройстве.

USB OTG: что это такое

OTG расшифровывается как «on-the-go», т.е. на ходу. Стандарт позволяет устройствам «разговаривать» друг с другом без помощи посредника. Допустим, вы решили распечатать фотографии со смартфона или скопировать с него файлы на флешку, а компьютера под рукой не оказалось. Что делать? Бежать в магазин за специальным кабелем (фото ниже). С помощью подобного «шнурка» можно напрямую подключить смартфон практически к любому устройству по USB, минуя посредника в виде компьютера или ноутбука.

На этом возможности USB OTG не заканчиваются. Смартфон может выступать в качестве USB-хоста, позволяя подключать различную периферию – клавиатуру, мышь и даже музыкальные инструменты с соответствующим контроллером.

У USB OTG есть собственный логотип. Достаньте упаковку смартфона или планшета и посмотрите на коробку. Если видите логотип стандарта, то устройство поддерживает этот полезный стандарт. В случае, если упаковка давным-давно утеряна, вбейте в любой поисковик модель вашего смартфона и аббревиатуру OTG и почитайте технические характеристики по первой же ссылке, поддержка стандарта обязательно будет упомянута. Альтернативный вариант – скачать бесплатное приложение USB Host Diagnostic из Google Play.

Как использовать OTG на смартфоне или планшете.

Во-первых, потребуется докупить специальный кабель OTG. Во-вторых, может понадобиться специальное приложение, такое как уже упоминавшийся USB Host Controller или Total Commander. Скачать приложения можно в Google Play. Кабель для OTG стоит недорого – от 70 рублей на Aliexpress до 100-200 в ближайшем салоне связи или интернет-магазине.

Что можно сделать с OTG

Стандарт позволяет подключать к смартфону разнообразные устройства по USB, как для хранения данных, так и для расширения функционала смартфона/планшета. Допустим, у вас нет компьютера, облачными хранилищами вы не пользуетесь, а память на смартфоне уже почти вся занята фильмами, музыкой, фотографиями и видео. Выход – купить жесткий диск (внешний), кабель OTG и использовать накопитель в качестве устройства для резервного копирования данных. Альтернативный вариант – воспользоваться емкой флешкой.

Какие устройства позволяет подключать к смартфону OTG

Список периферии, подключаемой к смартфону по OTG обширен, ограничимся самыми популярными устройствами:

• Флешка.
• Внешний жесткий диск.
• Клавиатура.
• Мышь.
• MIDI-клавиатуры и другие музыкальные устройства.
• Другой смартфон или планшет.
• Игровой контроллер (например, геймпад от Xbox).
• Принтер.
• Портативный сканер.

Я начинаю серию справочных статей по отдельным компонентам и функциям различных электронных устройств - планшетов, ноутбуков, ридеров, плееров и так далее. Это такой своеобразный ликбез в сфере бытовой электроники. Я постараюсь сделать эти статьи понятными для максимально широкого круга людей.

Тема сегодняшней статьи - USB-host (USB-хост) . Это весьма примечательная функция, которой оснащается достаточно большое количество устройств (в основном, правда, довольно дорогих), и рассказать о ней определенно стоит. Также я расскажу и о функции USB OTG - фактически, более современной разновидности USB-хоста.

Если говорить максимально просто и доступно, то наличие USB-хоста на каком-нибудь устройстве означает возможность подключения к нему различных внешних устройств - например, флэшек, внешних жестких дисков, кардридеров, плееров, фотоаппаратов и так далее. Весьма интересна возможность подключения и внешней «периферии» - клавиатур, мышек и так далее.

Устройство с функцией USB-хоста обладает полноценным портом USB и специальным программным обеспечением (в частности, драйверами), которое позволяет осуществлять работу с подключаемыми устройствами: передавать на них файлы, копировать файлы с них, использовать подключенное устройство в качестве клавиатуры и так далее.

Что интересно, к устройству с USB-хостом можно подключать также USB-хабы - устройства, которые подобны сетевым тройникам. Например, на планшетах обычно имеется только один порт USB. Подключив к нему USB-хаб (а стоит он недорого), вы получите уже два или даже четыре порта, что весьма удобно - например, к одному можно подсоединить клавиатуру, а к другому подключать флэшки.

В каких случаях USB-хост удобен и нужен? Да во многих. Согласитесь, возможность скопировать файлы на плеер, планшет или ридер без подключения его к компьютеру не может не радовать. Вам надо просто подключить к устройству флэшку или какое-либо другое устройство, с которого вам нужно перенести файлы.

Весьма приятна возможность перенести снимки с фотоаппарата на планшет или плеер с жестким диском, и тем самым освободить память фотоаппарата, сделать еще больше снимков. Подключение клавиатуры к планшету - тоже очень приятная возможность. Удобны и принтеры с наличием USB-хоста: к ним можно напрямую подключать фотоаппараты, телефоны, флэшки и печатать снимки или документы прямо с них; компьютер для этого совершенно необязателен.

При этом стоит отметить, что само наличие функции USB-хоста еще не гарантирует его нормальную работу. В частности, процесс обмена файлами через USB может осуществляться достаточно сложным и неудобным образом - в качестве примера можно привести PocketBook 302 (это, кстати, единственный ридер, оснащенный USB-хостом). Какие-то устройства могут просто не подключиться ввиду отсутствия драйверов или неких недоработок программистов, писавших программное обеспечение для USB-хоста.

Именно поэтому я советую перед покупкой того или иного устройства проверить, насколько качественно реализована в нем опция USB-host. Попробуйте подключить флэшку, посмотреть, насколько легко и удобно можно скопировать файлы с нее и на нее. Если у вас есть usb-клавиатура, которую вы планируете использовать вместе с покупаемым устройством, не лишним будет проверить корректность ее работы. Если же вы соберетесь купить такую клавиатуру уже после покупки самого устройства, то возьмите с собой в магазин это устройство и проверьте, насколько корректно будут с ним работать представленные в магазины клавиатуры.

Стоит отметить, что сейчас имеются в продаже устройства и с поддержкой так называемого USB OTG . Я бы сказал даже, что USB OTG сейчас встречается в устройствах довольно часто, чаще, чем классический USB-хост. В чем основное отличие USB OTG? В том, что USB OTG не предполагает наличие отдельного классического полноразмерного порта USB. Для подключения периферийных устройств используется порт microUSB или miniUSB, который, вообще говоря, служит главным образом для связи устройства с компьютером. На устройстве с USB OTG этот порт фактически совмещает в себе функции USB-host (подключение периферии) и USB-device (подключение к компьютеру).

Чтобы к miniUSB/microUSB порту с поддержкой OTG подключить флэшку или, скажем, клавиатуру, необходимо приобрести специальный переходник, который стоит порядка 500 рублей (при желании его можно найти по более низкой цене или же вовсе сделать самому - в интернете есть инструкции). Затем нужно вставить этот переходник в порт miniUSB/microUSB, а к соответствующему выходу переходника подключить нужное вам периферийное устройство.

И тут опять же стоит отметить, что не на всех устройствах USB OTG реализовано хорошо. Где-то поддержка USB OTG может быть заявлена, но ввиду отсутствия необходимого программного обеспечения она не работает. Пример - ридеры Onyx Boox. Также стоит отметить, что внешние жесткие диски по протоколу USB OTG подключить вряд ли удастся: они потребляют слишком много энергии; планшет «прокормить» их просто не в состоянии.

Так мы плавно переходим к основному недостатку USB-хоста (как классического, так и USB OTG): его активное использование способствует быстрой разрядке устройства. Конечно, клавиатура много энергии пожирать не будет, а вот постоянно подключенная и использующаяся флэшка - будет.

Под конец стоит ответить на вопрос: почему USB OTG сейчас популярнее, чем обычный USB-host? Ответ, на самом деле, довольно прост: USB OTG позволяет уменьшить толщину и вес устройства. В случае с классическим USB-host’ом в устройство надо встроить полноразмерный USB-порт (соответственно, увеличивается толщина) и обычный mini/micro-USB порт - для подключения к компьютеру (увеличивается и итоговый вес). В случае с USB OTG надо установить только один mini/microUSB-порт, просто многофункциональный - работающий и на вход, и на выход. Более того, USB OTG отличается более низким энергопотреблением, хотя и не позволяет поэтому подключать такие прожорливые устройства, как внешние жесткие диски.

Но USB OTG не лишен и недостатков, главным из которых является необходимость покупки переходника и постоянной его переноски с собой.

Посмотреть, поддерживает ли интересующее вас устройство опцию USB-host или USB OTG, можно на странице описания устройства в разделе «Технические характеристики» («Спецификации»). Описание, разумеется, можно найти на сайте производителя устройства, а также на сайтах многих магазинов.

У каждой шины USB должен быть один (и только один!) хост — компьютер с контроллером USB. Однако понятие компьютер отнюдь не означает лишь привычные варианты настольных, напольных, портативных компьютеров. Компьютер — это сочетание процессора, памяти и периферийных устройств; в таком понимании в большинстве современных устройств присутствуют встроенные компьютеры. Если «интеллекта» этого компьютера и его возможностей диалога с пользователем оказывается достаточно, то он может взять на себя роль хоста USB. Такой вариант хоста рассматривается в последнем параграфе данной главы.

«Классический» хост USB делится на три основных уровня:

• интерфейс шины USB обеспечивает физический интерфейс и протокол шины. Интерфейс шины реализуется хост-контроллером, имеющим встроенный корневой хаб, обеспечивающий точки физического подключения к шине (гнезда USB типа «A»). Хост-контроллер отвечает за генерацию микрокадров. На аппаратном уровне хост-контроллер обменивается информацией с основной памятью компьютера, используя прямое управление шиной (bus-mastering) с целью минимизации нагрузки на центральный процессор;
• система USB, используя хост-контроллер(ы), транслирует клиентское «видение» обмена данными с устройствами — запросы IRP (I/O Request Packet — пакет запроса ввода/вывода) — в транзакции, выполняемые с реальными устройствами шины. Система отвечает и за распределение ресурсов USB — полосы пропускания и мощности источников питания (для устройств, питающихся от шины). Система состоит из трех основных частей:

1. драйвер хост-контроллера — HCD (Host Controller Driver) — модуль, привязанный к конкретной модели контроллера, обеспечивающий абстрагирование драйвера USB и позволяющий в одну систему включать несколько разнотипных контроллеров;
2. драйвер USB — USBD (USB Driver) — обеспечивает основной интерфейс (USBDI) между клиентами и устройствами USB. Интерфейс HCDI (Host Controller Driver Interface) между USBD и HCD спецификацией USB не регламентируется. Он определяется разработчиками ОС и должен поддерживаться разработчиками хост-контроллеров, желающих иметь поддержку своих изделий конкретными ОС. Клиенты не могут пользоваться интерфейсом HCDI; для них предназначен интерфейс USBDI. USBD обеспечивает механизм обмена в виде пакетов IRP, запрашивающих транспортировку данных по заданному каналу. Кроме того, USBD отвечает за некоторое абстрактное представление устройства USB клиенту, которое позволяет выполнять конфигурирование и управление состоянием устройств (включая и стандартное управление через конечную точку «0»). Реализация интерфейса USBDI определяется операционной системой; в спецификации USB излагаются только общие идеи;
3. программное обеспечение хоста реализует функции, необходимые для функционирования системы USB в целом: обнаружение подключения и отключения устройств и выполнение соответствующих действий по этим событиям (загрузки требуемых драйверов), нумерацию устройств, распределение полосы пропускания и потребляемой мощности, управление состоянием энергопотребления и т. п.

• клиенты USB — программные элементы (приложения или системные компоненты), взаимодействующие с устройствами USB. Клиенты могут взаимодействовать с любыми устройствами (наборами их доступных конечных точек, входящих в выбранные интерфейсы), подключенными к системе USB. Однако система USB изолирует клиентов от непосредственного обмена с какими-либо портами (в пространстве ввода/вывода) или ячейками памяти, представляющими интерфейсную часть контроллера USB.

В совокупности уровни хоста предоставляют следующие возможности:

• обнаружение подключения и отсоединения устройств USB;
• манипулирование потоками управления между устройствами и хостом;
• манипулирование потоками данных;
• сбор статистики активности и состояний устройств;
• управление электрическим интерфейсом между хост-контроллером и устройствами USB, включая управление электропитанием.

Программная часть хоста в полном объеме реализуется операционной системой. До загрузки ОС может функционировать лишь усеченная часть ПО USB, поддерживающая только устройства, требующиеся для загрузки. Так, в BIOS современных системных плат имеется поддержка клавиатуры USB, реализующая функции сервиса Int 9h. После загрузки системы USB эта «дозагрузочная» поддержка игнорируется — система начинает работу с контроллером «с чистого листа», то есть со сброса и определения всех подключенных устройств. В спецификации PC’2001 выдвигается ряд требований к BIOS, в частности требование поддержки загрузки ОС с устройств USB.

Хост-контроллер является аппаратным посредником между устройствами USB и хостом. В настоящее время имеется три спецификации хост-контроллеров, каждой из которых соответствует свой комплект драйверов хост-части:

• UHC (Universal Host Controller) — универсальный хост-контроллер для шины USB 1.x, разработанный Intel;
• OHC (Open Host Controller) — «открытый» хост-контроллер для шины USB 1.x, разработанный Compaq, Microsoft и National Semiconductor;
• EHC (Enhanced Host Controller) — расширенный хост-контроллер для поддержки высокой скорости шины USB 2.0.

Все эти варианты контроллеров выполняют одни и те же задачи: организуют физические транзакции с устройствами по шине USB в соответствии с описаниями (дескрипторами) этих транзакций, помещенными в системное ОЗУ драйвером хост-контроллера. При этом транзакции разных типов обрабатываются по-разному. В плане обработки ошибок проще всего устроены изохронные транзакции, где ошибки не требуют повторов. Транзакции передач с гарантированной доставкой в случае ошибок требуют повторов до победного конца или признания неудачи (исчерпания допустимого числа повторов). С точки зрения планирования следует выделить периодические транзакции, которые должны выполняться строго по графику, остальные — как получится, и их ставят в очереди. Из-за особенностей планирования и возможных повторов порядок завершения обработки дескрипторов транзакций (успешных или нет) будет отличаться от порядка их помещения в память1, что прибавляет забот хост-контроллеру и его драйверу. Три варианта хостконтроллеров решают эти задачи по-разному и используют разные стратегии планирования транзакций, что иллюстрирует таблицы ниже.

Хост-контроллер UHC от Intel появился в микросхеме PIIX3 (мост PCI-ISA) чипсетов системных плат для процессоров Pentium и используется во многих последующих изделиях Intel. Это FS/LS хост-контроллер, который большую часть забот по планированию транзакций перекладывает на ПО, — драйвер контроллера UHC (UHCD). Интерфейс контроллера UHC описан в документе Universal Host Controller Interface (UHCI) Design Guide, версия 1.1 вышла в 1996 году.

Драйвер UHC формирует для хост-контроллера дескрипторы, называемые в UHCI «дескрипторами передач» (TD — Transfer Descriptor), на самом деле описывающие каждую шинную транзакцию. Напомним, что в терминах спецификации USB одна передача (transfer) может состоять из нескольких транзакций, а в управляющих передачах используется еще и свой тип транзакции для каждой фазы. Для транзакций передач с гарантированной доставкой дескрипторы TD приходится организовывать в очереди. Очереди нужны для таких передач, поскольку заранее не известно, сколько раз придется пытаться их исполнить. Продвижение очереди возможно только по успешному выполнению транзакции, находящейся в голове очереди, — это правило обеспечивает гарантированный порядок (в пределах своей очереди) доставки пакетов. Каждая очередь имеет свой заголовок (QH). Изохронные передачи исполняются всегда однократно (здесь нет гарантированной доставки), что упрощает их планирование. Драйвер размещает дескрипторы TD и QH в памяти и связывает их между собой в соответствии с планом выполнения транзакций в каждом кадре. Драйверу UHC приходится составлять детальное «расписание» для каждого будущего кадра, для чего используется список Frame List на 1024 кадра. Хост-контроллер обходит списки дескрипторов, начиная с точки, на которую указывает Frame List для текущего кадра, и выполняет соответствующие транзакции. Результат исполнения транзакции помечается в ее дескрипторе, отработанная транзакция помечается как «неактивная», и контроллер, встретив ее при очередном обходе, просто переходит к следующей. Драйвер должен периодически просматривать дескрипторы, извлекая уже отработанные и передавая результаты выполнения клиентскому драйверу. Логика работы контроллера подразумевает, что одному запросу ввода/вывода (IRP) от клиентского драйвера может соответствовать несколько «передач» — элементов очереди. Драйвер UHC разбивает запрос на транзакции и помещает дескрипторы этих транзакций в соответствующую очередь, а очередь включает в ближайшие планы. Драйвер отвечает за балансировку загрузки шины в каждом кадре, в частности, за гарантию предоставления не менее 10% полосы для транзакций управляющих передач. Планированием кадров также обеспечивается требуемая частота обращений к точкам периодических передач.

Контроллер UHC является активным устройством PCI (Bus-Master). Основное взаимодействие драйвера с хост-контроллером происходит с помощью дескрипторов, расположенных в памяти. Контроллер имеет регистры (в пространстве ввода/вывода), с помощью которых можно управлять его поведением: выполнять сброс, глобальную приостановку и пробуждение, подстраивать частоту кадров, управлять запросами прерываний, управлять портами встроенного корневого хаба. Контроллер позволяет работать в отладочном режиме, останавливаясь после выполнения каждой транзакции.

В процессе отработки плана контроллер считывает из памяти дескрипторы и данные, необходимые для начала транзакции. Как только в FIFO-буфер контроллера из памяти поступает информация, достаточная для начала транзакции, контроллер начинает транзакцию на шине USB. В процессе ее исполнения производится передача данных, после завершения контроллер модифицирует дескрипторы в памяти в соответствии с условиями завершения транзакции. В процессе отработки транзакции могут возникать ошибки переполнения или переопустошения FIFO-буфера, связанные с перегрузкой контроллера системной памяти или шины PCI. Эти серьезные ошибки инициируют аппаратные прерывания. В состав хостконтроллера входит и корневой хаб на 2 или более порта.

Прерывания от UHC могут инициироваться различными событиями, такими как выполнение транзакций (избранных), обнаружение приема короткого пакета, прием сигнала возобновления, или в результате ошибки. Прерываний по подключению-отключению устройств контроллер не вырабатывает.

В контроллере UHC имеется специальная поддержка традиционного интерфейса клавиатуры и мыши через контроллер 8042 — перехват обращений к портам 60h и 64h пространства ввода/вывода. При разрешенной эмуляции по обращениям ПО к этим портам UHC вызывает системное прерывание SMI (System Management Interrupt), обрабатывающееся в ПК на процессорах x86 в режиме SMM (System Management Mode), невидимо для обычных программ. Обработчик SMI, перехватывающий эти обращения, формирует последовательности действий, необходимые для их исполнения с помощью клавиатуры и (или) мыши USB. Единственное исключение делается при перехвате команд, управляющих вентилем GateA20, — вместо генерации SMI манипуляции этим вентилем выполняются аппаратно (как это давно делается и в 8042). Эта аппаратная поддержка включается установкой соответствующих параметров CMOS Setup.

Большое неудобство работы с UHC возникает из-за необходимости программного просмотра всех дескрипторов передач на предмет выявления завершенных. Дескрипторы завершенных передач необходимо программно извлекать из цепочек, сохраняя связанность элементов. Планирование транзакций (составление списков дескрипторов и заголовков) — тоже достаточно трудоемкая задача для драйвера. Очевидно, преследовалась цель упрощения аппаратных средств хост-контроллера. Однако это может обернуться зависимостью эффективной производительности шины USB от мощности и загрузки центрального процессора. Такой подход к организации ввода/вывода трудно назвать эффективным.

Драйвер в системной памяти создает список кадров Frame List, состоящий из 1024 элементов. Каждый элемент этого списка содержит 32-битный указатель на связанный список структур данных, по которым контроллер выполняет транзакции в данном кадре. Хост-контроллер имеет регистр базового адреса списка кадров, указывающий на начало списка. Текущий номер отрабатываемого элемента определяется десятью младшими битами счетчика кадров, находящегося в контроллере и инкрементируемого каждую миллисекунду. Период счета кадров можно немного варьировать, изменяя константу, занесенную в регистр модификации длительности кадра (SOF Modify Register), что обеспечивает возможность подстройки частоты кадров для синхронизации изохронных обменов.

Элемент списка кадров может указывать либо на дескриптор изохронной передачи TD (Transfer Descriptor), либо (если в данном кадре изохронный обмен не планируется) на заголовок очереди QH (Queue Head). Если в данном кадре вообще не планируются передачи, то в элементе устанавливается признак-«заглушка» T (Terminate, конец связанного списка, в данном случае — пустого). Еще раз напомним, что здесь слово «передача» (Transfer, согласно спецификации UHCI) употребляется в узком смысле — она соответствует одной транзакции (передаче не более одного пакета данных). Элемент (32-битное слово) имеет формат, приведенный на рисунке ниже. Поле FLLP (Frame List Link Pointer) — указатель на элемент; бит T — признак последнего элемента (при T = 1 указатель FLLP недействителен). Бит Q задает класс связанного элемента, на который указывает FLLP (0 — TD, 1 — QH).

Для каждого кадра из списка устанавливается своя цепочка дескрипторов изохронных передач (возможно и пустая), последний из этой цепочки должен ссылаться на цепочку заголовков очередей. Цепочки заголовков QH могут быть общими для группы кадров или даже для всех кадров списка. Общая идея построения очередей состоит в том, чтобы создавать свою очередь для каждого установленного канала (для всех сконфигурированных точек, кроме изохронных). «Дежурный» метод обслуживания — по горизонтали, тогда после выполнения транзакции с одной точкой контроллер перейдет к другой точке (другой очереди). Связывание TD и QH через указатели позволяет формировать произвольные конфигурации переходов от одной очереди к другой и даже делать петли — в последнем случае возможно, что с одной точкой в кадре успеют пройти несколько транзакций. Однако это нетипичный способ планирования. Если очередей много (установлено много каналов), то они распределяются по кадрам (из 1024-элементного списка) так, чтобы цепочка каждого кадра обязательно прошла по горизонтали до конца. Это можно спланировать, поскольку максимальное время для отработки одного элемента каждой очереди (как и изохронных транзакций) заранее известно (оно определяется типом передачи, максимальным размером пакета и скоростью устройства, что известно системе USB). При необходимости «горизонтальную справедливость» можно нарушить, задав вертикальный порядок обслуживания, — контроллер, успешно обработав из очереди передачу с признаком V = 1, перейдет к следующему дескриптору из этой же очереди, а не к следующей очереди.

Дескрипторы передач и заголовки очередей размещаются драйвером в ОЗУ по адресам, выровненным по границе параграфа, поскольку в качестве указателей используются лишь старшие 28 бит (биты используются для служебных признаков).

Дескриптор передачи (TD) состоит из 32 байтов, из которых хост-контроллер использует только первые четыре 32-битных слова DW0-DW3. Слова DW4-DW7 зарезервированы для использования драйвером UHC (для организации «сборки мусора» — повторного использования отработанных областей). Формат дескриптора передачи приведен на рисунке ниже. Серым цветом выделены поля, модифицируемые хост-контроллером.

В слове DW0 поле Link Pointer аналогично полю FLLP, а биты T и Q аналогичны одноименным битам элемента списка кадров. Бит V — метод обслуживания TD (1 — в глубину, 0 — в ширину).

Слово DW1 используется для управления и определения состояния выполнения передачи, модифицируется хост-контроллером. Поле ActLen — действительная длина переданных данных; поле Status — состояние выполнения передачи:

длина переданных данных; поле Status — состояние выполнения передачи:

• бит 23: Active — «надо исполнять», устанавливается драйвером, сбрасывается контроллером по успешному исполнению или исчерпанию лимита повторов;
• бит 22: Stalled — точка ответила пакетом STALL;
• бит 21: Data Buffer Error — ошибка буфера данных (переполнение или переопустошение FIFO при выполнении транзакции), транзакция остается активной (при переопустрошении контроллер генерирует пакет с ошибочным CRC, при переполнении не отвечает подтверждением);
• бит 20: Babble — при выполнении данной транзакции обнаружена «болтливость» устройства (оно отключается и устанавливается бит Stalled);
• бит 19: NAK — получение соответствующего ответа (в транзакции SETUP получение NAK устанавливает и признак ошибки тайм-аута);
• бит 18: CRC/Time Out Error — обнаружена ошибка передачи (CRC или таймаут);
• бит 17: Bitstuff Error — обнаружена ошибка вставки бит.

Биты используются для управления передачей. Бит IOC заказывает прерывание по исполнению (прерывание генерируется в конце кадра, даже если транзакция уже неактивна, выборка ее дескриптора вызовет прерывание). Бит ISO — признак изохронной передачи (указание не делать повторных попыток). Бит LS — признак LS-устройства, использовать преамбулу перед передачей. Поле C_ERR — счетчик повторных попыток, декрементируемый по каждой ошибке. Переход в 1 или 0 вызывает перевод дескриптора в неактивное состояние. Если драйвер устанавливает нулевое значение, то число повторов неограниченно. Бит SPD — детектор короткого пакета: если в транзакции IN, стоящей в очереди, успешно принято меньше данных, чем ожидалось, то в конце кадра вырабатывается условие прерывания.

В слове DW2 содержится информация для выполнения транзакции: Packet ID — тип используемого маркера IN (69h), OUT (E1h) или SETUP (2Dh); Device Address— адрес устройства USB; EndPt — номер и направление конечной точки. Бит D (Data Toggle) — состояние переключателя для передаваемого или посылаемого пакета. Поле MaxLength — длина передаваемых данных (максимальная длина принимаемых), 000 — 1 байт, 001 — 2, 3FF — 1024; 7FFh — 0 (пустой пакет). Допустимые значения до 4FFh — 1280 байт, теоретический предел емкости кадра. Значения 500-7FEh недопустимы, вызывают фатальную ошибку контроллера.

В слове DW3 содержится Buffer Pointer — указатель на буфер в ОЗУ, используемый для данных этой передачи.

Заголовок очереди (QH) связывает очереди друг с другом (по горизонтали) и ссылается на первый элемент (TD) данной очереди. Хост-контроллер использует два 32-битных слова (см. следующий рисунок). В поле QHLP (Queue Head Link Pointer) содержится указатель на следующий заголовок очереди (горизонтальная связка). В поле QELP (Queue Element Link Pointer) содержится указатель на элемент очереди (вертикальная связка). Признаки последнего элемента (T) и класс связанного элемента (Q) аналогичны одноименным признакам и классам в вышеприведенных структурах.

Дескриптор заголовка очереди создается драйвером; хост-контроллер модифицирует в памяти указатель QELP: успешно отработав транзакцию, контроллер берет из DW0 ее дескриптора указатель на следующий элемент и помещает его на место QELP в заголовке очереди. Таким образом, успешно отработанный TD удаляется из очереди. Когда удаляется последний TD, в QELP устанавливается признак пустой очереди (T). В случае неисправимой ошибки при отработке какого-то дескриптора в QELP также устанавливается «заглушка» T — поток с гарантированной доставкой не позволяет пропустить какую-либо транзакцию. Поле QELP может ссылаться как на TD (тривиальный вариант планирования), так и на QH — очередь сама может содержать очереди.

Регистровая модель UHC поясняется в таблице ниже, где представлены регистры, отображенные на пространство ввода/вывода. Кроме того, как всякое устройство PCI , контроллер UHC имеет регистры в конфигурационном пространстве, в которых, в частности, задаются коды класса (0Ch — контроллер последовательной шины), подкласса (03 — USB) и программного интерфейса (00) в классификации PCI SIG.

Таблица. Регистры контроллера UHC