USB - Estrutura Elétrica

Protocolo de Barramento

A transmissão de dados via USB é baseada no envio de pacotes. A transmissão começa quando o o Controlador Host envia um pacote (Token Packet) descrevendo o tipo e a direção da transmissão, o endereço do dispositivo USB e o referido número de endpoint. A transmissão de dados pode ser realizada tanto do Host para o dispositivo quanto em sentido inverso. O dispositivo USB decodifica o campo de endereço, reconhecendo que o pacote lhe é referente. A seguir, a fonte da transmissão envia um pacote de dados (Data Packet) ou indica que não há dados a transferir. O destino responde com um pacote de Handshake (Handshake Packet) indicando se a transferência obteve sucesso.

O USB utiliza três tipos de pacotes: Token, Data e Handshake Packets, mostrados nas figuras 3(a), (b) e (c), respectivamente. Esses pacotes possuem os seguintes campos:

Figura 3: (a) Token, (b) Data e (c) Handshake Packets

• PID (Packet Identifier): composto de oito bits. Os quatro mais significativos identificam e descrevem o pacote e os restantes são bits de verificação para prevenção de erros (check bits). Esses check bits são constituídos pelo complemento um dos quatros bits identificadores;
• ADDR (Address): endereço do dispositivo USB envolvido. Composto de 7 bits, limita o número de dispositivos endereçáveis em 127;
• ENDP (Endpoint): possui 4 bits que representam o número do endpoint envolvido. Permite maior flexibilidade no endereçamento de funções que necessitem de mais de um subcanal;
• CRC (Cyclic Redundancy Checks): bits destinados à detecção de erros na transmissão;
• DATA : bits de dados.

Um Token Packet pode identificar a transmissão como sendo de transferência para o Host (IN), de transferência para a função (OUT), de início de frame (SOF) ou de transferência de informações de controle para o endpoint (SETUP). O CRC de um Token Packet possui 5 bits e atua apenas sobre os campos ADDR e ENDP, uma vez que o PID possui seu próprio sistema de prevenção contra erros. Os dados transmitidos via Data Packet devem ter um número inteiro de bytes. O CRC de um Data Packet possui 16 bits e age apenas sobre o campo DATA. O Handshake Packet é constituído apenas de um PID. Esse pacote pode significar que o receptor recebeu os dados livres de erros (ACK), que o receptor não pode receber os dados, que o transmissor não pode transmitir (NAK) ou que o endpoint está em parado (STALL).

O USB aceita quatro tipos de transferências diferentes: Control, Bulk, Interrupt e Isochronous.

A transferência do tipo Control serve para configurar ou transmitir parâmetros de controle a um dispositivo. Inicialmente, em idle, ele recebe um Token de SETUP oriundo do Controlador Host. Em seguida, o Host envia um Data Packet para o endpoint de controle da função. A função envia, então, ao Host um Handshake Packet de reconhecimento (ACK) e entra em idle.

A transferência Bulk é utilizada para a transmissão de grande quantidade de dados, como em impressoras ou scanners. Ela garante uma transmissão livre de erros por meio da detecção de erros e de novas retransmissões, se necessário. Caso o Host deseje receber uma grande quantidade de dados, ele envia um Token de IN e a função devolve um Data Packet. Se houver algum problema, a função envia um STALL ou NAK e entra em idle. Ao final, o Host devolve um ACK. Se, em vez de receber, o Host desejar enviar dados, ele manda um Token de OUT em vez de IN.

A transmissão do tipo Interrupt é requisitada pelo Host e consiste numa transferência de pequena quantidade de dados. Os dados podem representar a notificação de algum evento, como os de um mouse ou caneta ótica.

A transferência tipo Isochronous permite o tráfego de dados que são criados, enviados e recebidos continuamente em tempo real. Nessa situação não há handshake, devido à própria continuidade com que os dados são transmitidos. Caso contrário, haveria atraso e a transmissão em tempo real seria comprometida.

Todas as especificações técnicas do padrão USB estão rigorosamente estabelecidas na Universal Serial Bus Specification Revision 1.0.

Para saber mais:

• Ler parte 1
• Artigo sobre USB
• Livro USB System Architecture, de Don Anderson