มี "โปรโตคอลการสื่อสาร USB" จริงๆหรือไม่?

ตามWikipedia , USB:

กำหนดสายเคเบิลตัวเชื่อมต่อและโปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้ในบัสสำหรับการเชื่อมต่อการสื่อสารและแหล่งจ่ายไฟระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

แต่มี " โปรโตคอลการสื่อสาร USB" จริงๆหรือ? ความเข้าใจของฉันคือ:

1. คุณเชื่อมต่ออุปกรณ์ USB เข้ากับเครื่อง (เช่น Ubuntu หรือ Linux ทุกชนิด)
2. ลินุกซ์พบไดรเวอร์อุปกรณ์สำหรับอุปกรณ์นั้น (อย่างใด - โบนัสถ้าคุณรู้!) และโหลด
3. อุปกรณ์ได้รับการเชื่อมต่อภายใต้ /dev/theDevice
4. ขณะนี้แอปพื้นที่ผู้ใช้สามารถอ่าน / เขียน/dev/theDeviceและไดรเวอร์จัดการ IO ระดับต่ำไปยังอุปกรณ์ / ฮาร์ดแวร์พื้นฐาน

สำหรับฉันไม่มีที่ไหนในโฟลว์นี้ที่มี "โปรโตคอลการสื่อสาร USB" ปรากฏขึ้น หากความเข้าใจของฉันถูกต้อง USB เป็นเพียงการเชื่อมต่อสายเคเบิลและไฟฟ้าระหว่างพีซีและอุปกรณ์

ฉันผิดที่นี่ USB ใช้โพรโทคอลระดับต่ำบางชนิดจริงหรือไม่ที่เน้นการโฟลว์ด้านบน? ถ้าเป็นเช่นนั้นมันคืออะไรและมันทำงานอย่างไรในมุมมอง 30,000 ฟุต?

ใช่ดูโปรโตคอล USB

ตามที่ฉันเข้าใจแล้วสเป็ค USB กำหนดชุดโพรโทคอลที่ซับซ้อนและโปรไฟล์อุปกรณ์

ตัวอย่างเช่นอุปกรณ์ USB สามารถปฏิบัติตามแม่แบบระดับสูงเช่นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่แป้นพิมพ์ (หรืออุปกรณ์เชื่อมต่อมนุษย์ ฯลฯ ) และได้รับการจัดการโดยไดรเวอร์อุปกรณ์ทั่วไป อุปกรณ์ USB บางตัวสามารถสื่อสารในระดับที่ต่ำกว่าได้ซึ่งการสนับสนุน USB ระดับต่ำของ OS สามารถรับรู้ได้ว่าจำเป็นต้องใช้ไดรเวอร์ระดับสูงเฉพาะสำหรับอุปกรณ์

คำถาม: มีการดำเนินการโปรโตคอลการสื่อสาร USB ระดับต่ำและมันคืออะไร

ตอบ:

ใช่มีข้อกำหนด USB รวมถึงโปรโตคอล USBซึ่งกำหนดวิธีการใช้บัสในระดับบิต นี่จะเป็นโปรโตคอล 'ระดับต่ำ' ที่รองรับโปรโตคอลระดับสูงเช่นหน่วยเก็บข้อมูลขนาดใหญ่, HID, เป็นต้น

สำหรับข้อมูลเฉพาะเกี่ยวกับวิธีการทำงานของโปรโตคอล USB วิกิ OSDevนี้จะมีประโยชน์ นี่คืออีกหนึ่งคำอธิบายที่น่าสนใจโดยใช้ไดอะแกรมลำดับเพื่ออธิบายการทำธุรกรรมข้อมูลต่าง ๆ ต่อโปรโตคอล USB

คำถามโบนัส: ลีนุกซ์ค้นหาและโหลดไดรเวอร์อุปกรณ์สำหรับอุปกรณ์นั้นอย่างไร?

คำตอบโบนัส :

'บน Linux เมื่อใช้เคอร์เนลที่ใช้งาน USB อุปกรณ์ USB ที่ใช้งานได้จะถูกตรวจพบผ่านฮาร์ดแวร์และเคอร์เนลเนื่องจากข้อกำหนด USB ในด้านฮาร์ดแวร์การตรวจจับทำได้โดย USB Host Controller จากนั้นในเคอร์เนล Host Controller Driver จะเข้าควบคุมและแปลบิตระดับต่ำบนสายไปเป็นข้อมูลที่ฟอร์แมตโปรโตคอล USB ข้อมูลนี้จะได้รับการบรรจุในไดรเวอร์หลักของ USB ในเคอร์เนล '

ฉันถอดความจากบทความ Opensourceforu ที่ยอดเยี่ยมนี้ซึ่งมีรายละเอียดและความชัดเจนมากขึ้นเกี่ยวกับคำถามของคุณในบริบท Linux

เช่นเดียวกับอินเทอร์เฟซการสื่อสารประเภทอื่นเกือบทุกชนิด USB ถูกนำมาใช้เป็นสแต็กโปรโตคอล. ระดับภายในสแต็กนี้เป็นเรื่องธรรมดาสำหรับอุปกรณ์ทุกประเภทหรือหลายประเภทที่กำหนดโดยมาตรฐาน USB ของตัวเองซึ่งทั้งสองสามารถใช้งานร่วมกันได้และป้องกันไม่ให้อุปกรณ์แต่ละเครื่องทำการออกแบบโปรโตคอลซ้ำซ้อน ยิ่งกว่านั้นเลเยอร์ของโปรโตคอลแต่ละชั้นจะสรุปรายละเอียดที่เลเยอร์ถัดไปไม่จำเป็นต้องกังวล ดังนั้นเมื่อคุณเขียนเลเยอร์เฉพาะอุปกรณ์คุณเพียงแค่มีฟังก์ชั่น 'ส่ง' และ 'รับ' ทั่วไปที่รับข้อมูลจากปลายทาง A ถึงปลายทาง B คุณในฐานะผู้ออกแบบอุปกรณ์ไม่ต้องสนใจ มันเกิดขึ้นได้อย่างไร นอกจากนี้ระดับที่ต่ำกว่าภายในสแต็กโปรโตคอลสามารถเปลี่ยนการใช้งานได้ตราบใดที่พวกเขาเปิดเผยอินเทอร์เฟซทั่วไปกับเลเยอร์เหนือพวกเขา ด้วยวิธีนี้เมื่อส่วนหนึ่งของโปรโตคอลสแต็คเปลี่ยนส่วนที่เหลือของสแต็คไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนซึ่งโปรโตคอลจะถูกใช้ในบางระดับที่ต่ำกว่าของสแต็ค โดยทั่วไปแล้วแต่ละเลเยอร์ที่ต่อเนื่องกันลงไปในสแต็กจะ encapsulate ข้อความที่สร้างโดยเลเยอร์ถัดไปที่สูงที่สุดภายในฟิลด์เพย์โหลดของตนเองเมื่อมีการส่งข้อความ เมื่อได้รับข้อความแต่ละเลเยอร์จะลอกส่วนที่เกี่ยวข้องกับเลเยอร์นั้นและส่งต่อส่วนของข้อมูลไปยังเลเยอร์ที่เหมาะสมถัดไปขึ้นไปบนสแต็ก นี่เป็นความจริงไม่ใช่แค่ USB แต่เกือบทุกบัสการสื่อสาร สแต็ก TCP / IP / Ethernet น่าจะเป็นที่ใช้กันมากที่สุดของเหล่านี้เช่น งานที่ได้รับชั้นมักจะรับผิดชอบในการอธิบายไว้ในรูปแบบเช่นแบบจำลอง OSI

ใน USB มีโพรโทคอลเลเยอร์ทางกายภาพที่กำหนดสถานะแรงดันไฟฟ้า / เวลา / ฯลฯ บนเส้นลวดและวิธีการตีความ เห็นได้ชัดว่าโปรโตคอลนี้จะต้องเป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐาน USB ด้วยตนเองไม่ใช่เฉพาะอุปกรณ์ที่กำหนด (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากโฮสต์ไม่มีวิธีรู้ว่าอุปกรณ์ชนิดใดที่จะเสียบเข้ากับพอร์ต USB ที่กำหนด)

ถัดไปมีโพรโทคอลการจัดการรถบัสใช้สำหรับอธิบายว่าใครสามารถพูดคุยบนรถเมื่อ สิ่งนี้เรียกว่าเลเยอร์การเข้าถึงสื่อในรูปแบบ OSI ใน USB เลเยอร์นี้สามารถสรุปได้ค่อนข้างมากว่า "อุปกรณ์สามารถส่งสัญญาณเมื่อโฮสต์บอกให้ทำเช่นนั้น" ดังนั้นจึงไม่มีโปรโตคอลที่ซับซ้อนเป็นพิเศษที่เลเยอร์นี้ใน USB

ถัดไปมีโพรโทคอลมาตรฐานสำหรับการอธิบายแพคเก็ตของข้อมูลและวิธีการกำหนดเส้นทางจากผู้ส่งไปยังผู้รับ เลเยอร์นี้ยังต้องเป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐาน USB ด้วยดังนั้นการสื่อสารเริ่มต้นเพื่อค้นหาว่าอุปกรณ์ชนิดใดที่เชื่อมต่อสามารถเกิดขึ้นได้ก่อนที่โฮสต์ประเภทอุปกรณ์เฉพาะจะเป็นที่รู้จักจริง นอกจากอุปกรณ์แต่ละเครื่องที่มี ID เฉพาะที่ชั้นนี้แล้วยังมีแนวคิดใน USB ของ endpoint ID สิ่งนี้อนุญาตให้อุปกรณ์ที่กำหนดให้มีจุดปลาย USB หลายจุดซึ่งมัลติเพล็กซ์และดีมัลติเพล็กซ์โดยสแต็ก USB มาตรฐานในลักษณะเดียวกับที่ซ็อกเก็ตมัลติเพล็กซ์และดีมัลติเพล็กซ์โดยสแต็ก TCP / IP มาตรฐาน แอปพลิเคชันสามารถจัดการกับปลายทางแต่ละจุดเหล่านี้เป็นสตรีมข้อมูลแยกกัน

ในที่สุดก็มีโปรโตคอลที่กำหนดไว้สำหรับอุปกรณ์เอง โปรดทราบว่าจริง ๆ แล้วมีบางคนที่ออกแบบไว้ล่วงหน้ารวมอยู่เป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐาน USB สำหรับกรณีการใช้งานทั่วไปเช่นอุปกรณ์เก็บข้อมูลขนาดใหญ่, เมาส์, คีย์บอร์ด ฯลฯ เพื่อให้ผู้ผลิตอุปกรณ์ทุกคนไม่จำเป็นต้องคิดค้นใหม่ ล้อ. อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นมีอิสระในการออกแบบโปรโตคอลที่กำหนดเองได้ที่ชั้นนี้ เอาต์พุตของเลเยอร์นี้สำหรับการส่งที่กำหนดถูกส่งผ่านเป็นส่วนของข้อมูลแพ็คเก็ตที่เลเยอร์ก่อนหน้า โปรดทราบว่าสำหรับอุปกรณ์ที่มีความซับซ้อนเพียงพอส่วนเฉพาะอุปกรณ์ของโพรโทคอลนั้นอาจถูกแบ่งออกเป็นเลเยอร์อิสระหลายชั้น แต่ระดับที่ต่ำกว่าไม่จำเป็นต้องรู้หรือสนใจเกี่ยวกับสิ่งนั้น สิ่งที่พวกเขาต้องรู้คือพวกเขาต้องผ่านชุดไบต์ที่กำหนดจากโฮสต์ไปยังอุปกรณ์ปลายทางเฉพาะหรือจากอุปกรณ์ปลายทางเฉพาะไปยังโฮสต์ อีกครั้งการมีอินเทอร์เฟซมาตรฐานระหว่างเลเยอร์ช่วยให้แยกความกังวลดังนั้นเลเยอร์หนึ่งไม่จำเป็นต้องสนใจเกี่ยวกับการทำงานภายในของเลเยอร์อื่น แต่เฉพาะข้อมูลเฉพาะที่ควรส่งผ่านหรือคาดว่าจะได้รับจากเลเยอร์ด้านบนทันทีหรือ ด้านล่างในสแต็ก

จริงๆแล้วมีชุดโปรโตคอลการสื่อสารที่เกี่ยวข้องซึ่งโต้ตอบกัน

ที่ระดับต่ำสุดมีโปรโตคอลซึ่งอธิบายวิธีส่งแพ็คเก็ตไบต์ผ่านการเชื่อมต่อแบบอนุกรม นี่เป็นเรื่องปกติสำหรับอุปกรณ์ USB ทั้งหมด (แต่แตกต่างกันระหว่าง USB2 และ USB3)

หนึ่งในแพ็กเก็ตแรกที่ส่งไปขอให้อุปกรณ์อธิบายตัวเอง เพื่อป้องกันปัญหาไก่และไข่โปรโตคอลการระบุเหมือนกันสำหรับอุปกรณ์ USB ทั้งหมด ระบบปฏิบัติการสามารถใช้การระบุนี้เพื่อโหลดไดรเวอร์ที่ถูกต้อง

ที่อีกระดับหนึ่ง USB คือบัสซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์หลายเครื่องต้องใช้แบนด์วิดท์ร่วมกัน ซึ่งหมายความว่ามีโพรโทคอลที่บอกแต่ละอุปกรณ์ว่าสามารถพูดคุยได้หรือไม่และเมื่อใด เนื่องจากอุปกรณ์ USB ทั้งหมดจะต้องปฏิบัติตามนี้จึงมีการใช้โปรโตคอลทั่วไปในการจัดการเรื่องนี้

ในที่สุดอุปกรณ์ USB ที่เรียบง่ายจำนวนมากนั้นเรียบง่ายจนมีโปรโตคอลเพิ่มเติมซึ่งอธิบายถึงอุปกรณ์ทั้งหมด (เช่นเมาส์คีย์บอร์ดที่เก็บข้อมูลอะแดปเตอร์อีเธอร์เน็ต, ... ) อุปกรณ์ส่วนใหญ่รองรับศูนย์หรือหนึ่งในโปรโตคอลการทำงานเหล่านี้

บางทีคำตอบบางส่วนอยู่ในนิยามของวลี " โปรโตคอลการสื่อสาร " ไปที่แหล่งข้อมูลเดียวกันกับที่คุณทำ (Wikipedia) คุณจะพบข้อมูลที่เป็นประโยชน์เช่น:

• สำหรับการสื่อสารที่จะเกิดขึ้นโปรโตคอลจะต้องมีการตกลงกัน
• ระบบการสื่อสารใช้รูปแบบที่กำหนดไว้อย่างดี (โปรโตคอล) สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อความ
• โปรโตคอลจะต้องกำหนดไวยากรณ์ความหมายและการประสานการสื่อสาร
• โปรโตคอลสามารถนำมาใช้เป็นฮาร์ดแวร์ซอฟต์แวร์หรือทั้งสองอย่าง

วิธีคิดง่ายๆคือโพรโทคอลเป็นวิธีที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและตกลงกันในการทำบางสิ่งบางอย่างในกรณีนี้บางสิ่งคือวิธีการย้ายข้อมูลเข้าและออกจากอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ USB ฮาร์ดแวร์ที่ชาญฉลาดแต่ละขามีระดับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและโปรโตคอลการใช้งานแต่ละประเภทของอุปกรณ์มีโปรโตคอลการใช้งานที่กำหนดไว้ล่วงหน้าสำหรับทุกขาและแต่ละแพ็คเก็ตข้อมูลมีไวยากรณ์และรูปแบบข้อมูลที่กำหนดไว้ล่วงหน้า นอกจากนี้ยังมีโปรโตคอลการจับมือการสื่อสารที่จัดตั้งขึ้น โดยรวมนี่เป็นส่วนหนึ่งของการรวบรวมมาตรฐานสำหรับการใช้อุปกรณ์ USB หรือที่รู้จักกันในนามโปรโตคอล USBซึ่งได้รับการตัดสินจากสมาชิกของฟอรัม USB Implementers Forum, Inc.

ดังนั้นใช่มีเป็นโปรโตคอล USB หรือมากกว่าได้อย่างถูกต้องมีอยู่เป็นจำนวนมากที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและตกลงโปรโตคอล USB sสำหรับการใช้งาน USB ที่แตกต่าง