Licenciatura em Engenharia Informática
Ramo de Computadores e Sistemas
Projecto 5º Ano
USB & FireWire
Relatório
Autor: Carlos Sampaio
Aluno N.º 970317
Página Deixada Propositadamente em Branco
Agradecimentos
Queria deste modo agradecer, a todos que me ajudaram na pesquisa
e elaboração deste relatório quer de forma directa ou indirecta.
O meu obrigado aos colegas e amigos de curso, Sérgio Nogueira,
Nuno Rocha e Paulo Taveira.
Agradeço também o amor e a compreensão da minha namorada
Irina.
Ficam também os meu agradecimentos ao meu Orientador de
Projecto, o Prof. Paulo Ferreira.
Todo este projecto é dedicado à memória do meu grande amigo e
colega,
José António Almeida Barbosa
Por tudo o que me ensinaste, o meu MUITO OBRIGADO!
II
Prefácio
Durante muito tempo o Homem esteve condicionado pela dificuldade
em poder deslocar-se grandes distâncias. Aí construiu estradas. Mas
tinha dificuldade em transportar objectos pesados, por isso inventou
a roda. Depois aborreceu-se de andar e começou a montar animais.
Os
animais
tornaram-se
lentos
demais
para
o
Homem,
não
conseguiam responder às suas necessidades, e além disso também
se cansavam, precisando assim de descansar. Aí o Homem inventou o
motor, conseguia deslocar-se sem se cansar. Mas quando já tinha
tudo, surgiu o computador. Agora tinha também de transportar
informação em forma de bits de máquina para máquina. Os
computadores ficaram mais pequenos, muito pequenos. O Homem
então pensou, já que tenho de utilizar isto ao menos vou fazer com
que seja ele a servir-me e não ao contrário. Então começou a
desenvolver dispositivos que o pudessem servir da melhor forma, que
seria a mais célere possível. Depois de inventar esses dispositivos,
necessitou de os ligar ao computador. Depois de algumas tentativas
surgiu a porta série, depois a porta paralela e.... mais tarde surgiram
o USB e o FIREWIRE... que vieram revolucionar seu mundo. Pelo
menos
o
meu
mudaram...
pelo
tempo
que
disponibilizei
na
elaboração deste relatório, e com o que aprendi nesse processo.
III
Índice
Introdução ....................................................................1
Porta Série ......................................................................4
UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter...................5
Tipos de UART’s utilizadas nos PC’s .........................................5
Conectores..............................................................................6
Informação sobre Conector Série DB9 .....................................6
Informação sobre Conector Série DB25....................................7
Periféricos que podem ser utilizados através da Porta Série: .......10
Porta Paralela ..............................................................11
Tipos de Portas Paralelas ........................................................11
Conector Porta Paralela DB25 ..................................................13
Endereços das portas .............................................................15
Periféricos que podem ser utilizados através da Porta Paralela:....17
Necessidade de Novos Barramentos...........18
Novos tipos de periféricos .......................................................18
Limitações das Portas Série e Paralela ......................................18
USB e FireWire, mas porquê um barramento Série? ...................20
USB ....................................................................................21
Evolução do USB....................................................................21
Motivações .........................................................................24
Principais metas do USB 2.0:................................................25
Taxas de Transferência suportadas........................................26
Conectores............................................................................27
Configurações mecânicas dos conectores ...............................30
IV
Cabos...................................................................................33
Tipos de Cabos ...................................................................34
Descrição de um sistema USB .................................................40
Componentes de um barramento USB ...................................41
Topologia do barramento ........................................................44
Distribuição e Gestão de Energia..............................................45
Distribuição de energia ........................................................45
Gestão de energia ...............................................................45
Configuração do sistema USB ..................................................46
Ligação de um dispositivo ....................................................46
Remoção de dispositivos ......................................................47
Protocolo do barramento.........................................................47
Modelo de Fluxo de Dados USB ................................................49
Erros ....................................................................................51
Detecção de erros ...............................................................51
Recuperação dos erros ...........................................................51
Tipos de fluxos de informação .................................................52
Transferência de controlo .....................................................54
Transferência de grandes volumes de informação....................54
Transferência de informação de interrupção ...........................54
Transferência de informação em tempo real ou isócrona ..........55
Suporte por parte dos Sistemas Operativos ...............................56
Variantes Windows ..............................................................56
Linux .................................................................................56
Mac OS ..............................................................................56
Perspectivas de Evolução Futura ..............................................57
V
FireWire ...........................................................................60
Aplicações Típicas ..................................................................61
Evolução IEEE 1394 ...................................................................63
Conectores..............................................................................64
Cabos ....................................................................................65
Cabo com conectores 6 pinos – 6 pinos..................................66
Cabo com conectores 6 pinos – 4 pinos..................................67
Cabo com conectores 4 pinos – 4 pinos..................................67
Topologia ..............................................................................68
Transferências de Dados .........................................................70
Transferências Assíncronas...................................................70
Transferências Isócronas......................................................71
Protocolo ..............................................................................72
Camada Física .......................................................................73
Configuração ......................................................................73
Reinicialização ....................................................................75
Identificação da Árvore ........................................................75
Identificação Individual ........................................................79
Controlo Normal do Barramento............................................82
Camada de Ligação ................................................................85
Camada de Transacção ...........................................................85
Gestão do Barramento............................................................86
Cycle Master.......................................................................86
Gestor de Recursos Isócronos (Isochronous Resource Manager) ...87
Gestor do Barramento (Bus Manager)....................................88
Suporte por parte dos Sistemas Operativos ...............................89
Variantes Windows ..............................................................89
Linux .................................................................................89
Mac OS ..............................................................................89
Periféricos mais comuns..............................................................90
Perspectivas de evolução futura...............................................91
VI
Hardware USB e FireWire .............................93
USB .....................................................................................93
Cabo de Transferência de Dados USB (Liga dois computadores) 93
Adaptadores USB -» Série DB 9 e DB 25 ................................94
Adaptador USB -» PS/2........................................................94
Cabo com Brigde de Rede ....................................................95
Adaptador USB -» Ethernet (10 Base-T).................................95
Adaptadores USB -» Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5....................96
Adaptador USB -» Vídeo.......................................................96
Adaptador Bluetooth USB .....................................................97
Controlo Remoto Digital USB ................................................97
Adaptador Áudio USB ..........................................................98
Adaptador USB -» ADB ........................................................98
Mini HUB USB .....................................................................99
Adaptador do Isqueiro para iPOD ..........................................99
Switcher USB.................................................................... 100
Adaptador para PDAs DB9 -» USB ....................................... 101
FireWire.............................................................................. 102
Cabo Adaptador FireWire -» i.LINK ...................................... 102
Adaptador FireWire -» Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5 ............... 102
Adaptadores FireWire -» Ultra SCSI ..................................... 103
Cartão PCMCIA com Barramento FireWire ............................ 103
Repetidor FireWire............................................................. 104
Unidade de armazenamento FireWire................................... 105
Drive de Vídeo Digital FireWire............................................ 106
Widgets (adaptadores DV-In) ............................................. 107
USB & FireWire .................................................................... 108
HUB COMBO FireWire/USB ................................................. 108
Drive de Armazenamento FireWire/USB ............................... 109
Conclusão ............................................................... 110
VII
Glossário & Bibliografia ................................. 115
Glossário ............................................................................ 115
Bibliografia.......................................................................... 118
Portas Série...................................................................... 118
Portas Paralela.................................................................. 118
USB................................................................................. 118
FIREWIRE ........................................................................ 118
Outros termos e assuntos .................................................. 118
VIII
Índice de Imagens
Capitulo 1
Imagem 1.1 - Conector Série DB9 ................................................6
Imagem 1.2 - Conector Série DB25...............................................7
Capitulo 2
Imagem 2.1 - Conector Porta Paralela DB25 ................................13
Capitulo 3
Imagem 3.1 - Ícone USB ...........................................................30
Imagem 3.2 - Configuração Física do Conector USB ......................31
Imagem 3.3 - Corte de um cabo USB ..........................................33
Imagem 3.4 - Cabo Destacável Standard.....................................35
Imagem 3.5 - Cabo Destacável Standard (Mini B) .........................36
Imagem 3.6 - Cabo fixo High/Full Speed......................................37
Imagem 3.7 - Cabo fixo Low Speed ............................................38
Imagem 3.8 - Topologia USB .....................................................44
Imagem 3.9 - Modelo de Fluxo de Dados USB ..............................49
Capitulo 4
Imagem 4.1 - Cabo FireWire sem Condutores Eléctricos ................65
Imagem 4.2 - Cabo FireWire com Condutores Eléctricos ...............65
Imagem 4.3 - Cabo FireWire (6-6) ..............................................66
Imagem 4.4 - Cabo FireWire (6-4) ..............................................67
Imagem 4.5 - Cabo FireWire (4-4) ..............................................67
Imagem 4.6 - Barramento FireWire.............................................68
Imagem 4.7 - Espaço de Endereçamento .....................................69
Imagem 4.8 - Protocolo FireWire ................................................72
Imagem 4.9 - Atribuição de Números de Porta .............................76
Imagem 4.10 - Atribuição de Hierarquias.....................................77
Imagem 4.11 - Ciclo FireWire .....................................................82
IX
Capitulo 5
Imagem 5.1 - Cabo de Transferência de Dados USB......................93
Imagem 5.2 - Adaptadores USB -» Série DB 9 e DB 25 .................94
Imagem 5.3 - Adaptador USB -» PS/2 .........................................94
Imagem 5.4 - Cabo com Brigde de Rede......................................95
Imagem 5.5 - Adaptador USB -» Ethernet (10 Base-T) ..................95
Imagem 5.6 - Adaptadores USB -» Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5.....96
Imagem 5.7 - Adaptador USB -» Vídeo........................................96
Imagem 5.8 - Adaptador Bluetooth USB ......................................97
Imagem 5.9 - Controlo Remoto Digital USB .................................97
Imagem 5.10 - Adaptador Áudio USB ..........................................98
Imagem 5.11 - Adaptador USB -» ADB ........................................98
Imagem 5.12 - Mini HUB USB ....................................................99
Imagem 5.13 - Adaptador do Isqueiro para iPOD ..........................99
Imagem 5.14 - Switcher USB ................................................... 100
Imagem 5.15 - Adaptador para PDAs DB9 -» USB....................... 101
Imagem 5.16 - Cabo Adaptador FireWire -» i.LINK...................... 102
Imagem 5.17 - Adaptador FireWire -» Discos Rígidos IDE 2.5/3.5. 102
Imagem 5.18 - Adaptadores FireWire -» Ultra SCSI .................... 103
Imagem 5.19 - Cartão PCMCIA com Barramento FireWire ............ 103
Imagem 5.20 - Repetidor FireWire ............................................ 104
Imagem 5.21 - Conversores de Sinais Analógicos em DV e DV/TV 104
Imagem 5.22 - Unidade de armazenamento FireWire .................. 105
Imagem 5.23 - Drive de Vídeo Digital FireWire ........................... 106
Imagem 5.24 - Widgets (adaptadores DV-In)............................. 107
Imagem 5.25 - HUB COMBO FireWire/USB................................. 108
Imagem 5.26 - Drive de Armazenamento FireWire/USB............... 109
X
Índice de Tabelas
Capitulo 1
Tabela 1.1 - Endereços das portas série com1 a com4 num PC .........4
Tabela 1.2 - Tipos de UART’s utilizadas nos PC’s .............................5
Tabela 1.3 - Nome e Função dos Pinos dos Conectores Série ............8
Capitulo 2
Tabela 2.1 - Nome e Função dos Pinos do Conector.......................14
Tabela 2.2 - Endereços de Memória da Porta Paralela....................15
Tabela 2.3 - Endereços base das portas LPT .................................16
Capitulo 3
Tabela 3.1 - Taxas de Transferência / Dispositivos ........................26
Tabela 3.2 - Conectores USB......................................................28
Tabela 3.3 - Contactos e Funções dos Conectores A e B.................32
Tabela 3.4 - Contactos e Funções do Conector Mini B ....................32
Capitulo 4
Tabela 4. 1 - Fichas e Tomadas FireWire......................................64
Tabela 4.2 - Contactos e Funções dos Conectores (6p) FireWire .....66
Tabela 4.3 - Contactos e Funções dos Conectores (4p) FireWire .....67
Tabela 4.4 - Tabela Velocidade Trans. / Tamanho dos Dados..........70
Tabela 4.5 - Dispositivos e Periféricos mais comuns ......................90
Tabela 4.6 - Características comuns IEEE 1394a e 1394b ..............91
Tabela 4.7 - Características Próprias da espec. 1394a e 1394b .......92
XI
XII
Introdução
Introdução
Durante muito tempo, na área da informática, viveram-se constantes
descobertas e desenvolvimentos. Estas alterações foram acontecendo
de dia para dia, invadindo a vida de todos e fornecendo uma maior
qualidade de vida, tanto em termos de comodidade e facilidade na
comunicação com os outros como na oferta de potencialidades a nível
de desenvolvimento económico, educacional e até social.
Esta constante inovação teve, e tem, os seus benefícios. De notar
que a nível de Hardware, o desenvolvimento desenrola-se a uma
velocidade
estonteante.
À
10
anos
atrás
a
velocidade
de
processamento dos computadores pessoais era de no máximo 25
MHz. Passados dois anos, já existiam processadores a funcionar a 66100MHz com a vantagem de terem incluídos coprocessadores
matemáticos.
acréscimos
Se
na
altura
significativos,
o
essas
que
velocidades
dizer
agora
ultrapassadas as barreiras quase míticas de
apresentavam
que
já
foram
1 GHz, e mais
recentemente dos 2 GHz. Estas mudanças progressivas foram, como
é lógico, acompanhadas na área do Software. Deu-se o BOOM da
Internet, as linguagens por objectos passaram a ser desenvolvidas e
utilizadas como até então não tinham sido, seguindo-se da utilização
dos sistemas distribuídos assim como o conceito da concorrência na
programação.
Surgiram então novos periféricos e novas aplicações cuja velocidade
tendia a compatibilizar-se com os computadores pessoais com os
quais eram utilizados.
1
Introdução
Os até então, métodos de ligação entre periféricos e PC, que eram a
Porta Série e Paralela e que apresentavam uma resposta suficiente
(ou quase) às exigências que lhes eram colocadas, deixaram de o ser
e ficou exposta uma nova necessidade de mercado das conexões
entre periféricos e PC’s. A juntar a esta necessidade, verificou-se a
crescente
popularidade
de
uma
outra
ideia
que
consistia
na
interligação de dois dispositivos sem haver a exigência de possuir um
computador que funcionaria como gestor dessa mesma interligação.
Neste período de prosperidade na área da computação, emergiram
novas ideias e foram implementadas novas realidades até então
impensáveis. A chave do sucesso de uma empresa perante esta
conjuntura era composta por 4 factores: investigação, inovação e
imaginação,
capacidade
de
investimento
e
possuir
uma
boa
estratégia de parcerias com empresas bem colocadas no mercado.
E foi assim que surgiram dois novos interfaces de ligação no mundo
dos computadores e periféricos, o USB e o FireWire.
À primeira vista podem parecer independentes, ou infundadas as
ideias de que quem os desenvolveu (interfaces) o fez por mera
estratégia tecnológica, mas na verdade e após algum estudo é
verificável que não.
Entre as empresas que desenvolveram as várias especificações USB,
surgem os nomes da Compaq, Hewlett-Packard, IBM, Microsoft e Intel.
Não é coincidência o facto de todas elas investirem no produto PC ou
em periféricos dependentes deste. Por outro lado, surge a Apple
como principal impulsionadora do barramento FireWire.
2
Introdução
Torna-se então fácil, o entendimento das razões que levaram cada
uma destas empresas a enveredar por cada um dos dois tipos de
especificação, que têm como principal diferença, a necessidade, ou
não, da existência de um PC cuja principal função é a de HOST no
barramento.
No caso do USB, o PC era necessário e portanto as empresas que
investiam na linha PC, desenvolveram, implementaram e publicitaram
este barramento.
No caso FireWire, a Apple, que não era concorrente à altura, em
termos de quantidade de computadores vendidos face à vertente
“Wintel” (Microsoft e Intel) IBM (compatibilidade) PC, tinha um bom
mercado de periféricos e dispositivos portáteis de pequena dimensão,
tais como eBook’s, PDA’s, etc.. . Visto que na especificação FireWire
não era necessária a existência de um PC com a função de gestor de
barramento, tornava-se
então
possível e vantajoso adquirir o
mercado das ligações entre estes e outros dispositivos electrónicos.
Como estratégia de parceria surgiram então outras empresas cujos
principais produtos produzidos funcionavam de forma independente
do PC. Entre estas destacam-se a Sony e a Texas Instruments.
3
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 1 – Porta Série
1.
Porta Série
Uma Porta Série é uma porta do tipo Assíncrono que transmite
apenas 1 bit de dados de cada vez. As Portas Série são utilizadas na
maioria
de
computadores
compatíveis
com
o
PC.
Usualmente
referenciadas como conectores série DB9 ou DB25 conjuntamente
com o interface RS-232c standard especificado nas normas ISO 2110
e ISO 4902.
O estudo do funcionamento da porta série nos PC’s, é tido como,
basicamente, o estudo da UART utilizada para a implementar. Os
endereços na memória de entrada/saída, são referidos na tabela 1,
em que COM1, COM2, COM3 e COM4 correspondem respectivamente
à porta série 1, 2, 3 e 4.
Nome
Endereço
IRQ
COM 1
3F8
4
COM 2
2F8
3
COM 3
3F8
4
COM 4
2F8
3
Tabela 1.1 - Endereços das portas série com1 a com4 num PC
4
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 1 – Porta Série
UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
As UART’s necessitam de um relógio para trabalhar. Nesta caso o
cristal utilizado é de 1.8432 MHz. O cristal é ligado directamente à
UART nos pinos XIN e XOUT, usando poucos componentes adicionais
de modo a ajudar o cristal a oscilar. Este relógio vai ser usado para
gerar a taxa de transmissão cuja velocidade é calculada por 1.8Mhz
/(16 x velocidade de transmissão).
A taxa máxima de transferência de uma porta série é de 115.2Kbps.
O estudo da porta série nos PC é basicamente o estudo da UART
16550 usada nos PC’s, cuja documentação pode ser obtida a partir de
http://www.natsemi.com,
disponível
em
formato
PDF,
ou
de
http://www.ti.com, referente à UART TL16C750 que possui uma FIFO
de 64 bytes.
Tipos de UART’s utilizadas nos PC’s
Tipo
8250
16450
16550
16650
16750
Descrição
Primeira UART utilizada nos PC’s, não dispunha de registo
de uso geral.
Começou a ser utilizada nos AT’s, pode atingir a taxa de
transmissão até 38.4KBps.
Primeira de uma geração de UART’s com buffer de
memória. Tem um memória FIFO de 16 bytes.
Contem um buffer de 32 bytes. Permite a programação de
controlo de fluxo XON/XOFF.
Com memória FIFO de 64 bytes.
Tabela 1.2 - Tipos de UART’s utilizadas nos PC’s
5
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 1 – Porta Série
Conectores
Os conectores D9 e D25 são os utilizados para ligar periféricos à
Porta Série. D representa a forma física do conector quando
posicionado na vertical. O número 9 ou 25 é relativo ao número de
pinos do conector. As conexões Série DB9 podem ser normalmente
encontradas em PC’s modernos enquanto as DB25 são, por sua vez,
encontradas nos mais antigos.
Informação sobre Conector Série DB9
Na figura representada de seguida é possível verificar vários factores
que nos ajudarão a identificar com mais facilidade uma conexão série
do tipo DB9. Antes de mais, é de notar que o conector possui nove
pinos (descritos na tabela seguinte à figura). A imagem é relativa a
um Conector Série fêmea que normalmente se encontra nos
acessórios e periféricos que se pretendem ligar ao computador.
Alguns conectores deste tipo podem ainda possuir dois pequenos
parafusos que ajudam a manter a conexão estável do ponto de vista
físico da ligação.
Imagem 1.1 - Conector Série DB9
¾Um Conector Série DB9 é identificado primeiramente por
possuir nove pinos;
¾Assumir uma forma em D;
¾Os conectores série DB9 nos computadores são machos.
6
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 1 – Porta Série
Informação sobre Conector Série DB25
Na figura representada de seguida é possível verificar vários factores
que nos ajudarão a identificar com mais facilidade uma porta DB25.
Antes de mais, é de notar que o conector possui 25 pinos, como é
ilustrado na figura seguinte:
Imagem 1.2 - Conector Série DB25
¾Um Conector Série DB25 é identificado primeiramente por
possuir vinte e cinco pinos;
¾Assumir uma forma em D;
¾Os conectores série DB25 nos computadores são machos.
Para mais informação sobre a porta DB25 ver capítulo Porta Paralela.
7
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 1 – Porta Série
De seguida é apresentada uma tabela com a designação, função e o
número do pino correspondente nos conectores DB9 e DB25:
DB9 - Pino DB25 – Pino
Função
Designação do
N.º
N.º
Sinal
1
8
Data Carrier Detect
DCD
2
3
Received Data
RxData
3
2
Transmitted Data
TxData
4
20
Data Terminal Ready
DTR
5
7
Signal Ground
Gnd
6
6
Data Set Ready
DSR
7
4
Request To Send
RTS
8
5
Clear To Send
CTS
9
22
Ring Indicator
RI
Tabela 1.3 - Nome e Função dos Pinos dos Conectores Série
Descrição das funções dos Pinos
DCD- Data Carrier Detect
Quando a zero indica que a portadora foi detectada pelo modem. É
uma entrada de estado do modem, cujo valor pode ser testado pela
leitura do bit 7 do registo MSR. O bit 3 do MSR indica se houve
variação na linha /DCD desde a ultima leitura deste registo.
RD – Received Data
Por onde são recebidos os dados em série.
TD – Transmit Data
Por onde são transmitidos os dados em série.
8
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 1 – Porta Série
DTR- Data Terminal Ready
Quando a zero informa o modem que a UART está pronta para
estabelecer a comunicação. O sinal /DTR pode ser activado a zero
colocando um’1’ no bit zero do registo MCR.
DSR- Data Set Ready
Quando a zero indica que o modem está pronto para estabelecer a
comunicação. A linha DSR é um linha de estado do modem, cujo
valor pode ser testado em MSR no bit 5. O bit 1 do MSR indica se
houve alguma variação na linha /DSR desde a ultima leitura deste
registo.
RTS- Request To Send
Quando a zero informa o modem que a UART está pronta para trocar
dados, o sinal RTS pode ser activo a zero, colocando um ‘1’ no bit 1
do MCR.
CTS- Clear To Send
Quando a zero indica que o modem ou o dispositivo de dados está
pronto para trocar dados. A linha CTS é um sinal de entrada, que
indica o estado do modem, cujo valor pode ser testado, pela leitura
do bit 4 do registo MSR. O bit zero do MSR indica se houve variação
do CTS, desde a ultima leitura deste registo.
RI- Ring Indicator
Quando a zero indica que o modem recebeu um sinal de corrente de
chamar, esta linha pode ser testada pela leitura do bit 6 do registo
MSR. O bit 6 é o complemento do sinal RI. O bit 2 do MSR indica se
houve variação na linha RI desde a ultima leitura.
9
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 1 – Porta Série
Periféricos que podem ser utilizados através da Porta Série:
Rato – Um dos acessórios em que a utilização é mais comum numa
Porta Série. Isto verifica-se nos computadores que não possuem
Portas PS/2 ou em computadores portáteis.
Modem – Um outro exemplo de utilização das Portas Série. Embora
este método de ligação seja mais usual em computadores mais
antigos também se verifica actualmente em alguns casos devido à
sua fácil utilização, montagem e configuração.
Rede – Esta era uma das utilizações originais das Portas Série.
Permitia ligar dois computadores entre si e assim transferir ficheiros
de dimensões consideráveis entre eles.
Impressora – Hoje em dia não é comum verificar a utilização deste
periférico em Portas Série (exceptuando a ligação DB25 ou Porta
Paralela). Contudo, no passado, as impressoras e plotters eram
frequentemente utilizadas através Porta Série.
10
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2 – Porta Paralela
2.
Porta Paralela
Uma Porta Paralela é constituída por um conector DB25 com um
barramento de dados de 8 bits (Pinos 2 a 7). Este tipo de conectores
é mais familiar por ser utilizado em impressores, mas também se
aplica a outros acessórios e periféricos.
O comprimento standard dos cabos com conectores de Porta Paralela
deve no máximo, ser de 4.5 m, embora existam cabos cujo
comprimento máximo possa ir até aos 15 m. Estes últimos, porém,
não são recomendados visto que podem providenciar conexões
débeis e com sinais de dados com fraca amplitude.
Tipos de Portas Paralelas
Uni-direccional – Porta Standard de 4 bits, cuja configuração de
fábrica não permite a transferência de dados nos dois sentidos.
Bidireccional – Porta Standard de 8 bits que foi lançada a quando
da apresentação da Porta PS/2 em 1987 pela IBM e que ainda é
utilizada em PC’s hoje em dia. A Porta Bidireccional é capaz de enviar
8 bits em modo Input ou Output. Hoje em dia, em impressoras
multifunção
esta
porta
pode
ser
referida
como
bi-direccional,
Centronics, PS/2 ou Porta Standard.
11
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2 – Porta Paralela
EPP – Tem a designação de Enhanced Parallel Port (EPP) e foi
desenvolvida de 1991 pelas empresas Intel, Xircom e Zenith Data
Systems. Este tipo de porta opera com velocidades semelhantes ao
bus ISA e pode alcançar taxas de transferência de dados na ordem
dos 1 até 2 Mb/seg.
A versão 1.7 da EPP foi lançada em 1992 e foi, mais tarde,
adaptada ao Standard IEEE 1284. Todas as capacidades adicionais
desta versão foram adaptadas ao Standard IEEE.
A versão 1.9 da EPP nunca existiu.
ECP – Tem a designação de Enhanced Capabilities Port (ECP). Foi
desenvolvida
pelas
empresas
Microsoft
e
Hewlett-Packard,
e
anunciada em 1992. Traduz numa EPP adicional. Infelizmente este
tipo de porta necessita de um canal DMA adicional, o qual pode
originar conflitos de recursos.
12
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2 – Porta Paralela
Conector Porta Paralela DB25
Ao contrário do que se passa nas portas série, o conector de porta
paralela DB25 presente no painel dos computadores é fêmea.
Imagem 2.1 - Conector Porta Paralela DB25
13
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2 – Porta Paralela
Em seguida é apresentada uma tabela com número, designação e
função de cada pino presente num conector DB25, que representa a
configuração de uma Porta Paralela:
Pino N.º
Designação
1
-Strobe
2
3
4
5
6
7
8
9
+Data
+Data
+Data
+Data
+Data
+Data
+Data
+Data
10
-Acknowledge
11
+Busy
12
+Paper End
13
+Select
14
-Auto Feed
15
-Error
16
-Initialize Printer
17
-Select Input
18
19
20
21
22
23
24
25
-Data
-Data
-Data
-Data
-Data
-Data
-Data
-Data
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Bit
Função
Quando o sinal é
acknowledgement.
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5 Rtn
6 Rtn
7 Rtn
Low
é
efectuado
o
Data
Pinos de Transferência de Dados
É passada a informação que os dados já foram
processados e o sinal High indica que está pronto a
receber novos dados.
Quando o sinal é High significa que a impressora
aceitou os dados e encontra-se no momento a
efectuar o seu processamento. Quando este sinal
fica Low e o pino 10 fica High a impressora está
preparada para receber dados adicionais.
O papel de impressora fica bloqueado quando o
sinal é High ou não existe sinal se a impressora
bloquear.
Quando o sinal é High indica que a impressora se
encontra on-line e pronta a imprimir.
Quando o sinal é Low significa que o PC terá
indicado à impressora que deverá fazer um line
feed depois de cada linha imprimida.
A
impressora
envia
uma
mensagem
ao
computador informando da ocorrência de um erro.
Quando o sinal é Low significa que o PC faz um
pedido à impressora para que esta inicie uma
reinicialização interna.
Quando o sinal é Low significa que o PC já
seleccionou uma impressora e que esta se deve
preparar para receber dados que estão prestes a
ser enviados.
Terra
Tabela 2.1 - Nome e Função dos Pinos do Conector
14
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2 – Porta Paralela
Endereços das portas
A porta paralela utiliza três endereços base indexados ao LPT1, LPT2
e LPT3. O LPT1 é normalmente a atribuído ao endereço 0378h,
enquanto que o LPT2 é atribuído ao 0278h, este endereço podem
contudo variar pois existem situações onde o endereço para a porta
paralela LPT1 é 03BCh.
Endereços
3BCh-3BFh
Descrição
Usado para porta paralelas incorporadas em placas
gráficas. É rara a utilização deste endereço
378h-37Fh
Endereço comum da LPT 1
278h-27Fh
Endereço comum da LPT 2
Tabela 2.2 - Endereços de Memória da Porta Paralela
Quando se liga o computador (power-on) a BIOS determina o número
de portas que existem no computador e atribui-lhes os nomes LPT1,
LPT2 e LPT3. A BIOS vai em primeiro verificar o endereço 03BCh, se
uma porta paralela for encontrada aqui atribui-lhe o LPT1, caso não
exista vai verificar o endereço 0378h e depois vai verificar 0278h.
Significando isto que em 0378h, podemos ter LPT1 ou LPT2. Isto
poderá parecer confuso, no entanto é sempre possível efectuar a
atribuição dos endereços correspondentes à porta, é de todo
conveniente configura o LPT1 para 0378h, o LPT2 para 0278h...
No entanto, os endereços das portas não constituem problema para
quem quiser efectuar ou utilizar como interface do PC a porta
paralela. Pois é bastante fácil saber onde estão mapeadas. Este
mapeamento poderá ser visto no quadro resumo que é mostrado pela
BIOS no arranque do PC, onde são indicadas as portas paralelas
disponíveis e o seu endereço.
15
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2 – Porta Paralela
No Windows poderá ser consultado em propriedades do meu
computador, dispositivos de entrada/saída. Também é possível saber
este mapeamento consultando a chamada tabela de variáveis da
BIOS que num endereço especifico dessa tabela guarda os endereço
base dos diferentes LPT’s.
Endereços Base
Descrição
0000:0408
Endereço base do LPT1
0000:040A
Endereço base do LPT2
000:0040C
Endereço base do LPT3
0000:040E
Endereço base do LPT4
Tabela 2.3 - Endereços base das portas LPT
16
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2 – Porta Paralela
Periféricos que podem ser utilizados através da Porta
Paralela:
Impressora – A utilização mais comum numa Porta Paralela.
Scanner – Este é mais um periférico que normalmente é ligado a
uma Porta Paralela. Os Scanners ligados por intermédio de uma Porta
Paralela são uma alternativa aos Scanners SCSI, isto porque na
primeira opção, a sua instalação verifica-se muito mais fácil.
Drives Externas – Uma utilização popular das Portas Paralelas são
também as Drives Externas como a Iomega Zip Drive, a qual pode
ser facilmente desconectada de um computador e conectada a outro.
17
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2.X – Necessidade de Novos Barramentos
2.X
Necessidade de Novos Barramentos
Novos tipos de periféricos
Drives CD-RW, Discos Duros, Cameras Vídeo Digitais (tanto estáticas
como móveis), Unidades de Backup (alta Capacidade e Velocidade),
Cameras fotográficas digitais on-line, Sensores de Alta Sensibilidade,
Equipamento de Vídeo Conferência, Impressoras a Cores de Alta
Resolução, etc..
Limitações das Portas Série e Paralela
Com o aparecimento de novos tipos de periféricos e acessórios, que
viriam a melhorar a qualidade e o rendimento que é possível de
retirar de um computador pessoal a nível da comunicação e
transferência
de
dados,
este
tipo
de
Portas
perdeu
a
sua
predominância face aos novos interfaces que surgiam no mercado e
que se apresentavam opções muito mais vantajosas a quase todos os
níveis.
Uma das desvantagens das Portas Série e Paralela face aos novos
interfaces como o USB e o IEEE 1394 é a velocidade. Apenas a versão
da porta paralela EPP é capaz de se comparar às antigas versões
destes novos interfaces embora nunca com o mesmo rendimento.
18
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2.X – Necessidade de Novos Barramentos
Uma das outras desvantagens das Portas Série e Paralela é a
impossibilidade de se poderem compatibilizar com novos tipos de
tecnologia criados para satisfazerem o cada vez mais exigente
utilizador. Dois exemplos destas tecnologias são o Plug And Play e o
Hot Plugging.
Os antigas formas de ligação, Porta Série e Porta Paralela estão assim
muito longe de poderem corresponder às novas necessidades do
mercado e de dar uma resposta pelo menos satisfatória quando
comparadas com os novos interfaces USB e FireWire.
19
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 2.X – Necessidade de Novos Barramentos
USB e FireWire, mas porquê um barramento Série?
À primeira vista, poderá fazer mais sentido utilizar um cabo paralelo
para transportar grandes quantidades de dados já que existem mais
linhas para transmitir sinais – será que oito linhas de dados não
transmitiriam oito vezes mais dados do que a linha única existente
num cabo série? Sim, mas apenas até certo ponto, mas existem
outros factores a ter em conta:
Um barramento de série oferece uma simples ligação ponto a ponto
permitindo capacidades escalonáveis com acentuadas melhorias da
tecnologia envolvida. Um cabo série e o seu conector tem um custo
de produção menos elevado e ocupam menos espaço do que um cabo
paralelo e respectivo conector. Esta última vantagem não passa
despercebida aos fabricantes de computadores portáteis para quem
todos os centímetros valem ouro.
Num cabo paralelo é produzida maior interferência electromagnética
entre as linhas que o compõem. O tamanho do cabo é maior e mais
caro já que é utilizada uma maior quantidade de linhas e o material
protector dos mesmos é mais extenso. Além disto, é ainda verificável
que a sincronização entre as linhas constituintes do cabo pode ser um
problema em transferências de alta velocidade.
20
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
3.
USB
USB, ou Universal Serial Bus, é um barramento série de média/alta
velocidade que permite ligar periféricos a um computador. A sua
especificação standard inicial foi desenvolvida por grandes empresas
da área da computação e das telecomunicações como a Compaq,
Hewlett-Packard, IBM, Microsoft, Intel, NEC, Lucent e Philips a 15 de
Janeiro de 1996. Estava então lançada uma nova tecnologia que viria
transformar o mercado dos periféricos para computadores pessoais.
Evolução do USB
Na primeira versão (USB 1.0), a velocidade máxima do barramento
era de 1.5 Mbps e suportava até 127 conexões de periféricos
conectados através de HUB’s externos a partir de uma única porta do
PC. As conexões USB não necessitam da utilização de terminadores,
endereços de memória ou de possuir endereços IRQ disponíveis.
Utilizando
qualquer
esta
tecnologia
periférico,
em
é
possível
qualquer
conectar
altura,
sem
ou
desconectar
nunca
haver
a
necessidade de reconfigurar o computador ou até, em alguns casos,
reiniciá-lo. Essa tecnologia denomina-se de Hot Plugging.
21
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
A primeira especificação standard definida em 1996 foi evoluída, e,
em 23 de Setembro de 1998 foi lançada uma nova versão USB (1.1).
O desenvolvimento desta nova especificação, deveu-se à necessidade
de
solucionar
e
remover
alguns
problemas
e
ambiguidades
encontrados na especificação da versão original.
Um outro objectivo da revisão da nova versão seria tornar claro que
os periféricos USB produzidos e que estariam em conformidade com a
especificação USB 1.0 não teriam de sofrer alterações de modo a
serem compatíveis com versão 1.1. Ficou também claro que o
software desenvolvido para os sistemas e periféricos que suportavam
a versão original teria também que operar positivamente na versão
1.1. Assim, a interoperabilidade entre a implementação das versões
1.0 e 1.1 tanto a nível de software com a nível de harware estava
garantida.
A nova versão teve como principal inovação uma nova velocidade
máxima para o barramento que deixava de ser
de1.5 Mbps e
passava a ser de 12 Mbps, ou seja, um aumento de oito vezes em
relação à velocidade máxima da versão inicial.
Foram
também
capacidades
introduzidas
bidireccionais
do
algumas
modificações
barramento,
outras
relativas
a
relativas
à
especificação e desenho físico dos cabos, características eléctricas dos
próprios dispositivos USB e ainda outras relativas ao processamento
de erros no processo de transferência de dados. Todas estas
alterações tinham como meta acabar, ou pelo menos diminuir, o
maior número de ambiguidades e omissões relativas à produção de
todos os componentes (conectores, cabos, HUB’s e periféricos)
presentes na especificação original.
22
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Em Abril de 2000, surgiu a versão USB 2.0. Esta nova versão tem
como principal motivação o facto de os computadores pessoais
possuírem uma maior performance e capacidade em processar
enormes quantidades de dados e, ao mesmo tempo, verificar-se que
os
novos
periféricos
têm
também
as
suas
performances
e
funcionalidades muito mais evoluídas. As aplicações de utilizador
como as de digitalização de imagem necessitam de conexões de alta
performance entre o PC e os mais recentes e sofisticados periféricos
do
sector.
O
USB
2.0
está
preparado
para
suportar
estas
necessidades, tendo sido para isso sido adicionada uma terceira e
nova velocidade de transferência de 480 Mbps às definidas em
versões anteriores (1.5 e 12 Mbps).
A versão USB 2.0 é vista como uma evolução natural da versão
original do USB, e que oferece o desejado aumento de largura de
banda enquanto preserva as motivações originais do interface,
mantendo a compatibilidade com os periféricos já existentes.
23
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Motivações
Na génese da criação desta nova especificação, estiveram três
motivações:
¾Conexão de Computadores Pessoais a Linhas Telefónicas: Hoje
em dia é possível entender de forma quase intuitiva que a base
de aplicações da próxima geração assenta sobre a fusão das
tecnologias ligadas à computação com as de comunicação.
Neste aspecto o USB vem servir como ponte comum de ligação
entre ambas as tecnologias.
¾Facilidade
de
Utilização:
A
falta
de
flexibilidade
na
reconfiguração de um PC sempre foi reconhecida como o
calcanhar
de
Aquiles
no
seu
futuro
desenvolvimento.
A
combinação entre novos interfaces gráficos e mecanismos de
hardware e software associados a arquitecturas de barramento
de nova geração vieram facilitar a reconfiguração dos PC e
diminuir a necessidade de confrontação dos utilizadores com os
problemas inerentes à mesma.
Além disto, existia também a necessidade de criar um interface
universal que permitisse a utilização de várias tecnologias já
desenvolvidas como o Plug and Play e cuja adopção não seria
possível no caso de se continuar a utilizar as Portas Série e
Paralela.
¾Expansão de Portas de Ligação: O crescente adquirir de
periféricos externos por parte dos utilizadores informáticos leva
a constrangimentos de disponibilidade no que trata a portas de
ligação.
24
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
A falta de barramentos externos bidireccionais, de baixo custo e de
baixa/média
velocidade
levou,
durante
muito
tempo,
ao
abrandamento no desenvolvimento e na proliferação criativa de
periféricos tão distintos como: adaptadores de telefone/fax/modem,
atendedores de chamadas, scanners, PDA’s, teclados, ratos, etc..
Principais metas do USB 2.0:
¾Permitir aos PC’s uma maior expansão quando ao número e ao
género de periféricos conectáveis, assim como a facilidade de
utilização dos mesmos.
¾Fornecer uma solução de baixo custo e que suporta velocidades
de transferência até 480 Mbps.
¾Oferecer comodidade ao utilizador em possibilitar a integração
de dispositivos utilizados em diversas áreas tecnológicas.
¾Suporte completo para transferências de dados, voz, áudio e
vídeo em tempo real.
¾Disponibilizar um protocolo flexível para conexões mistas de
transferências isócronas de dados e comunicações assíncronas.
¾Fornecer
um
interface
standard
com
facilidade
de
implementação e difusão em qualquer dispositivo.
¾Criar novas espécies de dispositivos que possibilitem o aumento
de novas capacidades dos PC’s
¾Completa compatibilidade da especificação USB 2.0 com as
anteriores versões do interface.
Do ponto de vista do utilizador, o USB 2.0 é igual às anteriores
versões do interface, com a vantagem de ter uma largura de banda
muito superior. Ou seja, parece e comporta-se de igual forma, mas
apresenta uma maior e melhor gama de produtos relativamente à
quantidade, interesse e performances.
25
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Taxas de Transferência suportadas
O standard USB, e em particular a especificação 2.0 permite trabalhar
com três velocidades de transferência distintas: Low Speed, cuja
velocidade é de 1.5 Mbps, Full Speed, com uma velocidade de 12
Mbps e por fim High Speed,cuja velocidade atinge os 480 Mbps.
Tipicamente, as velocidades high/full são utilizadas quando se
pretendem transferir dados de uma forma isócrona, enquanto a
velocidade low é utilizada em dados provenientes de dispositivos
interactivos. O USB é um barramento para PC, mas pode ser também
implementado em outros dispositivos computacionais centrados num
HOST. A arquitectura do software permite futuras extensões do USB
no que respeita à sua implementação em sistemas com múltiplos
controladores HOST USB.
Performances
Low Speed
¾Dispositivos
Interactivos
Full Speed
¾Telefone, Áudio e
Vídeo Comprimido
High Speed
¾Video,
Armazenamento
Aplicações
Atributos
Teclados, Ratos,
Impressoras, Joysticks,
Periféricos de
Realidade Virtual, etc..
Baixo Custo
Facilidade Utilização
Conexão/Desconexão Dinâmica
Múltiplos Periféricos
Comunicações Banda
Larga, Áudio,
Microfones, etc..
Baixo Custo
Facilidade Utilização
Conexão/Desconexão Dinâmica
Múltiplos Periféricos
Largura de Banda Garantida
Vídeo, Armazenamento
de Dados, Edição de
Imagem Digital,
Comunicações Banda
Larga, etc..
Baixo Custo
Facilidade Utilização
Conexão/Desconexão Dinâmica
Múltiplos Periféricos
Largura de Banda Garantida
Grande Largura de Banda
Tabela 3.1 - Taxas de Transferência / Dispositivos
26
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Conectores
Existem três tipos de conectores USB, os Série A, Série B e os Série
Mini B. São definidos como Série A aqueles provenientes de
dispositivos e que se conectam a montante num HUB ou HOST. Os
Série B e Série Mini B por sua vez, são provenientes de um Sistema
HOST e são conectados num dispositivo ou HUB.
Todos os dispositivos USB têm que possuir um conector Série A. Os
conectores Série B permitem que determinados tipos de periféricos
incluam um cabo destacável standard, oferecendo assim facilidade de
substituição do cabo. Os cabos possuem quatro condutores com
blindagem e robustez especificada.
Os
conectores
a
montante
(A)
têm
características
mecânicas
diferentes dos a jusante (B), impedindo assim ligações de loopback
nos HUB’s.
27
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Conectores Série A
¾Os conectores Série A são
sempre orientados a montante
em direcção ao sistema HOST.
Tomadas A
(Saída a jusante do
HOST USB ou HUB)
Conectores Série B
¾Os conectores Série B são
sempre orientados a jusante
em direcção ao dispositivo
USB.
Fichas A
Fichas B
(Provenientes do
(Provenientes do
dispositivo USB)
Sistema HOST)
Tomadas B
(Entrada a montante
do dispositivo USB
ou HUB)
¾Os conectores Série Mini B
são sempre orientados a
jusante em direcção ao
dispositivo USB.
Fichas Mini B
(Provenientes do
Sistema HOST)
Tomadas Mini
B
(Entrada a montante
do dispositivo USB
ou HUB)
Tabela 3.2 - Conectores USB
28
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Os conectores USB podem ser interligados das seguintes formas:
¾As tomadas A interligam-se com as fichas A. Em termos
eléctricos, as tomadas A são consideradas saídas dos Sistemas
HOST e/ou HUB’s.
¾As fichas A interligam-se com as tomadas A. As fichas A estão
sempre orientadas aos Sistemas HOST.
¾As tomadas B interligam-se com as fichas B. Em termos
eléctricos, as tomadas B são consideradas entradas para HUB’s
e dispositivos.
¾As
fichas B interligam-se com as tomadas B. As fichas B estão
sempre orientadas aos HUB’s ou dispositivos USB.
¾As tomadas mini B interligam-se com as fichas mini B. Em
termos eléctricos, as tomadas mini B são consideradas entradas
para dispositivos electrónicos de pequenas dimensões.
¾As
fichas mini B interligam-se com as tomadas mini B. As fichas
mini B estão sempre orientadas a dispositivos USB de pequenas
dimensões.
29
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Configurações mecânicas dos conectores
As fichas e tomadas USB são identificadas pelo Ícone USB:
Imagem 3.1 - Ícone USB
Os conectores USB foram desenhados para utilizarem a tecnologia
Hot Plugging. O Ícone USB inscrito
no conector providencia
informação táctil de maneira a facilitar a introdução do conector na
orientação correcta.
30
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
O Ícone USB é inscrito numa área reservada para o efeito situada na
parte superior das fichas USB. Tanto o Ícone USB, como o logotipo do
fabricante não devem desrespeitar a área que lhes foi designada. A
presença do Ícone USB é obrigatória, enquanto o logotipo do
fabricante é apenas recomendado. Isto verifica-se em todas as fichas
USB (A, B e mini B). O Ícone USB está localizado numa zona
adjacente à tomada. As tomadas devem estar orientadas de modo a
permitir que o Ícone esteja visível aquando do processo de conexão.
Imagem 3.2 - Configuração Física do Conector USB
31
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Terminação de Dados dos Conectores USB
A seguinte tabela mostra as funções de cada contacto presente num
conector USB (A ou B), assim como o seu número e valor eléctrico:
Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha
1
VBUS
Vermelho
2
D-
Branco
3
D+
Verde
4
Terra (Ground)
Preto
Revestimento
Protecção
Cabo Protector
Tabela 3.3 - Contactos e Funções dos Conectores A e B
Existem algumas alterações nos contactos no caso dos conectores
Mini B:
Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha
1
VBUS
Vermelho
2
D-
Branco
3
D+
Verde
4
ID
Não Conectada
5
Terra (Ground)
Preto
Revestimento
Protecção
Cabo Protector
Tabela 3.4 - Contactos e Funções do Conector Mini B
32
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Cabos
Um cabo USB possui quatro condutores, dois condutores para a
transmissão do sinal e outros dois para alimentação designados
respectivamente: D+ e D-, para a transmissão de sinal e VBUS e GND
para alimentar os dispositivos ligados no barramento, a tensão de
VBUS é de +5V, na origem. O cabo possui ainda blindagem e o
respectivo revestimento.
Imagem 3.3 - Corte de um cabo USB
O cabo High/Full Speed tem de identificar as situações em que pode
ser utilizado. Este cabo pode ser utilizado com dispositivos de low, full
e high speed. Quando o cabo é utilizado com dispositivos low speed,
deve corresponder a todos os requerimentos dessa velocidade (low
speed).
Para efectuar uma transferência low speed é recomendável (não
obrigatório) que os condutores de sinais do cabos sejam entrançados
entre si.
33
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Tipos de Cabos
A especificação USB 2.0 descreve três tipos de cabos: Cabo
Destacável Standard, Cabo fixo High/Full Speed e Cabo Fixo Low
Speed.
Os cabos destacáveis standard têm uma ficha série A numa
extremidade e uma ficha série B na extremidade oposta.
Os cabos fixos High/Full Speed possuem uma extremidade ocupada
por uma fixa série A e na outra extremidade possuem um método
específico de conexão pretendido pelo fabricante
(dependendo do
dispositivo conectado).
Os cabos fixos Low Speed possuem uma extremidade ocupada por
uma fixa série A e na outra extremidade possuem um método
específico de conexão pretendido pelo fabricante
(dependendo do
dispositivo conectado).
Qualquer outro tipo de cabo é proibido pela especificação.
34
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Cabo Destacável Standard
Dispositivos High Speed e Full Speed podem aceitar conectores do
tipo B. Isto permite que este tipo de dispositivos seja compatível com
o cabo destacável standard. Assim, é eliminada a necessidade de
construir dispositivos com ligação fixa ao cabo utilizado e minimiza da
necessidade de substituição do cabo utilizado caso seja necessária.
Os dispositivos que utilizam conectores do tipo B têm de ser
desenhados de modo a trabalharem na pior situação com um cabo
destacável standard de comprimento máximo. Este tipo de cabo deve
apenas ser utilizado com dispositivos High Speed e Full Speed.
Imagem 3.4 - Cabo Destacável Standard
35
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Imagem 3.5 - Cabo Destacável Standard (Mini B)
36
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Cabo fixo High/Full Speed
Os cabos são considerados fixos se possuírem um método específico
de conexão implementado pelo fabricante numa das extremidades.
Estes cabos podem ser utilizados em dispositivos High, Full e Low
Speed. Quando este cabo é utilizado em dispositivos Low Speed, tem
de corresponder a todas as exigências desta taxa de transferência.
Imagem 3.6 - Cabo fixo High/Full Speed
37
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Cabo fixo Low Speed
Os cabos são considerados fixos se possuírem um método específico
de conexão implementado pelo fabricante numa das extremidades.
Estes cabos podem apenas ser utilizados em dispositivos Low Speed.
Imagem 3.7 - Cabo fixo Low Speed
38
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Montagens Proibidas de Cabos
O standard USB está optimizado para ser de fácil utilização. O
esperado quando um dispositivo é conectado é que funcione. Na
especificação, as únicas condições ao funcionamento normal de um
dispositivo USB, são as de falta de alimentação eléctrica, largura de
banda esgotada ou profundidade excessiva na hierarquia topológica.
Quando algumas destas situações acontecem são de imediato
identificadas e interpretadas pelo Sistema de Software.
Algumas montagens proibidas de cabos podem funcionar em algumas
situações, mas não podem garantir que funcionarão em todos os
casos.
¾Montagem que permita extensão de cabos: Não é permitido
que um cabo possua uma ficha série A e uma tomada série A,
uma ficha série B e uma tomada série B ou ainda uma ficha
série mini B e uma tomada série mini B. Caso isto pudesse ser
implementado iria permitir a conexão múltipla de cabos e
excedendo assim o comprimento máximo permitido para um
cabo USB.
¾Montagem que viole as regras de topologia USB: Não é
permitido que ambas as extremidades de um cabo sejam
compostas por fichas série A ou ambas tomadas série B ou
série mini B. Esta proibição existe de modo a impedir a
possibilidade de duas portas orientadas a jusante estarem
ligadas directamente entre si. Contudo, esta proibição não
impede que seja utilizado um dispositivo que permita a ligação
entre dois barramentos USB.
39
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Descrição de um sistema USB
Um sistema USB é descrito por áreas bem definidas:
¾Dispositivos USB;
¾HOST USB;
¾Interligações USB.
Uma interligação é a forma como os dispositivos estão ligados e o
modo de comunicação com o HOST, e inclui:
¾A topologia do barramento;
¾As relações entre camadas e as tarefas realizadas em cada
camada;
¾Os modelos de fluxo de dados, ou seja, a forma como os dados
são transportados entre produtores e consumidores;
O acesso ao meio, que é partilhado de forma a possibilitar
transferências
de
dados
isócronas
eliminando
sobrecargas
do
barramento.
Todos os dispositivos periféricos de um PC, que tenham um
funcionamento série, exemplos de um teclado, rato, modem, joystick
e também todos os outros como cd-rom, scanners, impressoras
(actualmente é comum estas trazerem também o interface USB e
paralelo).
De modo a obter as vantagens referidas anteriormente é necessário a
implementação de certas regras que permitam a coabitação entre
todos os componentes do sistema. Estes componentes são:
40
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Componentes de um barramento USB
HOST - É o dispositivo que controla o barramento e a transmissão de
dados. Geralmente é o PC. Nos PC que suportam USB o chipset tem
incorporado um controlador USB – HOST.
DISPOSITIVO – Pode ser considerado um periférico externo que se
encontra ligado ao HOST, através do barramento USB e que
disponibiliza informação de entrada e saída para o HOST. Aqui
também é necessária a existência de um controlador que verifique a
informação no barramento e permita a troca da mesma.
Cada dispositivo contém informação relativa às suas capacidades e
recursos necessários. Para que um dispositivo seja usado deve ser
configurado pelo HOST, que aloca largura de banda e selecciona
opções de configuração específicas do dispositivo em causa.
Os dispositivos USB podem ser:
¾HUB’s que proporcionam pontos de ligação adicionais e
¾Funções
que
fornecem
capacidades
adicionais,
como
por
exemplo, um conector para RDIS, um joystick, colunas de som,
etc.
Existem também várias classes de dispositivos, como os HUB’s,
dispositivos de localização (rato, lightpen, etc.) ou dispositivos de
texto.
41
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Aos dispositivos USB é exigido que transportem informação para
auto-identificação
e
configuração
genérica,
bem
como
que
apresentem um comportamento consistente com os estados USB
definidos.
Todos os dispositivos USB têm apenas um endereço. Cada dispositivo
contém um ou mais endpoints (portos lógicos ou pontos terminais)
com os quais o HOST deverá comunicar. É ao endpoint 0 de cada
dispositivo que é atribuído o USB control pipe (canal controlo) do
respectivo dispositivo. É ainda associado a este endpoint que se
encontra toda a informação referente ao dispositivo USB. Esta
informação encontra-se armazenada em campos distintos, consoante
a categoria a que se refere:
¾Standard – neste campo encontra-se a informação comum a
todos os periféricos USB, como identificação do fabricante,
classe do periférico e gestão de alimentação;
¾Class – este parâmetro varia em função da classe a que
pertence o periférico; e
¾Fabricante USB – neste campo o fabricante é livre de
introduzir a informação que desejar, não sendo o formato
sequer determinado na especificação do USB.
42
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
HUB - Basicamente, um HUB tem como função principal a acção de
transformar um ponto de conexão singular em múltiplos pontos de
conexão, pontos estes identificados como portas. A arquitectura USB
tem a capacidade de suportar múltiplos HUBS, podendo assim ser
criada uma estrutura em árvore. O comprimento de uma ligação
individual está limitado a 5 metros e o limite máximo de dispositivos
ligados no barramento é de 127.
Os HUB’s são o elemento chave na concepção da arquitectura Plug
And Play do USB. Permitem simplificar a ligação de dispositivos pelo
utilizador proporcionando simultaneamente robustez a baixos índices
de complexidade e custo.
Qualquer HUB tem hierarquicamente acima um HOST ou um HUB, e
abaixo, um dispositivo ou outro HUB. Um HUB possui ainda a
capacidade de detectar a conexão ou desconexão de um dispositivo
de qualquer das suas portas de saída. No primeiro caso activa
automaticamente a distribuição de energia nessa porta. Num HUB,
todas as portas de saída podem ser activadas ou desactivadas e
configuradas individualmente.
Um HUB é constituído por duas partes distintas, ou seja, por um
controlador e um repetidor. O repetidor consiste num protocolo de
controlo de comutação entre a porta de entrada e as portas de saída,
tendo ainda uma base a nível de hardware que permite efectuar a
reinicialização
e/ou
suspensão/activação
da
transmissão.
O
controlador por outro lado, contém os registos de interface que
permitem que seja efectuada a comunicação entre o HUB e o HOST.
O estado específico de um HUB e os seus comandos de controlo dão
ao HOST a possibilidade de monitorizar e controlar as suas portas.
43
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Topologia do barramento
O barramento USB tem como função interligar dispositivos USB e o
HOST USB. A topologia física USB é em estrela. Um HUB é
considerado o centro de cada estrela. Cada segmento de ligação é
definida como sendo uma conexão entre um HOST e um HUB ou
função, ou entre um HUB e outro HUB ou função. Este tipo de
configuração e estruturação leva a que o desenho físico da topologia
deste barramento seja em forma de pirâmide.
Devido
a
constrangimentos
de
temporização
em
tempos
de
propagação entre cabos e HUB’s, o número máximo de camadas
físicas permitidas na pirâmide é de sete (incluindo a camada
inicial/raiz). É de notar que, em sete camadas, podem ser suportados
até cinco HUB’s (que não sejam raiz) numa comunicação entre o
HOST e qualquer dispositivo conectado. Um dispositivo composto (ou
misto) ocupa duas camadas; assim sendo, este mesmo dispositivo
não pode ser conectado no último nível (sete). Apenas funções
podem ser suportadas neste nível.
Imagem 3.8 - Topologia USB
44
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Distribuição e Gestão de Energia
Distribuição de energia
Cada segmento USB permite a distribuição de uma pequena
quantidade de energia através de um cabo USB, energia esta que é
fornecida pelo HOST ou por um HUB e é destinada aos dispositivos
directamente
alimentação
ligados.
própria
Aqueles
são
dispositivos
identificados
que
como
dispõem
periféricos
de
auto
alimentados.
A arquitectura USB permite a existência de HUBS alimentados pelo
barramento, sem que para isso sejam criadas restrições à topologia
utilizada. Os dispositivos auto alimentados devem ter implementados
mecanismos de acoplamento de alimentação.
Gestão de energia
Numa arquitectura USB, o HOST detém um sistema de gestão de
energia independente do barramento, embora este participe em
acções de gestão da energia do sistema juntamente com o software
do sistema USB em resposta a eventos tais como suspend/resume.
Os dispositivos USB podem ainda conter informação sobre a gestão
de energia, possibilitando assim que essa gestão seja feita por
software ou por drivers genéricos. As características de distribuição e
gestão da energia do USB permitem que o barramento seja utilizado
em
sistemas
sensíveis
à
utilização
de
energia,
tais
como
computadores portáteis.
45
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Configuração do sistema USB
O USB permite que dispositivos USB possam ser conectados ao
barramento em qualquer instante, consequentemente o barramento
USB permite alterações dinâmicas na sua topologia física.
Ligação de um dispositivo
Todos os dispositivos USB devem ser ligados ao barramento através
de uma porta do HUB USB. O HUB indica a ligação ou remoção de um
dispositivo USB através do estado de cada uma das suas portas. Após
cada ligação o HUB notifica o HOST, que faz um pedido de
especificação do motivo dessa notificação. O HUB responde através
da identificação da porta utilizada pelo dispositivo USB. O HOST
habilita a porta e endereça o dispositivo USB usando um canal de
controlo (control pipe), através do endereço USB por defeito. Todos
os dispositivos USB são endereçados inicialmente usando o endereço
USB por defeito, quando são conectados ou quando lhes é feito um
reset (reinicialização). O HOST determina se o novo dispositivo USB é
um HUB ou uma função e atribui-lhe um endereço USB único. O
HOST estabelece então um canal de controlo para o dispositivo USB,
utilizando o endereço atribuído e o endpoint 0. Se o dispositivo
conectado for um HUB que poderá ter outros dispositivos USB
conectados em alguma das suas portas, então o procedimento
anterior é seguido sequencialmente para cada um dos dispositivos.
Se o dispositivo conectado for uma função, este envia informação
através do software USB para possíveis aplicações de software do
HOST.
46
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Remoção de dispositivos
Quando um dispositivo é removido de uma das suas portas, o HUB
desabilita automaticamente essa porta notificando o HOST dessa
alteração. O HOST elimina então a informação relativa ao dispositivo
USB removido em todas as estruturas de informação. Se o dispositivo
USB removido for um HUB então o processo de remoção vai ser
efectuado para todos os dispositivos conectados a esse HUB. Se o
dispositivo removido for uma função a notificação é encaminhada
para todos as aplicações de software do HOST interessadas.
Protocolo do barramento
No barramento USB todas as transferências de dados são iniciados
pelo Controlador HOST.
Todas as trocas de informação envolvem a transmissão de pelo
menos três pacotes de dados. Cada transacção começa quando o
Controlador HOST envia um pacote USB descrevendo o tipo e a
direcção da transacção, o endereço do dispositivo e o número do
endpoint. Este pacote é chamado o Token Packet. O dispositivo USB
endereçado é seleccionado pela descodificação dos campos de
endereçamento. Numa determinada transacção a informação pode
ser transferida tanto do HOST para o dispositivo como do dispositivo
para
o
HOST.
A
direcção
da
transferência
da
informação
é
especificada no Token Packet. A origem da transacção envia então
um pacote de dados contendo a informação pretendida ou indica que
não
tem
qualquer
informação
para
transmitir.
O
destinatário
responde, em geral, com um pacote Handshake que indica se a
transferência se efectuou com sucesso.
47
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Algumas transferências realizadas entre Controladores HOST e HUBs
podem envolver quatro pacotes de dados. Isto deve-se à necessidade
de, por vezes, ser necessário controlar transferências de dados entre
um HOST e dispositivos Low/Full Speed.
O modelo USB para transferência de dados entre uma origem e um
destino é denominado canal (pipe). Existem dois tipos de canais:
stream e message. Os dados stream não tem estrutura USB definida
em oposição aos do tipo message. Os canais possuem partilha de
largura de banda de dados e tipos de serviços de transferência e
características dos pontos terminais (endpoints), tais como direcção e
tamanho dos buffers. Os canais passam a existir quando um
dispositivo USB é configurado. Um canal message, designado como
Default Control Pipe existe sempre que um dispositivo é alimentado
por forma a permitir o acesso à sua configuração, estado e controlo.
As transferências calendarizadas permitem controlo de fluxo em
alguns
canais
stream.
Ao
nível
do
hardware
isto
previne
o
congestionamento dos buffers usando um handshake NAK para
seleccionar a taxa de transmissão mais indicada. O testemunho de
uma transferência utilizando NAK é disponibilizado quando existe
tempo disponível no barramento. O mecanismo de controlo de fluxo
permite a construção de calendarizações flexíveis que permitem um
conjunto de serviços concorrentes num canal stream. Além disto,
canais
stream
múltiplos
podem
ser
utilizados
com
diferentes
intervalos de tempo e com pacotes de dados de tamanhos diferentes.
48
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Modelo de Fluxo de Dados USB
Hoje em dia, no mercado dos computadores pessoais devem ser
implementados alguns conceitos e suportadas algumas capacidades
importantes de forma a providenciar ao utilizador a maior confiança e
segurança durante a efectuação de operações.
O standard USB permite conectar uma série de dispositivos externos
a um HOST. Do ponto de vista do utilizador comum este processo
pode
parecer
bastante
simples,
mas
implementador o mesmo já não se
do
ponto
de
vista
do
verifica. São necessárias
diferentes perspectivas do sistema de modo a explicar características
e exigências do mesmo.
O standard USB pode ser apresentado sobre a forma de camadas de
modo a facilitar o entendimento do barramento:
Imagem 3.9 - Modelo de Fluxo de Dados USB
49
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
¾Dispositivo Físico USB: Peça de hardware ligada a uma
extremidade
do
cabo
USB
que
executa
alguma
função
pretendida pelo utilizador.
¾Software
Cliente:
Este
software
é
executado
no
HOST,
correponde a um determinado dispositivo USB. Normalmente
este
tipo
de
software
é
disponibilizado
pelos
Sistemas
Operativos ou vem com o dispositivo USB.
¾Software Sistema USB: Corresponde ao software que suporta o
standard USB num determinado Sistema Operativo. Este
software é normalmente parte integral do Sistema Operativo, e
é independente de qualquer dispositivo particular USB ou do
Software Cliente.
¾Controlador HOST USB: Corresponde ao hardware e software
que permite a dispositivos USB estarem conectados a um
HOST.
Existem direitos partilhados e responsabilidades por parte dos quatro
componentes USB de modo a possibilitarem comunicações robustas e
de confiança.
50
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Erros
Detecção de erros
Para efectuar um controlo sobre a existência de erro na transmissão,
cada pacote inclui um campo de protecção de erros. Quando a
integridade
dos
dados
é
necessária
pode
ser
invocado
um
procedimento de recuperação de erros em hardware ou software. O
protocolo prevê CRC separados para os campos de controlo e de
dados em cada pacote. A falha do CRC indica um pacote corrompido,
o CRC cobre 100% dos bits transmitidos.
Recuperação dos erros
O
protocolo
prevê
mecanismos
de
hardware
ou
de
software
destinados à recuperação de erros. O tratamento por hardware inclui
a sinalização e a repetição de transferências falhadas. O Controlador
HOST vai repetir a transmissão falhada até três vezes antes de
informar o software cliente que ocorreu um erro. A partir desta fase o
software cliente terá que tratar este erro de uma forma apropriada
podendo em caso extremo abortar a aplicação.
51
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Tipos de fluxos de informação
O USB permite a troca de informação útil e de controlo entre o HOST
e
um
dispositivo
unidireccionais
ou
sob
a
forma
bidireccionais.
de
A
um
conjunto
transferência
de
de
canais
dados
é
efectuada entre o software do HOST e um endpoint particular de um
dispositivo USB. O HOST trata as comunicações com qualquer
endpoint de um dispositivo independentemente dos outros endpoints.
Estas ligações entre o software do HOST e o endpoint de um
dispositivo USB são designadas canais (pipes). Em geral, uma
transferência de dados num canal é independente de qualquer outra
transferência de dados que se esteja a desenrolar num outro canal.
Um dispositivo pode porém suportar múltiplos canais. Como exemplo,
um qualquer dispositivo USB pode ter um ponto terminal ligado a um
canal para transporte de informação para o dispositivo e outro ponto
terminal para transporte de dados a partir do dispositivo.
52
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
A arquitectura USB define quatro tipos básicos de transferência de
dados:
¾transferência de controlo, utilizada para configurar os
dispositivos no momento da ligação ao barramento. Pode
também ser usada para outros fins específicos de cada
dispositivo (incluindo o controlo de outros canais do
dispositivo);
¾transferência de grandes volumes de informação
gerada ou consumida;
¾transferência de informação de interrupção tais
como caracteres ou coordenadas de equipamento de
localização, usualmente com intervenção humana;
¾transferência de informação em tempo real ou
isócrona com taxas de transmissão e latência pré
negociadas.
53
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Um canal apenas permite um só tipo de transferência de informação
das acima descritas.
Transferência de controlo
A transferência de controlo é usada pelo software USB para
configurar os dispositivos quando estes são ligados ao barramento.
Outras aplicações podem optar pelo uso de transferências de controlo
implementadas de formas específicas. A transferência de informação
não tem perdas, isto é, é automaticamente retransmitida quando são
detectados erros.
Transferência de grandes volumes de informação
A transferência de grandes volumes de informação é normalmente
usada em impressoras ou scanners e é sequencial. A troca de
informação fiável é assegurada a um nível de hardware usando a
detecção de erros a esse nível, e opcionalmente, invocando a
retransmissão por hardware. A largura de banda pode ser toda
aquela disponível que não esteja a ser utilizada por outros tipos de
transferência.
Transferência de informação de interrupção
Uma pequena e expontânea transferência de informação de um
dispositivo é denominada informação de interrupção. Esta informação
pode ser disponibilizada pelo dispositivo e é enviada pelo USB a uma
taxa não inferior àquela especificada pelo mesmo. A informação de
interrupção consiste normalmente na notificação de um evento,
caracter ou informação organizada como um ou mais bytes.
54
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Transferência de informação em tempo real ou isócrona
A informação isócrona é contínua e em tempo real na sua criação,
transmissão e utilização. Os dados numa transmissão isócrona devem
ser enviados à taxa a que estão a ser recebidos. Os dados isócronos
devem também ser sensíveis a atrasos na transmissão. Para canais
isócronos a largura de banda requerida é normalmente baseada nas
características de amostragem da função associada. A latência
requerida está relacionada com o buffering disponível em cada
endpoint. Um exemplo típico de transmissão isócrona é a voz. A
entrega de dados de uma transmissão isócrona é assegurada à custa
de perdas nos transitórios dos dados. Por outras palavras, qualquer
erro
ocorrido
na
transmissão
eléctrica
não
é
corrigido
pelos
mecanismos de hardware tais como a retransmissão. Na prática os
erros ao nível do bit esperados no USB são suficientemente pequenos
para não serem considerados. Para a transmissão isócrona de
informação é alocada largura de banda suficiente para assegurar que
os dados serão entregues à taxa desejada.
55
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Suporte por parte dos Sistemas Operativos
Variantes Windows
Windows 95 : Sem suporte nativo USB.
Windows 95 (Release 2.1 e 2.5) : Com suporte para USB 1.0.
Windows NT 4.0 : Sem suporte nativo USB. A instalação de um patch permite a
utilização de alguns dispostivos USB. Ver:
http://www.bsquare.com/products/devtools/usbwin40/
Windows 98 : Suporta USB 1.0.
Windows 98 SE : Suporta USB 1.0 e 2.0* (*com drivers de fabricante).
Windows Me : Suporta USB 1.0 e 2.0* (*com drivers de fabricante).
Windows 2000 : Suporta USB 1.0 e 2.0.
Windows XP : Suporta USB 1.0 e 2.0
Linux
2.2.18 ou superior : Suporta USB 1.0.
2.5.2 ou superior : Suporta USB 1.0 e 2.0.
Mac OS
Mac OS 8.5 : Suporta USB 1.0.
Mac OS 8.6 e 9.0.x : Suporta USB 1.0 e USB 1.1* (* com drivers
extra). Ver:
http://download.info.apple.com/Apple_Support_Area/Apple_Sof
tware_Updates/EnglishInternational/Macintosh/USB_Updates/USB_Card_S
Mac 10.1 ou superior : Suporta USB 1.0 e 2.0.
56
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Perspectivas de Evolução Futura
Como já foi referido anteriormente, a especificação USB definiu-se
como sendo um método de ligação simples e de baixo custo que
permitia facilmente conectar periféricos externos a um PC. Hoje em
dia, existem mais de 500 milhões de dispositivos com portas USB,
tornando este de standard de conectividade I/O líder destacado no
mercado dos interfaces.
O crescente desenvolvimento de novos periféricos USB leva agora à
expansão deste standard para áreas fora do âmbito da utilização
exclusiva com os computadores pessoais. Isto deve-se ao facto de
que muitos periféricos que tradicionalmente funcionavam como
periféricos externos para PC evoluíram, e passaram a requerer
ligações directas I/O com outros periféricos do género sem o
mediador PC.
A grande limitação do standard USB sempre foi a de não permitir
ligações ponto a ponto entre dispositivos. Devido a este facto, o USB
não era utilizado em alguns dispositivos electrónicos como telemóveis
e PDA’s. Contudo, estes últimos passaram a ser alvo de grande
popularidade e de grande utilização para um vastíssimo número de
consumidores, aumentando assim, a necessidade de conexão directa
em eles.
De forma a responder a todas estas necessidades, foi desenvolvido
um novo standard com o nome de USB OTG (USB On-The-Go), que
tem como principal inovação em relação às especificações anteriores
do interface, o facto de eliminar a necessidade de ter um PC como
HOST em transferências de dados entre dispositivos conectados
directamente entre si.
57
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Existiu muita especulação e até contra-informação relacionadas com
o aparecimento do USB OTG. A principal meta
desta nova
especificação assenta em conseguir que determinados periféricos USB
também sejam capazes de funcionar como HOST’s para uma série de
outros periféricos. A tecnologia OTG vem introduzir a comunicação
ponto a ponto entre estes novos periféricos. A sua complexidade
advém da exigência feita a estes dispositivos com dupla função e que
assim têm em ser capazes de transferir dados de forma directa entre
si. Além disso, e como esta nova especificação tem como alvo
dispositivos
portáteis
com
significativos
constrangimentos
de
alimentação eléctrica, o HOST OTG inicial não pode fornecer mais do
que uma pequena quantidade de energia.
Dois periféricos USB OTG conectados entre si, podem trocar
sucessivamente de função. Considerando dois momentos distintos:
no primeiro momento um periférico pode ser HOST e o outro um
dispositivo, e momento seguinte podem inverter a função, passando
o primeiro a ser dispositivo e o segundo HOST. Isto é feito mantendo
sempre o modelo de arquitectura USB HOST/dispositivo.
58
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 3 – USB
Na especificação OTG, o HOST inicia a comunicação seguindo sempre
o processo normal do barramento (reinicialização do barramento,
aquisição
dos
descritores
periféricos/dispositivos).
USB
Depois
de
e
configuração
efectuar
estes
passos,
dos
o
dispositivo que tem a função de HOST OTG pode transmitir e receber
dados
do
dispositivo
que
tem
a função
de
periférico. Nesta
especificação é definido o mecanismo para a possível transferência
das funções de HOST OTG e periférico. O papel (função) inicial de
cada
dispositivo
é
definido
pelo
tipo
de
ficha
conectada
na
correspondente tomada.
Existem dois tipos de dispositivos OTG: Aqueles que podem ser
HOSTS ou periféricos e aqueles que apenas podem ter a função de
periférico. Os primeiros têm de ser capazes de fornecer uma
intensidade mínimo de 8mA na linha Vbus. Os dispositivos que
apenas funcionam como periféricos não têm capacidades HOST, mas
têm de ser capazes de formular um pedido ao outro tipo de
dispositivos de modos a poderem estabelecer comunicações com
estes.
59
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
4.
FireWire
O que é o IEEE 1394 ou FireWire?
FireWire (marca registada da Apple) ou 1394 High Performance Serial
Bus (designação IEEE) é a designação para um novo Barramento de
Série de alta performance desenvolvido em meados dos anos 90 para
colmatar as necessidades verificadas no campo das comunicações
digitais de alta velocidade entre dispositivos electrónicos (acessórios
e/ou periféricos).
As aplicações do cabo FireWire dividem-se entre a conectividade I/O
de periféricos com o painel dos computadores pessoais ou em
ligações directas entre periféricos ou dispositivos electrónicos.
No standard IEEE 1394 são definidas tanto a camada física como o
barramento virtual conectado por cabo. Neste standard é também
definido o método de transmissão, tipo de média e o protocolo
utilizado.
60
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
É ainda de destacar o seu custo reduzido, o facto de ser escalonável e
de ser um interface de série de alta velocidade. O standard 1394
oferece também novas capacidades, como por exemplo, a capacidade
de conexão/desconexão de periféricos externos em tempo real.
Aplicações Típicas
O standard IEEE 1394 é um barramento de alta velocidade
especialmente orientado para a transferência de dados relativos a
vídeo digital assim como imagens adquiridas numa camera digital. O
IEEE 1394, ao contrário do que se passa no USB (até à versão USBOn-The-GO), é um verdadeiro interface ponto a ponto, ou seja, deixa
de ser indispensável ter um PC para interligar dois periféricos e passa
a ser possível faze-lo directamente.
Considerando o exemplo de uma camera de vídeo digital que envia
dados para uma vídeo gravador digital e um computador que por sua
vez se encontra conectado a uma impressora:
Como os dados vídeo transportados pelo
FireWire são digitais, cada dispositivo
pode
processá-los
directamente
no
domínio digital sem os inconvenientes e a
perda de qualidade de imagem que se iria
verificar se fosse necessário executar a
conversão para vídeo analógico. Assim
deixamos de necessitar de dispositivos
como placas de aquisição de vídeo e da
conversão do sinal do mesmo de analógico para digital. O vídeo
gravador digital e o computador estão preparados para aceitar dados
em formato digital e apresentar ou guardar esses mesmos dados da
forma mais apropriada.
61
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Os dados de controlo, como por exemplo, a alimentação da camera
de
vídeo
digital,
são
transmitidos
de
forma
assíncrona
pelo
computador ou até pelo vídeo gravador. Por lado, os dados de vídeo
são transmitidos de forma isócrona, através de uma linha directa de
comunicação de dados a partir da camera de vídeo para os restantes
dispositivos IEEE 1394. Desta forma é garantida a entrega directa e
atempada (just-in-time) dos dados já que não existe detecção de
colisões ou outro esquema de validação envolvido.
Poderão também surgir novos paradigmas com a utilização desta
tecnologia. Um exemplo poderá ser o caso das impressoras IEEE
1394, que no futuro poderão vir a apresentar-se radicalmente
diferentes das que são utilizadas hoje em dia. Isto dever-se-á ao
grande acréscimo dos limites das velocidades de transferência de
dados do computador para a impressora. Estas novas impressoras
poderão ser muito menos complexas e o seu custo muito inferior, já
que seria possível executar todo o processo de rasterização no
próprio computador e enviá-lo directamente para a cabeça de
impressão na sua forma definitiva.
62
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Evolução IEEE 1394
O primeiro protocolo IEEE 1394 foi desenvolvido em 1995 pela Apple,
que lhe atribuiu o nome de FireWire. Na sua primeira especificação o
barramento suporta transferências de dados de 100, 200 e 400 Mbps.
Esta primeira versão continha algumas faltas e ambiguidades na
especificação, fazendo com que alguns pontos ficassem abertos a
diferentes interpretações por parte dos fabricantes, o que levou a
alguns problemas de interoperabilidade. Estes problemas levaram ao
desenvolvimento de uma nova especificação, designada de 1394a.
Esta nova revisão veio providenciar a clarificação de alguns pontos
presentes
na
especificação
original
assim
como
lançar
alguns
melhoramentos na performance do barramento.
Está
ainda
a
ser
desenvolvida
uma
nova
especificação
do
barramento, já designada por 1394b.
63
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Conectores
Existem dois tipos de conectores FireWire - os conectores de 6 pinos
e os de 4 pinos (estes últimos não fornecem energia eléctrica).
Cada uma das diferentes fichas (6 e 4 pinos) é apenas conectável
com a sua tomada, ou seja não é possível conectar uma ficha de 6
pinos numa tomada de 4 e vice-versa.
Ficha de 6 pinos
Ficha de 4 pinos
Tomada de 6 pinos
Tomada de 4 pinos
Tabela 4. 1 - Fichas e Tomadas FireWire
64
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Cabos
Um
cabo
FireWire
é
normalmente
constituído
por
dois pares
entrançados de condutores de sinal e um par de condutores de
alimentação. O tamanho máximo do cabo é de 4.5 metros de
comprimento.
Esta é a descrição típica de um cabo FireWire. Apesar desta definição
exite ainda um outro tipo de cabo que não possui os condutores de
energia eléctrica e que é utilizado em algumas montagens de cabos,
mais particularmente num cabo de possui em ambas as extremidades
fichas de 4 pinos:
Imagem 4.1 - Cabo FireWire sem Condutores Eléctricos
Para as restantes montagens, são utilizados os que possuem
condutores de energia eléctrica:
Imagem 4.2 - Cabo FireWire com Condutores Eléctricos
65
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Existem três tipos de cabos FireWire, ou melhor dizendo, três
montagens possíveis:
Cabo com conectores 6 pinos – 6 pinos
Imagem 4.3 - Cabo FireWire (6-6)
A tabela seguinte mostra as funções de cada contacto presente num
conector FireWire (6 pinos), assim como o seu número e valor
eléctrico:
Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha
1
Power
Branco
2
Terra (Ground)
Preto
3
TPB-
Vermelho
4
TPB+
Verde
5
TPA-
Laranja
6
TPA+
Azul
Revestimento
Protecção
Cabo Protector
Tabela 4.2 - Contactos e Funções dos Conectores (6p) FireWire
De forma a possibilitar uma melhor compreensão das figuras
seguintes apresenta-se a seguinte tabela mostrando as funções de
cada contacto presente num conector FireWire (4 pinos), assim como
o seu número e valor eléctrico:
66
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Número do Contacto Nome do Sinal Cores Atribuídas à Linha
1
TPA-
Laranja
2
TPA+
Azul
3
TPB-
Vermelho
4
TPB+
Verde
Revestimento
Protecção
Cabo Protector
Tabela 4.3 - Contactos e Funções dos Conectores (4p) FireWire
Cabo com conectores 6 pinos – 4 pinos
Imagem 4.4 - Cabo FireWire (6-4)
Cabo com conectores 4 pinos – 4 pinos
Imagem 4.5 - Cabo FireWire (4-4)
67
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Topologia
O protocolo 1394 é um verdadeiramente ponto a ponto (peer-topeer), visto não necessitar de um computador como intermediário
entre dois dispositivos. Cada um dos dispositivos instalados no
barramento, pode ter várias portas FireWire. Cada uma destas portas
funciona como um repetidor, transmitindo quaisquer pacotes de
dados recebidos do dispositivo ligado a esta porta para o seu destino
seguinte. Na figura seguinte é possível ver um exemplo de um
barramento 1394:
Imagem 4.6 - Barramento FireWire
Como já foi dito, este tipo de barramento não necessita de um HOST
específico, como o PC no caso USB. No exemplo dado acima, a
Camera Digital pode facilmente enviar dados directamente ao Vídeo
Gravador Digital ou ao DVD-RAM sem necessitar da assistência de
nenhum outro dispositivo (excepto na parte física, ou seja,
conectores e ligações).
Nos barramentos FireWire existe o conceito de Cycle Master e de Root
Node (Nó Raiz). A função do Cycle Master não envolve nenhuma
necessidade tecnológica extra. A escolha de qual dos dispositivos
deve ter a função de Cycle Master é determinada dinamicamente e
pode mudar sempre que é adicionado um novo dispositivo ao
barramento ou é iniciado um processo de Reinicialização.
68
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
A configuração do barramento acontece de forma automática quando
é ligado ao mesmo um novo dispositivo. Imaginado uma árvore ou
uma estrutura ramificada, é possível dizer que a configuração é
efectuada a partir dos nós folha (nós com apenas um outro
dispositivo ligado) subindo na estrutura da árvore até ao nó raiz. Um
barramento que tenha três ou mais dispositivos conectados vai ter,
normalmente, um Nó Raiz proveniente de uma ramificação.
O barramento 1394 pode ser interpretado como um elevado espaço
de memória mapeada em que cada nó possui um determinado
intervalo de endereçamento. O espaço de memória é baseado no
protocolo IEEE 1212 CSR (Control and Status Register) Arquitecture
com algumas extensões específicas destinadas ao standard 1394.
Cada nó suporta até 48 bits de espaço de endereçamento (256
Terabits).
Cada
barramento
pode
suportar
até
64
nós
e
a
especificação do barramento de série 1394 suporta atá 1024
barramentos. Isto faz com que se chegue ao grande total de 64
endereços de memória, ou então em forma de 16 Exabits! de espaço
de memória.
Imagem 4.7 - Espaço de Endereçamento
69
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Capítulo 4 – FireWire
Transferências de Dados
O protocolo suporta transferências de dados tanto assíncronas como
isócronas:
Transferências Assíncronas
Este tipo de transferências estão orientadas para
a efectuação de
comunicações direccionadas a um nó (dispositivo) específico do
barramento. Este dispositivo não tem qualquer largura de banda
específica garantida para efectuar comunicações, embora tenha
grandes
probabilidades
de
acesso
ao
barramento
quando
as
transmissões assíncronas são permitidas. O tamanho máximo de um
bloco de dados para um pacote transmitido assincronamente é
determinado pela taxa de transferência suportada pelo dispositivo em
questão, como é mostrado na tabela seguinte.
Velocidade da Transferência
Tamanho máximo de Dados
100 Mbps
512 Bytes
200 Mbps
1024 Bytes
400 Mbps
2048 Bytes
Tabela 4.4 - Tabela Velocidade Trans. / Tamanho dos Dados
70
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Capítulo 4 – FireWire
Transferências Isócronas
Estas transferências são efectuadas sempre em modo broadcast na
forma de um-para-um ou de um-para-N. Durante as transferências
deste tipo não é realizada a correcção de erros nem tão pouco são
efectuadas retransmissões. A atribuição de largura de banda é
controlada por um nó do barramento que possui a função de gestor
de recursos. Este nó pode acumular, ou não, as funções de nó raiz ou
de gestor de barramento. A largura de banda máxima a que um
dispositivo pode ter acesso é apenas limitada pelo número de outros
dispositivos isócronos aos quais o gestor de recursos já atribuiu
outras parcelas dessa mesma largura de banda.
Transferências
assíncronas
são
detectadas
e
respondidas.
Isto
permite que mecanismos de detecção de erros e de retransmissão
possam ter lugar.
De forma resumida, é possível dizer que quando é necessário
efectuar transferências de dados tolerantes a erros em tempo crítico,
como tramas de áudio e/ou vídeo, deve-se então enveredar por
transferências de dados isócronas. Quando o tipo de dados a
transferir não for tolerante a erros, como o caso de transferências de
ficheiros
em
discos
duros,
as
transferências
assíncronas
são
preferíveis.
71
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Protocolo
A especificação 1394 define um protocolo com quatro camadas
lógicas, embora nem todas sejam utilizadas na totalidade das
transferências. Na imagens seguinte é possível verificar a interligação
dessas mesmas camadas:
Imagem 4.8 - Protocolo FireWire
72
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Capítulo 4 – FireWire
Camada Física
A camada física do protocolo 1394 inclui a sinalização eléctrica, a
mecanização dos conectores e da cablagem, os mecanismos de
controlo e a codificação/descodificação dos dados a transmitir ou a
receber. O cabo utilizado na transferência de dados é composto por
três pares de cabos (linhas) entrançados e pela correspondente
blindagem. Dois desses pares são utilizados para transferir dados,
enquanto o terceiro par serve como transportador de energia através
do barramento. Os conectores são de pequena dimensão possuindo
seis ou quatro (estes últimos utilizados para conectar a dispositivos
que sejam auto-suficientes na sua alimentação eléctrica) pinos de
ligação. A transferência de energia eléctrica não é efectuada nos
conectores de quatro pinos. Os cabos genéricos têm um comprimento
máximo de 4.5, embora cabos mais densos possam alcançar maior
distâncias sem perdas de sinal.
Os cabos entrançados de sinais são denominados de TPA e TPB. São
ambos bidireccionais e possuem três estados. O par TPA é utilizado
para transmitir sinais de sincronização (strobe) e receber dados,
enquanto
o
par
TPB
é
utilizado
para
receber
os
sinais
de
sincronização (strobe) e transmitir dados.
Configuração
A camada física tem um papel importante na configuração do
barramento e nas fases normais de controlo do protocolo. A
configuração consiste em pegar numa topologia física relativamente
simples e transformá-la numa estrutura lógica em árvore em que um
Nó Raiz tem o papel fulcral. Como já foi dito anteriormente, o
73
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
barramento é reinicializado e reconfigurado sempre que é adicionado
ou removido um dispositivo.
74
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
É possível também reinicializar o barramento via utilização de
software. O processo de configuração consiste na reinicialização do
barramento, identificação da totalidade da árvore de nós e na
identificação individual de cada nó.
Reinicialização
Uma reinicialização é sinalizada através de um nó em que ambos os
pares TPA e TPB contêm um “1” lógico. Devido ao “1 dominante” da
definição eléctrica dos drivers, um “1” lógico é sempre detectado por
uma porta, mesmo tendo o seu driver bidireccional no estado de
transmissão.
Quando
um qualquer
nó
detecta um pedido
de
reinicialização nos seus drivers, vai propagar este sinal a todos os
outros nós conectados nas suas portas. Este nó emissor entra num
estado de inactividade durante o período de tempo necessário à
propagação da indicação de reinicialização por todos os outros nós do
barramento. O processo de reinicialização remove toda a informação
relativa à topologia anterior presente em cada nó.
Identificação da Árvore
O processo de Identificação da Árvore define a topologia do
barramento. Após a reinicialização e ainda antes do processo de
identificação da árvore, o barramento possui uma topologia lógica
simples que é definida directamente pela topologia física. Após o
processo de
identificação da árvore estar concluído, um único nó
ganha a designação de Nó Raiz (Root Node). Este processo
desenrola-se da seguinte forma:
75
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Após a reinicialização, todos os nós folha (leaf) da árvore apresentam
um estado de sinal intitulado de Parent_Notify enviado através das
linhas entrançadas de dados e de sincronização (strobe).
É de referir que este Parent_Notify é um estado de sinal e não um
pacote de dados. Todo o processo de identificação da árvore é
efectuado em micro segundos. Utilizando o exemplo dado na fig XXX,
a Camera Digital irá sinalizar a Set-Top-Box, a Impressora irá
sinalizar o Vídeo Gravador Digital e o DVD-RAM irá sinalizar o PC.
Quando um nó de ramificação recebe um sinal Parent_Notify numa
das suas portas, ele marca essa mesma porta como contendo uma
ligação para um nó “filho” (child) e envia um sinal Child_Notify para a
porta de onde era proveniente o Parente_Notify já interpretado. Após
a detecção deste estado, o nó folha marca a porta onde recebeu o
sinal Child_Notify como porta que contém a ligação para um nó “pai”
(parent) e remove a sinalização, aceitando desta maneira a sua
designação de “filho”. Nesta altura o nosso barramento será da
seguinte forma:
Imagem 4.9 - Atribuição de Números de Porta
76
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
As portas marcadas com “P” indicam o dispositivo que se encontra
mais perto do Nó Raiz está ligado nessa porta. Os números das
portas são atribuídos arbitrariamente e têm um papel importante no
processo de identificação individual de cada nó.
Após a identificação de cada nó folha, é de notar que o Vídeo
Gravador Digital ainda tem duas portas que não receberam o
Parent_Notify, enquanto as ramificações do nó Set-Top-Box e do PC
têm única porta que contém um dispositivo conectado e que ainda
não recebeu o Parent_Notify. Neste caso, tanto a Set-Top-Box como
o PC enviam um sinal Parent_Notify através das portas que se
encontram conectadas a outro dispositivo mas que ainda não
receberam nenhum sinal.
Assim sendo, o Vídeo Gravador Digital
recebe o Parent_Notify em ambas as suas restantes portas, ao qual
responde com o envio de um sinal Child_Notify. Como o Vídeo
Gravador Digital tem marcadas todas as suas portas como “filhos”,
passa então a ser o Nó Raiz.
A configuração final após todo processo será o seguinte:
Imagem 4.10 - Atribuição de Hierarquias
77
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
De notar que ao fim de um processo similar é possível que dois nós
estejam em pé de igualdade no que respeita à atribuição de função
de Nó Raiz. Neste caso, é utilizada uma função temporal que testa os
dois nós e atribui a função requerida. É também possível que um nó
force ele próprio o barramento de modo a ser o Nó Raiz. Para isto o
dispositivo atrasa a sua participação no processo de identificação da
árvore durante determinado período de tempo.
78
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Identificação Individual
Depois da topologia em árvore estar definida, é iniciada a fase de
Identificação Individual de cada nó. Este processo consiste na
atribuição de IDs Físicos (Physical IDs) a cada nó conectado no
barramento, fazendo com que haja a troca de capacidades de
velocidade de transferência entre nós vizinhos e também com que
todos os nós estejam informados sobre a topologia do barramento
onde estão inseridos.
Esta fase de Identificação Individual tem o seu inicio com o envio, por
parte do Nó Raiz, um sinal denominado de Arbitration_Grant para a
sua porta numerada inferior. No nosso exemplo o Vídeo Gravador
Digital é o Nó Raiz e envia o primeiro sinal à Set-Top-Box. Aí, como a
Set-Top-Box é um nó de ramificação, o sinal vai ser propagado para a
sua porta numerada inferior que contenha conectada um nó “filho”,
neste caso é a Camera Digital. Este dispositivo por sua vez é um nó
“folha” e portanto não vai dar continuidade à propagação do sinal a
jusante, intitulando-se a si próprio como ID Físico 0 (Physical ID 0).
Seguidamente transmite um pacote Self-ID a montante pela porta
que contém o seu nó “pai” conectado. O nó ramificado (Set-Top-Box)
envia então o pacote Self-ID recebido a todas as portas que
contenham dispositivos conectados. Desta forma o pacote vai
eventualmente chegar até ao Nó Raiz que, por sua vez, vai enviá-lo a
todos
os
numeradas
dispositivos
superiores.
conectados
Desta
a
jusante
maneira,
pela
todos
os
suas
portas
dispositivos
conectados irão receber o pacote de Self-ID transmitido inicialmente
pela Camera Digital. Depois de receber este pacote todos os
dispositivos incrementam o seu contador Self-ID. Isto realizado, a
Camera Digital envia um sinal de Self-ID Done a montante (Set-TopBox), dando conta que o seu processo de identificação individual está
79
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
concluído em todas as portas a jusante (desta porta ).
De notar que a Set-Top-Box não irá propagar este sinal a montante
até ao Nó Raiz porque ainda não completou o seu processo de
Identificação Individual.
O Nó Raiz irá, portanto, continuar a enviar sinais pelas suas portas
numeradas inferiores, no nosso caso a Set-Top-Box. Já que este
dispositivo não possui mais nós conectados (à excepção da Camera
Digital já identificada), vai intitular-se então de ID Físico 1 (Physical
ID 1) e transmitir o pacote Self-ID a montante. A execução deste
processo irá multiplicar-se até que o Nó Raiz indique a sua própria
condição de Self-ID Done. O Nó Raiz vai ter sempre o maior ID Físico
do barramento.
Após esta explicação, teremos então para o nosso exemplo os
seguintes
IDs
Físicos:
Camera
Digital=0
,
Set-Top-Box=1,
Impressora=2, DVD-RAM=3, PC=4 e finalmente o nosso Nó Raiz, o
Vídeo Gravador Digital com o ID Físico 5.
É de notar que durante o processo de Identificação Individual, os nós
“pai” e
”filho” estão também a trocar informação sobre a sua
velocidade máxima. É desta forma que este processo expõe a maior
desvantagem do protocolo 1394. Ou seja, dois nós podem apenas
transmitir dados entre si à velocidade máxima do dispositivo mais
lento dos dois.
80
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Por exemplo, se a Camera Digital e o Vídeo Gravador Digital
conseguirem transmitir dados à taxa de 400 Mbps mas a Set-Top-Box
apenas transmite a 100 Mbps, não é possível que os dois dispositivos
de alta velocidade transmitam entre si à taxa de transferência
máxima suportada por ambos. A única forma de contornar este
problema é a reconfiguração física do sistema por parte do utilizador
evitando que existam ligações intermédias via Set-Top-Box entre os
dispositivos de alta velocidade.
Durante o processo de identificação individual, todos os nós que
pretendam obter a função de gestor de Recursos Isócronos, devem
indicar o facto no seu pacote Self-ID. O nó requerente que possua o
maior ID Físico vai então passar a ter a requerida função.
81
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Controlo Normal do Barramento
Depois de o processo de configuração estar concluído, as operações
normais do barramento podem ter inicio. De forma a facilitar o
entendimento do sistema de controlo do barramento é necessário
falar um pouco da estrutura de ciclos (cycle structure) do protocolo
1394.
Um ciclo 1394 é representado por um intervalo de tempo com um
período nominal de 125 us (micro segundos). De modo a iniciar um
ciclo, o Cycle Master ou Controlador de Ciclos envia a todos os nós
um pacote inicial de ciclo (Cycle Start Packet). Os dispositivos que
receberem
este
pacote
(todos
os
que
estão
conectados
no
barramento) podem assim sincronizar as suas bases temporais.
Imagem 4.11 - Ciclo FireWire
Imediatamente depois do pacote inicial de ciclo ser enviado, os
dispositivos que pretendam iniciar transferências isócronas de dados
em modo broadcast podem fazer o pedido ao barramento. O controlo
consiste
no
facto
de
que
qualquer
dispositivo
que
pretenda
efectivamente fazer o pedido deve enviar um sinal ao seu nó “pai”
informando-o que deseja ter acesso ao barramento (largura de
banda).O nó que recebe este sinal vai enviá-lo, por sua vez, ao seu
nó “pai”, até que por fim o sinal seja recebido pelo Nó Raiz.
82
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
No nosso exemplo, imaginemos que a Camera Digital e o PC desejam
enviar dados para o barramento. Ambos informam o seu nó “pai” da
sua intenção. Já que o nó “pai” do PC é o Nó Raiz, o seu pedido é
recebido primeiro e é-lhe concedido o acesso ao barramento. Partindo
deste cenário, torna-se obvio entender que o dispositivo que se
encontra mais próximo do Nó Raiz é aquele que consegue primeiro o
acesso ao barramento.
Como os canais isócronos só podem ser utilizados uma vez em cada
ciclo, quando o próximo Intervalo Isócrono (Isochronous Gap) ocorre,
o PC não vai entrar outra vez no concurso de atribuição (controlo)
dos pedidos. Isto permite que desta vez, a Camera Digital ganhe o
acesso ao barramento. É de notar que se, de início, o PC possuí-se
mais do que um canal Isócrono iria ganhar constantemente o acesso
ao barramento até que não possuí-se mais canais deste tipo.
Estas regras acabam por ser muito importantes no método de
funcionamento do gestor de recursos isócronos, que desta maneira
não permite que existam dispositivos a transferir um número de
dados superior à largura de banda disponível.
Quando o último canal isócrono tiver transmitido os seus dados, o
barramento fica inactivo à espera pelo próximo pedido de acesso de
modo a iniciar de novo o processo de controlo. Se não existirem mais
dispositivos à espera de transmitir, então o tempo de inactividade vai
crescendo até atingir a duração definida por um intervalo assíncrono.
Se isto acontecer é então tempo dos dispositivos assíncronos
poderem pedir acesso ao barramento. A atribuição de acesso é
similar ao que se passa nos pedidos isócronos, ou seja, o nó que
estiver mais próximo do Nó Raiz é o primeiro a ter acesso ao
barramento.
83
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Isto traz-nos um cenário interessante - como os dispositivos
assíncronos podem enviar mais do que um pacote de dados por ciclo,
passa a ser possível que um nó muito próximo do Nó Raiz (ou ele
próprio) tenha acesso permanente ao barramento. Este cenário pode
ser evitado através da utilização de um outro intervalo de tempo
denominado de Arbitration Rest. O processo é simples – depois de ser
atribuído a um nó o acesso ao barramento, e posteriormente o seu
pacote de dados ser enviado com sucesso, ele limpa o seu Arbitration
bit que lhe permitia pedir acesso ao barramento e deixa de o poder
fazer, dando hipótese aos nós que se encontram mais afastados do
Nó Raiz pedir com sucesso o seu merecido acesso ao barramento.
Este processo vai acontecendo para todos os nós conectados até não
existir mais nenhum a pedir acesso. Isto causa de novo a inactividade
temporal do barramento até este período atingir os 20us. Quando
este valor temporal é atingido, é feita um reinicialização do
Arbitration bit em todos os nós e o processo volta a desenrolar-se
indefinidamente.
84
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Camada de Ligação
A camada de ligação é o interface que liga a camada física à camada
de transacção. Esta camada é responsável por verificar CRCs e
calcular/adicionar CRC aos pacotes transmitidos. Além disto, e porque
as transferências isócronas não utilizam a camada de transacção, é a
camada de ligação a responsável pelo envio e recepção de dados
isócronos. Esta camada também examina a informação do cabeçalho
do pacote de dados e determina qual o tipo de transferência que está
em execução. Após este processo, a informação é então passada à
camada de transacção.
O interface entre as camadas física e de ligação é composto por um
mínimo17 sinais.
Camada de Transacção
A camada de transacção é utilizada em transferências assíncronas. O
protocolo
1394
utiliza
o
mecanismo
pedido
–
resposta,
com
confirmações normalmente geradas em cada uma das fases da
transferência. Os vários tipos de transações são:
¾Leitura Simples de um Quadlet (Bloco de 4 bytes de dados)
¾Escrita Simples de um Quadlet
¾Leitura de Comprimento Variável (Variable Lenght Read)
¾Escrita de Comprimento Variável (Variable Lenght Write)
¾Transações de Bloqueio (Lock Transactions).
As transacções de bloqueio são utilizadas para efectuar troca de
operações de e no barramento.
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Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
As transacções podem ser divididas, concatenadas e unificadas. Uma
transação dividida ocorre quando um dispositivo não consegue
responder suficientemente depressa a um pedido de transacção.
Quando um pedido é recebido, o nó responde com um pacote do tipo
Acknowledg. Este tipo de pacotes é enviado logo após o envio de um
pacote assíncrono de dados.
Gestão do Barramento
A gestão do barramento no protocolo 1394 envolve a atribuição de
várias responsabilidades que podem ser repartidas por mais do que
um nó. Os nós que compõem o barramento podem vir a assumir as
funções de Cycle Master, Gestor de Recursos Isócronos e Gestor do
Barramento.
Cycle Master
O Cycle Master inicia ciclos de 125us. O Nó Raiz tem de ser o Cycle
Master, se um nó que não tem a função de Cycle Master vem a ser
denominado de Nó Raiz, então o barramento é inicializado e um nó
que tem capacidades para desempenhar a função de Cycle Master é
forçado a ser o novo Nó Raiz. O Cycle Master inicia em broadcast um
pacote inicial de ciclo (Cycle Start Packet) de 125 em 125us. De notar
que é possível que o início de um destes ciclo seja ligeiramente
adiado enquanto um pacote de dados do tipo assíncrono está a ser
transmitido ou confirmada a sua recepção.
86
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Gestor de Recursos Isócronos (Isochronous Resource Manager)
Este gestor tem de ser capaz de efectuar transferências do tipo
isócrono e de implementar vários registos opcionais. Estes registos
incluem o registo do ID do Gestor de Barramento, o registo de
alocação da largura de banda do barramento e registo que contém a
informação sobre os canais de transferência.
A alocação de um canal isócrono é efectuada por qualquer nó que
pretenda transmitir pacotes de dados do tipo isócrono. Estes nós são
obrigados a alocar um canal que esteja disponível no registo de
alocação de canais, através da leitura de bits no registo composto por
64 bits. Cada canal tem um bit associado a si – os canais encontramse disponíveis se o seu bit correspondente for igual ao “1” lógico. O
nó que requer o canal, altera o primeiro bit do mesmo para o valor
lógico “0” e utiliza esse bit como ID do canal.
Além disto o nó requerente deve examinar o Registo de Largura de
Banda Disponível de modo a determinar qual o tamanho de largura
de banda que tem à sua disposição. A quantidade total de largura de
banda é igual a 6144 unidades de alocação. Uma unidade de alocação
é o tempo exigido para transferir um bloco de 4 bytes à taxa de
transferência de 1600 Mbps.
Existe um total de 4915 unidades de alocação disponíveis para a
efectuação
de
transferência
isócronas
se
alguma
transferência
assíncrona estiver a ser realizada. Os nós que pretendam utilizar
largura de banda isócrona devem subtrair o valor pretendido ao
Registo de Largura de Banda Disponível.
87
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Gestor do Barramento (Bus Manager)
O gestor do barramento acumula várias funções como as de efectuar
um mapa da topologia do barramento e um de velocidades do
mesmo. Tem também a funções de gestor de alimentação eléctrica e
de optimizar o tráfego do barramento. O mapa de velocidades é
utilizado pelos nós de forma a determinar a velocidade que podem
utilizar de forma a poderem comunicar com os restantes nós. O mapa
da topologia do barramento pode ser utilizado pelos nós que
contenham um interface sofisticado com o utilizador, permitindo a
instrução do mesmo de forma a este conectar fisicamente os
diferentes dispositivos, criando uma topologia óptima capaz de retirar
o melhor rendimento das taxas de transferências disponíveis entre os
dispositivos conectados.
O gestor do barramento é também responsável pela determinação de
qual dos nós obteve as funções de Nó Raiz e de Cycle Master.
Nem sempre é possível que exista pelo menos um nó conectado a um
barramento
capaz
de
desempenhar
as funções de
gestor
do
barramento. Neste caso, pelo menos algumas dessas funções são
realizadas pelo Gestor de Recursos Isócronos.
88
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Suporte por parte dos Sistemas Operativos
Variantes Windows
Windows 95 : Sem suporte FireWire.
Windows 98 : Sem suporte FireWire.
Windows 98 SE : Suporta FireWire (*com patch extra).
Ver :
http:///www.windows.com/windows98/downloads/contents/WU
Recommended/S_WUFeatured/1394/Default.asp
Windows NT 4.0: Sem suporte FireWire.
Windows Me : Suporta FireWire.
Windows 2000 : Suporta FireWire.
Windows XP : Suporta FireWire.
Linux
2.2 a 2.3.40 (exc.) : Suporta FireWire (Drivers não incluídos no
Sistema).
2.3.40 ou superior: Suporta FireWire.
Mac OS
Mac OS 8.6 e 9.x ou superior : Suporta FireWire.
89
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Periféricos mais comuns
A gama possível para estes periféricos pode englobar impressoras,
scanners(móveis ou fixos), cameras digitais (móveis), cameras de
alta capacidade (fixas), entre outros dispositivos de áudio/vídeo já
disponíveis no mercado.
O bus IEEE 1394 representa uma forma de intercomunicação digital
preferida
por
muitas
empresas
produtoras
de
dispositivos
electrónicos. Assim sendo, a produção destes dispositivos têm-se
espalhado por diversas áreas da tecnologia digital:
Dispositivos Electrónicos
Periféricos PC
Cameras Digitais (Fixas ou Móveis)
Modem por Cabo
TV Digital
CD/DVD-ROM e CD-RW
Vídeo Gravadores Digitais
Discos Duros
Receptores Satélite Digitais
Discos ROM
Leitores DVD
Adaptadores de Rede
Instrumentos Musicais
Impressoras
Colunas de Som
Scanners
Sintonizadores TV
Adaptadores Telefónicos
Cameras de Vídeo
Outro equipamento Áudio
Tabela 4.5 - Dispositivos e Periféricos mais comuns
90
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
Perspectivas de evolução futura
O futuro do barramento FireWire ou IEEE 1394, passa pelo
desenvolvimento
(já
a
decorrer)
de
uma
nova
especificação
designada de IEEE 1394b.
A versão IEEE 1394b apresenta-se, à imagem da sua antecessora
quando foi lançada, com muitas novidades, novidades estas que irão
revolucionar o mundo dos interfaces com e entre dispositivos.
De seguida é apresentada uma tabela, cujo conteúdo é revelador das
capacidades de cada uma das versões:
IEEE 1394 (a e b)
Suporta até 63 dispositivos electrónicos ponto a ponto.
Opera com velocidades de transferência de dados que podem variar
entre 100 Mbps e 3200 Mbps, dependendo do tipo de cabo utilizado.
Pode ser utilizado em conexões de curta e longa distancia.
Suporta transferencias de dados assíncronas e isócronas.
Tabela 4.6 - Características comuns IEEE 1394a e 1394b
91
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 4 – FireWire
IEEE 1394a
IEEE 1394b
Permite conexões de maior
Topologia de bus ponto a ponto.
velocidades e a distâncias mais
significativas.
Velocidades de transferência de
dados que variam de 100 até 400
Mbps.
Totalmente compatível com IEEE
1394a
Velocidades de transferência de
dados que variam de 800 até
63 nodos, 16 camadas físicas
3200 Mbps utilizando diversos
tipos de cabos com um
comprimento até 4.5 metros.
Velocidades de transferência de
4.5 metros por ligação
dados de 100 Mbps utilizando
cabos UTP Categoria 5 de
comprimento até 100 metros.
Utilização A/V, armazenamento de
dados, impressoras, scanners,
Redes TCP/IP, etc..
Os chipsets são de baixo custo, ou
seja, quando adquiridos em
volume custam menos de 5 Euro.
Velocidades de transferência de
dados de 400 Mbps utilizando
cabos de fibra óptica plástica de
comprimento até 100 metros.
Velocidades de transferência de
dados de 3200 Mbps utilizando
cabos de fibra óptica de vidro de
comprimento até 100 metros.
Maior facilidade de integração em
chipsets do que na versão IEEE
1394a.
Tabela 4.7 - Características Próprias da espec. 1394a e 1394b
92
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
5.
Hardware USB e FireWire
Neste capítulo vão ser apresentados vários dispositivos USB e
FireWire de modo a possibilitarem uma maior compreensão e
conhecimento
do
desenvolvimento
já
realizado
nas
áreas
de
idealização, produção e comercialização já postas em curso por
diversas empresas do ramo da electrónica e computação.
Estes dispositivos e suas funções, são descritivos das capacidades
actuais de cada um dos barramentos.
USB
Cabo de Transferência de Dados USB (Liga dois computadores)
Este cabo permite conectar de forma directa dois computadores (PCPC, PC-MAC ou MAC-MAC).
Disponibiliza funções de gerência de energia, wake-up remoto e
funções de impressão de ficheiros remotos.
Pode conectar computadores iMAC, G3, G4 e iBooks da gama Apple
com os Sist. Operativos 8.5, 8.6 ou 9.0. Ou PC compatíveis com IBM,
com qualquer sistema operativo MS Windows a partir da versão 98.
Imagem 5.1 - Cabo de Transferência de Dados USB
93
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Adaptadores USB -» Série DB 9 e DB 25
Estes
adaptadores
suportam
o
interface
série
RS-232,
uma
velocidade de transferência até 1 Mbps, wake-up remoto e gerência
de energia.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98 ou 2000.
Imagem 5.2 - Adaptadores USB -» Série DB 9 e DB 25
Adaptador USB -» PS/2
É possível conectar um teclado e um rato PS/2 de forma simultânea a
este único adaptador.
É compativel com a tecnologia Plug and Play.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98 e 2000.
Imagem 5.3 - Adaptador USB -» PS/2
94
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Cabo com Brigde de Rede
Este dispositivo permite a ligação de um PC a uma rede.
É compatível com os protocolos TCP/IP, NetBEUI e IPX/SPX e com o
ambiente móvel de rede SOHO.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98, ME e 2000.
Imagem 5.4 - Cabo com Brigde de Rede
Adaptador USB -» Ethernet (10 Base-T)
Este adaptador permite conectar um PC a uma rede Ethernet sem
existir
a
necessidade
de
adicionar
mais
placas
de
rede
no
computador, isto tudo através da ligação do dispositivo a uma porta
USB.
Possui 16 x 1.5K buffers RAM internos.
Utiliza a camada MAC Ethernet 10/100 Base-T (10/100 Mbps).
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98, ME e 2000.
Imagem 5.5 - Adaptador USB -» Ethernet (10 Base-T)
95
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Adaptadores USB -» Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5
Estes adaptadores permitem conectar Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5 de
forma fácil e intuitiva.
Possuem Suporte ATAPI-4 para Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98 e 2000.
Imagem 5.6 - Adaptadores USB -» Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5
Adaptador USB -» Vídeo
Este adaptador permite conectar dispositivos de captura de imagens
vídeo, paradas ou em movimento. Funciona como bridge entre o PC e
uma camera analógica de vídeo ou um vídeo gravador, convertendo o
sinal analógico proveniente desses dispositivos em sinal digital.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98, ME, 2000 e XP.
Imagem 5.7 - Adaptador USB -» Vídeo
96
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Adaptador Bluetooth USB
Este adaptador permite um PC ou PDA a qualquer telefone móvel ou
qualquer outro dispositivo que suporte esta tecnologia. O adaptador
está em conformidade com a especificação Bluetooth™ 1.1.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98/SE, Windows ME, Windows 2000,
Windows XP, WinCE, Pocket PC 2002.
Imagem 5.8 - Adaptador Bluetooth USB
Controlo Remoto Digital USB
Este dispositivo é um controlo remoto digital de infravermelhos que
permite controlar aplicações multimédia de uma forma fácil e
intuitiva. Entre todas as aplicações que este dispositivo consegue
controlar destacam-se o MS PowerPoint, QuickTime, RealPlayer,
Winamp, podendo assim ser configurado para controlar outras
aplicações. É também possível controlar outros dispositivos, tais
como, leitores de CD, DVD e MP3.
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98, e Mac com sistema operativo igual ou superior ao 8.5.1.
Imagem 5.9 - Controlo Remoto Digital USB
97
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Adaptador Áudio USB
Este dispositivo permite transferir dados Áudio Stereo de e para um
computador a partir de uma porta USB.
Pode conectar computadores PowerMac, Titanium PowerBook, iBooks
e qualquer outro Mac da gama Apple ou qualquer PC compatível IBM.
Imagem 5.10 - Adaptador Áudio USB
Adaptador USB -» ADB
Este adaptor permite conectar dispositivos ADB por intermédio de
uma porta USB.
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98, e PowerBook G3 e Mac com sistema operativo igual ou superior
ao 8.5.1.
Imagem 5.11 - Adaptador USB -» ADB
98
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Mini HUB USB
Devido ao seu tamanho reduzido, este pequeno dispositivo é ideal
para utilizar em computadores portáteis. Possui quatro portas USB.
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98, com Linux 2.4.1 ou superior e Mac com sistema operativo igual
ou superior ao 8.6.
Imagem 5.12 - Mini HUB USB
Adaptador do Isqueiro para iPOD
Oferece alimentação eléctrica para um iPOD a partir do isqueiro do
carro através de uma ligação USB.
Utilização com iPOD.
Imagem 5.13 - Adaptador do Isqueiro para iPOD
99
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Switcher USB
Permite fazer qualquer combinação entre computadores (compatíveis
IBM ou Mac), monitorizar dois computadores apenas com um
monitor, alternar utilização de vídeo, teclados, ratos e outros
periféricos.
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98, e Mac com sistema operativo igual ou superior ao 8.6.
Imagem 5.14 - Switcher USB
100
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Adaptador para PDAs DB9 -» USB
Permite a conexão de PDA’s a computadores pessoais. O adaptador
pode conectado a um PC ou Mac através de uma ficha USB e na outra
extremidade a um Palm Organizer, Sharp Wizard ou a um PDA com o
Windows CE.
Imagem 5.15 - Adaptador para PDAs DB9 -» USB
101
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
FireWire
Cabo Adaptador FireWire -» i.LINK
Este cabo possui uma ficha de seis pinos FireWire numa extremidade
e uma ficha i.Link de 4 pinos na outra.
Pode ser utilizado na conexão de um dispositivo FireWire com um
dispositivo i.Link.
Imagem 5.16 - Cabo Adaptador FireWire -» i.LINK
Adaptador FireWire -» Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5
Este adaptador permite conectar Discos Rígidos IDE 2.5 e 3.5 através
de uma ligação FireWire.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98 SE, ME, 2000 e XP, ou PowerMac com
sistema operativo Mac OS 9.x.
Imagem 5.17 - Adaptador FireWire -» Discos Rígidos IDE 2.5/3.5
102
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Adaptadores FireWire -» Ultra SCSI
Este
adaptador
permite
conectar
dispositivos
Ultra
SCSI
por
intermédio de uma porta FireWire.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98 SE, ME, 2000 e XP, ou PowerMac com
sistema operativo Mac OS 9.x.
Imagem 5.18 - Adaptadores FireWire -» Ultra SCSI
Cartão PCMCIA com Barramento FireWire
Permite adicionar a tecnologia FireWire a computadores portáteis que
não suportam a tecnologia. Este cartão é PCMCIA type II. Permite
ligar entre outros dispositivos, discos duros e drives ZIP.
Qualquer computador com processador de velocidade igual ou
superior a 300 MHz e com um dos seguintes sistemas operativos:
Windows 98SE, Windows 2000, Mac OS 8.6.
Imagem 5.19 - Cartão PCMCIA com Barramento FireWire
103
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Repetidor FireWire
Permite repetir os sinais transmitidos através de um cabo FireWire,
possibilitando assim a comunicação entre dispositivos FireWire a
distâncias muito maiores. Compatível com todos os dispositivos
FireWire.
Imagem 5.20 - Repetidor FireWire
Conversores de Sinais Analógicos em DV e DV/TV FireWire
Estes conversores permitem converter qualquer sinal analógico de
Áudio e Vídeo no formato de vídeo digital com saída FireWire.
A sua utilização é suportada por PC compatíveis com IBM com o
sistema operativo Windows 98 SE, ME, 2000 e XP, ou PowerMac com
sistema operativo Mac OS 9.x.
Imagem 5.21 - Conversores de Sinais Analógicos em DV e DV/TV
104
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Unidade de armazenamento FireWire
Esta unidade de armazenamento de pequenas dimensões, em forma
de porta chaves permite o armazenamento de dados em cartões de
memória.
É possível, através da utilização de este dispositivo sobre o sistema
operativo Mac OS 9.2 ou OS X, efectuar o booting do próprio sistema
através do cartão de armazenamento de dados conectado.
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98SE, e Mac com os sistemas operativos OS 9.1, 9.2 e OS X.
Imagem 5.22 - Unidade de armazenamento FireWire
105
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Drive de Vídeo Digital FireWire
Este dispositivo permite a transferência directa de Vídeo Digital para
uma unidade de armazenamento contida no interior do periférico.
Esta unidade tem um tamanho de 20 GB e permite gravações de
vídeo com um tempo total acumulado de 1 hora e 40 minutos.
Quando conectada a um PC ou
MAC, esta drive é imediamente
reconhecida pelo sistema operativo.
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98SE, e Mac com os sistemas operativos OS 9.1, 9.2 e OS X.
Imagem 5.23 - Drive de Vídeo Digital FireWire
106
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Widgets (adaptadores DV-In)
Este dispositivo não possui qualquer ligação USB ou FireWire, mas
pode ser utilizado em cameras digitais que por sua vez, podem
utilizar
algum
desses
barramentos
(com
principal
incidência
FireWire). Este pequeno aparelho é ligado à ficha LANC das câmaras
e altera os códigos de bloqueio do sistema DV-In. Basta carregar no
botão que alteração é efectuada em 30 segundos. Com o DV-In
activado o botão do aparelho funciona como botão RECORD/PAUSE.
Não necessita de PC e dá para activar diversas câmaras.
Compativel com cameras da gama Sony_Mini-DV, Sony_Digi-8,
Panasonic, Canon, JVC/Thomson, Samsung e Sharp.
Imagem 5.24 - Widgets (adaptadores DV-In)
107
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
USB & FireWire
HUB COMBO FireWire/USB
Este HUB é uma das formas de conciliar fisicamente os interfaces USB
e FireWire.
Este dispositivo disponibiliza portas USB assim como portas FireWire
de uma forma independente e suportando as duas especificações
standard em termos de transferência de dados como em termos
fornecimento de alimentação eléctrica aos dispositivos conectados.
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98, e Mac com sistema operativo igual ou superior ao 8.6.
Imagem 5.25 - HUB COMBO FireWire/USB
108
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 5 – Hardware USB & FireWire
Drive de Armazenamento FireWire/USB
Este dispositivo é uma drive portátil de armazenamento de grandes
dimensões. Pode
ser
adquirido
com (ou sem) a unidade de
armazenamento. O tamanho máximo destas unidades é de (60 GB).
É compatível com todas as versões do MS Windows a partir da versão
98SE, e Mac com os sistemas operativos OS 9.1, 9.2 e OS X.
Imagem 5.26 - Drive de Armazenamento FireWire/USB
109
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 6 – Conclusão
6.
Conclusão
Em forma de conclusão, e referindo as várias formas de interligação
sobre as quais este projecto se debruçou, deixo as seguintes
considerações:
Em relação às Portas Série e Paralela, e ao contrário da fácil dedução
de que irão desaparecer muito em breve, devemos ter em conta que
existem ainda muitos milhões de periféricos a serem utilizados em
computadores pessoais utilizando esta forma de interligação. Perante
este cenário não é lógico admitir uma rápida transição para a norma
USB ou FireWire, até porque dispositivos como um rato, lightpen ou
trackball não necessitam de uma maior capacidade de transferência
do que aquela que lhes é fornecida através de uma Porta Série.
No caso dos dispositivos conectados através da Porta Paralela,
destaca-se a impressora como sendo a maior e mais clássica
utilização deste tipo de conexão. Neste momento estima-se que ainda
exista em funcionamento uma grande quantidade de impressoras que
não estão preparadas para serem conectadas pelas normas USB ou
FireWire. Sendo que, no caso da impressora possa ser necessária
uma forma mais rápida de transferência de dados do que a fornecida
pela Porta Série, não se justifica que sejam implementadas formas de
ligação de alta velocidade até porque o próprio funcionamento da
110
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 6 – Conclusão
maior parte das impressoras utilizadas pelo consumidor comum não
iria tirar rendimento significativo das mesmas. Contudo, é de referir a
maior facilidade de instalação por parte de uma impressora através
de uma conexão USB do que propriamente através de uma Porta
Paralela. Este pormenor, ainda que desvantajoso para a utilização de
Portas Paralela face ao barramento USB não se torna benéfico
quando é tido em causa o factor preço.
Falando agora do tema principal do projecto, ou seja, das tecnologias
USB e FireWire, e abordando numa perspectiva temporal o seu
percurso, é de referir que no início, aquando do nascimento das
primeiras especificações de ambos os barramentos, aquilo que era
tido como uma coabitação pacífica e complementar dos mesmos, ao
longo do tempo tem vindo a transformar-se numa guerra de
mercado.
A coabitação inicial era devida à quase auto designação em termos de
utilização por parte de cada um dos barramentos, ou seja, o USB era
utilizado em dispositivos que apenas necessitavam de transferências
de dados de baixa velocidade como teclados, enquanto o FireWire era
utilizados com dispositivos que necessitavam de uma maior largura
de banda, como é o caso das cameras de vídeo.
111
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 6 – Conclusão
No entanto, o tempo foi passando e hoje em dia, o barramento USB
2.0 (480 Mbps) acaba por ter uma taxa máxima de transferência
superior à disponibilizada através do barramento FireWire definido na
especificação IEEE 1394a (400 Mbps). Daqui podemos retirar várias
conclusões, entre as quais o facto de, teoricamente, o barramento
USB 2.0 oferecer uma maior largura de banda, necessária para
dispositivos que façam transferências do tipo isócrono. Na prática isto
pode não se verificar, devido a que, e ao contrário do que acontece
no
barramento
FireWire,
no
USB
podem
desenrolar-se
várias
transações simultâneas, fazendo com que deste modo, a largura de
banda destinada a uma determinada transferência isócrona possa ser
inferior à disponibilizada no protocolo concorrente (FireWire).
Uma outra inferência seria respeitante ao seguinte exemplo: termos
apenas uma camera digital conectada no barramento USB, sem a
existência de qualquer outro dispositivo conectado. Este é um
exemplo simples, mas em que acaba por ser mais vantajosa a
utilização USB.
Outra vantagem do USB é o preço. Embora os níveis de preços de
dispositivos e cabos FireWire tenha vindo a descer, financeiramente
ainda é mais compensatória a utilização USB.
Por outro lado dispositivos como cameras digitais de alta qualidade,
são desenvolvidos em maior número possuindo o barramento
FireWire, isto deve-se à maior implementação desta norma por parte
das empresas (entre as quais se destaca a Sony e Kodak) produtores
de dispositivos de aquisição de imagem (vídeo ou estática).
112
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 6 – Conclusão
Poderiam ser descritos mais alguns exemplos sobre as vantagens e
desvantagens que cada barramento tem sobre o outro. Mas de facto,
na minha óptica destacam-se duas situações em que nenhuma delas
tem vantagem sobre a outra:
Como já foi dito anteriormente, o dilema USB vs. FireWire tornou-se
uma guerra de mercado. Mas o vencedor não pode ser definido como
sendo aquele que ao fim de um determinado período de tempo, tem
uma maior implementação de portas nos painéis de qualquer
computador pessoal, até porque o barramento FireWire assenta toda
a sua estratégia em ambientes que não comportam e muito menos
necessitam da utilização dos mesmos.
Uma outra situação seria (como já li em muitas referências) o facto
de o USB ter uma mais longa e portanto maior implementação no
mercado. Esta consideração deve-se somente ao facto de que os
maiores produtores de computadores (IBM e Intel) apoiarem o
desenvolvimento do barramento USB e disponibilizarem-no nos novos
sistemas (Hardware) que produzem. Toda esta suposta vantagem
não faz sentido, visto que na óptica da implementação FireWire, o
seu barramento seria independente do ambiente PC.
113
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 6 – Conclusão
Resumindo, é possível dizer que a implementação do barramento
USB é mais vantajosa quando pretendemos utilizá-lo em dispositivos
que realizam transferências de dados do tipo assíncrono e quando é
necessário interligar ou gerir esses mesmos dispositivos a partir de
um computador pessoal que toma a função de HOST do sistema.
Por sua vez, a utilização da tecnologia FireWire é mais direccionada
na utilização de dispositivos de aquisição e transferência de imagem,
que utilizem transações do tipo isócrono com/sem a necessidade da
interligação de um PC no barramento.
114
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 7 – Glossário & Bibliografia
7.
Glossário & Bibliografia
Glossário
Bluetooth - É uma tecnologia de transmissão de dados que permite a
criação de Redes de Área Pessoal (Personal Area Networks),
facilitando aos usuários a transmissão de dados a uma velocidade de
1Mbps a uma distância de até 10 metros na frequência de 2,4Ghz.
Esta tecnologia foi desenvolvida pelo Bluetooth Special Interest Group
composto por mais de 1200 empresas.
Hot Plugging – Também denominado por hot swapping, esta
tecnologia representa a possibilidade em adicionar ou remover
acessórios e/ou periféricos a um computador enquanto este está
ligado e em que o Sistema Operativo reconhece de imediato as
alterações efectuadas. Esta tecnologia é suportada por dois tipos de
barramento externo, o USB (Universal Serial Bus) e o FIREWIRE
(IEEE 1394). Esta capacidade está relacionada com o standard
PCMCIA.
115
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 7 – Glossário & Bibliografia
IEEE –
Abreviatura para Institute
of Electrical and Electronic
Engineers. É uma organização que inclui engenheiros, cientistas e
estudantes de electrónica assim como outras áreas relacionadas com
a computação. É responsável pela sugestão e criação de normas para
diferentes áreas da Engenharia Electrotécnica e Informática.
PCMCIA
–
Abreviatura
para
Personal
Computer
Memory
Card
International Association, é uma organização que consiste em 500
empresas que desenvolveram um standard para um pequeno tipo de
acessório, do tamanho de um cartão de crédito denominado PC Card.
Originalmente criado para adicionar memória em computadores
portáteis, o standard PCMCIA foi expandido por diversas vezes e a
sua utilização é agora possível em diversos tipos de acessórios.
Existem 3 tipos de cartões PCMCIA (Type I, II ou III) todos com as
mesmas
dimensões
de
comprimento
e
largura
(85.6
por
54
milímetros) e diferentes apenas na grossura do cartão (3.3, 5.5 ou
10.5 milímetros).
116
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 7 – Glossário & Bibliografia
Plug And Play (PnP) – Representa a possibilidade que o sistema de
um computador tem em configurar automaticamente dispositivos de
expansão do próprio computador ou outro tipo de periféricos. Esta
tecnologia surgiu de modo a terminar com o inconveniente de ter que
configurar switches, jumpers ou outros elementos de configuração
durante a instalação de novo hardware e passar apenas a ligar (plug)
e a tirar partido do mesmo (play).
Ponto a ponto (peer-to-peer). Rede que dispensa o uso de servidor.
As redes locais montadas sobre os protocolos do Windows, por
exemplo, são redes peer-to-peer. É o contrário das aplicações clienteservidor em que um computador (o servidor) permite que outras
máquinas (clientes) usem seus serviços.
Small Office Home Office. Um conceito que faz referência a pequenos
negócios e escritórios domésticos. Visa optimizar a tecnologia que
envolve computadores, efectua a tarefa de secretária electrónica
possibilitando a montagem de escritórios domésticos mais baratos e
flexíveis.
UART – Abreviatura para universal asynchronous receivertransmitter, representa um componente informático que gere as
comunicações assíncronas de série. Todos os computadores contêm
um UART que gere as Portas Série e, existem também alguns
modems internos que possuem o seu próprio UART.
117
Projecto 5º Ano – Ramo Computadores e Sistemas - DEI – ISEP
Capítulo 7 – Glossário & Bibliografia
Bibliografia
Portas Série
http://www.lvr.com/serport.htm
http://www.taltech.com/TALtech_web/resources/intro-sc.html
http://www.ctv.es/pckits/tpserie.html
http://www.beyondlogic.org/serial/serial.htm
http://www.ctv.es/pckits/tutorial.html
Portas Paralela
http://zone.ni.com/devzone/conceptd.nsf/webmain/72C6FC6CE4AD4
D1386256B1800794596
http://www.lvr.com/parport.htm
http://www.ctv.es/pckits/tutorial.html
http://www.linux-tutorial.info/cgi-bin/display.pl?132&0&0&0&3
http://www.beyondlogic.org/spp/parallel.htm
USB
http://www.usb.org
http://www.usbman.com
http://www.apple.com/usb/
http://www.everythingusb.com
http://www.usb-drivers.com/companies/95.htm
www.orangemicro.com/updateusb2mac.html
FIREWIRE
http://www.apple.com/firewire/
http://www.1394ta.org
http://www.dvcentral.org/Firewire.html
Outros termos e assuntos
http://www.webopedia.com
118