G´en´eralit´es sur la transmission USB

Le protocole USB poss`ede les caract´eristiques suivantes : – Protocole de communication s´erie entre entit´es.

– Architecture ´etoil´ee et pyramidale, Fig.A.2.

– ´Echanges de donn´ees `a vitesse pr´ed´efinie dans la sp´ecification USB. – Possibilit´e de connecter un grand nombre de p´eriph´eriques.

– facilit´e d’utilisation : ” plug’n play ”

– Largeur de bande passante garantie et basses latences

En effet, l’hˆote se trouve au centre du r´eseau, et les p´eriph´eriques `a l’ext´erieur. L’Hˆote USB a la charge de mener `a bien toute les transactions et de programmer la bande pas-sante et le taux de transfert,1, 5M bits/s ou 12M bits/s ou 480M bits/s selon la tol´erance du p´eriph´erique concern´e. Typiquement, les modes High-speed et Full-speed peuvent ˆetre isochroniques (Largeur de bande passante garantie et basses latences, appropri´ees pour la t´el´ephonie, l’acoustique, la vid´eo, etc.), alors que les donn´ees Low-speed viennent des dis-positifs interactifs.

Dans la suite de l’´etude nous nous concentrerons sur le mode de transfert Full-speed. L’hˆote doit ˆetre capable de supporter jusqu’`a 127 dispositifs physiques. Le branche-ment `a chaud avec des pilotes qui sont directebranche-ment chargeables et d´echargeables rend facile et accessible son utilisation. L’utilisateur branche simplement l’appareil sur le Bus, l’Hˆote d´etectera cet ajout, interrogera l’appareil nouvellement ins´er´e et chargera le pilote appropri´e pendant le temps qu’il faut au sablier pour clignoter sur l’´ecran assurant qu’un pilote est install´e pour l’appareil s´electionn´e. L’utilisateur final n’a pas besoin de se soucier des termi-naisons, de termes tels qu’IRQs, adresses de ports, ou de la r´einitialisation de l’ordinateur. Une fois que l’utilisateur a termin´e, il lui suffit de retirer le cˆable, l’Hˆote d´etectera cette ab-sence et d´echargera automatiquement le pilote. On dit que les p´eriph´eriques sont auto d´efinis. De plus ce protocole prend en charge l’ajout de dispositifs compos´es, c’est `a dire de p´eriph´eriques comportant plusieurs fonctions telles que les imprimantes multifonctions (scanner, photocopieuses, fax. . .)

se font grˆace `a l’´emission de plusieurs paquets dont le format ob´eit `a un standard. Chaque transaction consiste en la succession des paquets suivants :

– Un paquet Jeton (en anglais Token) – Un paquet de donn´ees (en anglais DATA)

– Un paquet d’´etat (en anglais HandShake - poignet de main)

Il faut aussi mentionner que les donn´ees du flux de communication USB sont encod´ees en NZRI (Non Z´ero Return Inverse). Le signal NRZI poss`ede deux propri´et´es qui influence directement la conception d’un circuit de r´ecup´eration d’horloge. En NRZI, encoder ”1” revient `a ne pas changer le niveau du signal alors qu’un ”0” correspond `a un changement d’´etat. La Fig.2.5montre une s´erie de donn´ees et son ´equivalent NRZI. L’´etat J repr´esente le niveau haut sur la ligne de signal et K le niveau bas. Une suite de ”0” fait donc commuter le signal NRZI entre niveau haut et bas tandis qu’une suite de ”1” cr´ee une longue p´eriode sans changement d’´etat du signal NRZI.

FIG. 2.5 – Donn´ees encod´ees en NRZI

Pour une s´equence binaire al´eatoire, de fr´equence,rb, et une probalit´e ´egale de ‘1’ et de ‘0’, la densit´e spectrale de puissance vaut, [28] :

Px(ω) = Tb[sin[(ω · tB)/2] (ω · tB)/2) ^]

2 et Tb = ¹ rb

(2.2) On peut observer que cette fonction pr´esente une valeur nulle aux multiples entiers derb. Nous regarderons ce point plus en detail dans S4.6.

sans transition. Pour assurer un nombre de transitions suffisantes et ainsi permettre la syn-chronisation d’horloge, le protocole USB utilise une m´ethode dite de ‘ Bit Stuffing ’ Fig.2.6. Un z´ero est ins´er´e apr`es une s´equence de six ‘ 1 ’ cons´ecutifs dans la chaˆıne de donn´ees pour forcer une transition sur le signal encod´e. Cela donne au recepteur un signal avec au moins une transition tous les sept temps bit, pour lui permettre de se synchroniser et ainsi de pou-voir d´ecoder correctement les signaux de donn´ees. Le ‘ Bit Stuffing ’ commence avec le bloc de synchronisation envoy´e au d´ebut de chaque paquet Fig.2.6. En effet le syst`eme compte le nombre de ‘ 1 ’ `a partir du dernier ‘ 1 ’ du champ de synchronisation. Le bloc de r´eception doit ˆetre capable de d´ecoder le signal NZRI, d´etecter le bit ins´er´e par le ‘ Bit stuffing ’ et le rejeter.

Le signal de donn´ee, rec¸u par les divers ´el´ements connect´es `a l’hˆote, est un signal non-p´eriodique et dans le cas (Full-Speed), ayant un taux de transfert de12M b/s, soit un temps bit de83.33ns. De plus la sp´ecification demande, `a tout syst`eme d´esirant ´emettre un signal r´epondant `a la certification USB, une pr´ecision de2500ppm sur la fr´equence du signal, soit 0.25%.

Le syst`eme doit ˆetre capable d’´emmettre un signal cadenc´e `a 12M b/s ± 0.25% et avoir un signal d’horloge suffisamment pr´ecis pour le faire. Le choix de r´ealisation a ´et´e, en accord avec Atmel Rousset, partenaire industriel de cette ´etude, un signal d’horloge de 48M Hz (p´eriode 20.833ns) ce qui permet en r´eception de sur´echantillonner le signal rec¸u pour un meilleur d´ecodage. Cela permet d’avoir 4 fronts d’horloge par temps bit du signal NRZI. Pour assurer un d´ecodage efficace, en r´eception, une horloge moins pr´ecise que pour l’´emission est suffisante. En effet pour d´ecoder correctement l’information du signal NRZI on peut admettre entre trois et cinq fronts d’horloge par Bit, ce qui nous permet de certi-fier la valeur du signal avant de le d´ecoder. Le probl`eme ´etant de pouvoir certicerti-fier que pour l’´emission on aura une horloge permettant d’envoyer un signal `a12M b/s ± 0.25%.

Il faut donc, soit g´en´erer une horloge pr´ecise d`es la r´eception, soit trouver un moyen d’en affiner sa pr´ecision entre la r´eception des informations envoy´ees par l’hˆote et l’´emission de la r´eponse.

Nous allons maintenant nous int´eresser plus en d´etail au protocole d’´echange de donn´ees USB afin de determiner quel seront les possibilit´ees de synchronisations.