ホストコントローラはデバイスの接続を待たなければ どこにも通信できません。 デバイスの接続は接続検出レジスタ DETAR の変化を待ちます。
接続検出レジスタの変化は割り込みで待つこともでき ます。
割り込みレジスタ IR に対して次の操作を行います。
リセット後のホストコントローラの初期化は割り込み の設定くらいです。
デバイスが接続されたときアドレス0のエンドポイント 番号0にコントロール転送で通信が可能になっています 。
ホストは新しくデバイスが接続されたときにはデバイ スと通信して0以外のアドレスを割り当て、 構成 を設定しなくてはなりません。
構成 は USB ではコンフィギュレーションと言われています 。 デバイスは通信仕様をいくつも持つことができるよう になっていますが、それらを構成と言い、そのどれか を選択して構成を設定します。これを「デバイスの構 成を完了する」などと言います。
アドレスを割り当てたり構成を設定したりするにはデ バイスに対してデバイスリクエストを発行します。
デバイスがデバイスリクエストを認識するのはToken パケットにSETUPが使われたときです。 TokenにSETUPが使えるのはコントロール転送に限られ ています。
デバイスの構成を設定するにはデバイスの持っている 構成をホストが調査する必要がありますがこれもデバ イスリクエストを使ってデバイスから読み出します。
デバイスが接続されたときにホストは次のことを行い ます。
これらはホストコントローラで自動的に行われません のでプロセッサがホストコントローラを操作して行い ます。
デバイスリクエスト を発行するには Token にSETUPパケットを使うので コントロール転送 で通信します。 デバイスリクエスト専用の通信方法と言えると思いま す。
コントロール転送は3種類のトランザクションから成り ますが、それぞれは性質が異なるためそれぞれにプロ セッサが関与します。
デバイスの接続後にはデバイスの情報を読み取るため にデバイスリクエストの GetDescriptor を発行します。
通信は次の順番で行います。
Dataパケットの内容に デバイスリクエスト が入ります。
ホストコントローラの通信を実行する直前までの操作 は次のようになります。
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 80h | 6 | 0 | 1 | 0 | 0 | 8 | 0 |
通信要求レジスタのビット0に1を書き込んでチャネル Aのトランザクションをホストコントローラに要求しま す。
この後のセットアップステージのトランザクションの 開始から終了までをコントローラが自動的に実行しま す。
チャネルAのトランザクションの終了は通信済みレジス タRDYRのビット0を1にして示されます。 割り込みが有効になっていれば割り込みで待つことも できます。 トランザクション終了の割り込みはマスクできない割 り込みです。
セットアップステージのトランザクションの結果は正 常に終了した場合はACKです。 デバイスはデータに問題があった場合は本ステージで は応答してはならないことになっているのでホストコ ントローラはHandshakeパケットを待ってタイムアウト になります。
トランザクションの終了時には通信要求レジスタ REQRのビット0は0になりチャネルAの要求は解 除されます。
トランザクションが成功した場合は次のデータステー ジに移ります。 失敗した場合は通信要求レジスタREQRのビット 0を1にするとチャネルAの通信を要求できます。 トランザクションの再送を試みるかどうかはプロセッ サのプログラムの判断によります。
通信は次の順番で行います。
| リクエスト | Token | データ数 | 内容 |
|---|---|---|---|
| GetDescriptor | IN | リクエストに指定 | ディスクリプタ |
| GetConfiguration | IN | 1 | 構成値 |
| GetInterface | IN | 1 | 代替値 |
| GetStatus | IN | 2 | |
| SetDescriptor | OUT | リクエストに指定 | ディスクリプタ |
| Syncframe | OUT | 2 | フレーム番号 |
データステージを使うのは表のデバイスリクエストで す。
これ以外のデバイスリクエストではTokenにINを送って ステータスステージに入ります。
セットアップステージで行った設定が残っていること を前提にした操作です。
ステータスステージに移ります。
通信要求レジスタのビット0に1を書き込んでチャネル Aのトランザクションをホストコントローラに要求しま す。
トランザクションの実行はセットアップステージの場 合と同じです。
デバイスに送るデータが残っている場合には該当チャ ネルのメモリの内容の更新とデータ位置を0にして実行 を繰り返します。
すべてのデータを送り終わったときはステータスステ ージに移ります。
デバイスが送ったDataパケットのデータ数はポイント レジスタ POINTL , POINTH に示します 。
データ数が0のDataパケットを受け取ったらステータス ステージです。 ここでコントロール転送は完了します。
データ数が0以上のDataパケットを受け取ったら該当チ ャネルのメモリ位置を0にしてデータを読み出してから またデータ位置を0にして実行を繰り返します。
ステータスステージはデータステージのトランザクシ ョンのDataパケットのデータ数が0であることで認識さ れます。
ステータスステージを開始するのはDataパケットの送 り側になります。
ホストコントローラがトランザクションの前にステー タスステージを知ることはないのでデータステージの 場合 と同じです。
チャネル設定レジスタ2 CHR2 のIOを0にして TokenにINを選択します。
通信要求レジスタのビット0に1を書き込んでチャネル Aのトランザクションをホストコントローラに要求しま す。
トランザクションの実行はセットアップステージの場 合と同じです。
デバイスの情報はコントロール転送のデバイスリクエ ストを使って読み出します。
接続されたデバイスが何であるかを知るのは デバイスディスクリプタ によってです。
デバイスの基本的な情報が置いてあります。 通信の設定に関係のあるものは次のものがあります。
エンドポイント0は接続後にすぐ通信できるためエンド ポイントディスクリプタがありません、ホストからエ ンドポイント0に送る場合のDataパケットの最大値はこ こで分かります。
デバイスは構成を完了してから使いますがその構成の 選択できる数が示されています。
デバイスディスクリプタを読み取るにはデバイスリク エストのGetDescriptorを使います。
2番目にディスクリプタの番号を3番目にディスクリプ タの 形式 を指定します。 デバイスディスクリプタの大きさは18バイトに決まっ ているのでこれを6番目と7番目の2バイトで指定します 。 2バイトで数値を指定する場合は下位バイトを先に上位 バイトを後にします。
1番のコンフィギュレーションディスクリプタを読むデ バイスリクエストは次のようなデータ列になります。
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 80h | 6 | 1 | 1 | 0 | 0 | 18 | 0 |
デバイスの構成を決める情報を得 るために コンフィギュレーションディスクリプタ を読み出します。
構成とはエンドポイントの特性を決めるときの選択肢 のことです。 選択肢の数はデバイスディスクリプタの bNumConfigurations に示されます。
エンドポイントの特性はエンドポイントディスクリプ タにまとめられています。
エンドポイントディスクリプタはインターフェースデ ィスクリプタにまとめられています。
インターフェースディスクリプタはコンフィギュレー ションディスクリプタにまとめられています。
まとめられていると言ってもインターフェースディス
クリプタはエンドポイントディスクリプタの見出しの
ようなものです。
コンフィギュレーションディスクリプタもインターフ
ェースディスクリプタの見出しのようなものです。
bNumInterfaceでコンフィギュレーションの持 つインターフェースの数が示されます。
構成を示す主要なディスリプタは次の3種類です。
デバイスリクエストGetDescriptorで読み出せ るディスクリプタはコンフィギュレーションディスク リプタだけです。
インターフェースディスクリプタとその配下のエンド ポイントディスクリプタは図のようにコンフィギュレ ーションディスクリプタに続いています。
コンフィギュレーションディスクリプタの「本構成の 全ディスクリプタのバイト数」のwTotalLength に構成の全長が示されています。
構成を示すディスクリプタは図のような木構造になっ ています。
エンドポイントディスクリプタは実体の内容を記述し たものですがインタフェースディスクリプタやコンフ ィギュレーションディスクリプタはエンドポイントの 情報をたどるためにあります。
構成を読み取るには2段階のデバイスリクエストの発行 が必要です。
1番のコンフィギュレーションディスリプタを読み出す データ列です。 コンフィギュレーションディスリプタは9バイトです。
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 80h | 6 | 1 | 2 | 0 | 0 | 9 | 0 |
2番のコンフィギュレーションディスリプタを読み出す データ列です。 コンフィギュレーションディスリプタを含んで構成の 全体をwTotalLengthのバイト数で読み出します 。
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 80h | 6 | 1 | 2 | 0 | 0 | wTotalLength | |
上のデバイスリクエストで構成の全体を示すコンフィ ギュレーションディスクリプタとインターフェースデ ィスクリプタとエンドポイントディスクリプタが読み 出されます。
読み出した構成のデータ中のディスクリプタの位置は 次のことで探索できます。
プロセッサは構成の情報から求めるエンドポイントの ディスクリプタを読み出してホストコントローラのチ ャネル設定レジスタの設定値の根拠とします。
通信に必要な情報はエンドポイントディスクリプタに あります。 この上位にあるディスクリプタはエンドポイントディ スクリプタをたどるためにあります。 この頭にあるのがコンフィギュレーションディスクリ プタです。
インターフェースディスクリプタ は中間にあるのですがこれを介在させる理由は代替値 にあります。 インターフェースの代替値を変えることで全体の構成 を変えなくてもそのインタフェースの配下にあるエン ドポイントをデバイスが予め準備した別の設定で使う ことができます。
インターフェースディスクリプタは個別にデバイスリ クエストで読み出すことはできません。 コンフィギュレーションディスクリプタの全体構成の 一部として読み出されます。
デバイスがエンドポイントをいくつかの使い方ができ るように作っていてホストにそれを選択できるように 公開していればひとつのエンドポイントは複数の使い 方に違いのあるエンドポイントディスクリプタを持っ ています。
同一の構成中にある違う値の代替値を持つ同じ番号の インターフェースディスクリプタは代替値を切り替え ることでエンドポイントの使い方を変えることを実現 するために同じエンドポイントに違う使い方を記述し たエンドポイントディスクリプタを持っています。
エンドポイントディスクリプタ は構成の最も下位にあってエンドポイントの使い方の 情報を記述してあります。
ディスクリプタによって示されるエンドポイントの情 報は次のものです。
エンドポイントディスクリプタは個別にデバイスリク エストで読み出すことはできません。 コンフィギュレーションディスクリプタの全体構成の 一部として読み出されます。
| パケット | バイト数 | 時間(us) | |
|---|---|---|---|
| 1.5Mbps | 12Mbps | ||
| Token | 4 | 21.44 | 2.66 |
| Handshake | 2 | 10.72 | 1.33 |
| Data | 4+8 | 64.32 | 7.97 |
| 4+16 | - | 13.28 | |
| 4+32 | - | 23.90 | |
| 4+64 | - | 45.15 | |
| 4+1023 | - | 679.27 | |
| 1バイト | 5.36 | 0.664 | |
フレームをセグメントに分割してチャネルを割り付け る単位としています。 フレームは1msの時間に固定されているので表の時間を 参考にして時間内に納まるようにチャネルを収容しま す。
ひとつのセグメントではひとつの通信単位を実行しま す。 通信単位はトランザクションで Token → Data → Handshake の3パケットを通信します。
図のようにセグメント0にチャネルDを割り当てるとSOF の直後にトランザクションを実行します。
セグメント4から7はチャネルの割り当てがなく空なの で通信は行われません。
セグメントにチャネルが割り当てられていても通信要 求レジスタREQRの該当のビットが1になってい ないと通信は実行されません。
ホストコントローラは要求のあったチャネルのセグメ ントのトランザクションを自動的に実行しますが時間 の管理まで行っていないのでホストプロセッサは実行 されるチャネルのトランザクションの全時間がフレー ム内の1ms以内に納まるように予定します。
エンドポイントの特性に合わせて チャネルレジスタ を設定しておきます。
受信データ数はポイントレジスタに示します。
次のデータをホストコントローラの該当チャネルのメ モリに書き込んで通信要求レジスタREQRの該当 チャネルのビットを1にします。
次のデータがない場合またはホスト側が時間をあけた い場合は通信要求レジスタREQRの操作をしませ ん。 (該当チャネルのビットを1にしないことです。)
現在のデータはそのままで通信要求レジスタREQR の該当チャネルのビットを1にします。
NAKが連続する場合は再送を繰り返せますがホストプロ セッサ判断で通信を停止することもできます。 この場合は通信要求レジスタREQRを操作しませ ん。
通信の再開はホストプロセッサの判断によります。
再送を繰り返せますがホストプロセッサ判断で通信を 停止することもできます。 この場合は通信要求レジスタREQRを操作しませ ん。
通信の再開はホストプロセッサの判断によります。
再送を繰り返せますがホストプロセッサ判断で通信を 停止することもできます。 この場合は通信要求レジスタREQRを操作しませ ん。
通信の再開はホストプロセッサの判断によります。
USBの仕様では最多の頻度でもひとつのエンドポイント は1フレームに1回のトランザクションを受けるのを上 限として前提にしているようです。 バルク転送以外では仕様で1フレームに2回以上のトラ ンザクションは置けません。 バルク転送でも設定上は可能ですが当方ではUSBでは1 フレームに1回のトランザクションが上限と理解してい ます。 当方のホストコントローラとデバイスコントローラが バルク転送のチャネルにセグメントを2個以上割り当て て1フレームに2回以上のトランザクションがあるのは 何の問題もありません。