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Windows 98平台目前支援四种系统汇流排(system bus)标准,USB和IEEE 1394是「视窗驱动模型(Windows Driver Model;WDM)」支援的新标准;WDM是Windows NT和2000、98内建的驱动程式管理机制,微软已宣称未来的视窗作业系统都将采用WDM。另外两种系统汇流排是PCI和PC Card(PCMCIA),Windows 98和95以VxD的方式支援它们,但是WDM并不支援它们;这是否意谓着微软的新一代作业平台将舍弃PCI和PC Card ?值得周边和PC制造商密切注意。本文将只介绍新一代系统汇流排USB和1394标准的应用特性,以飨读者。
USB简介
它是个外部汇流排标准,可以将具有「随插即用(Plug and Play;PnP)」能力的硬体周边设备(例如:键盘、滑鼠、硬碟等)连接到电脑上,免除必须安装介面卡和重新设定系统设备、重开机的麻烦,只要周边已经连上电脑,USB就会自动侦测和设定系统;这种类似「热插拔(Hot Swap)」的功能,就是当初USB上市吸引众人目光的地方。
在(图一)中,USB的网路允许同时连接的周边最多可以达到127个。它的树状结构网路是由「根路由器(Root Hub)」、路由器和装置(device)构成,装置是最后的节点(Node)或称之为「树叶(leaf)」;这种树状结构最多可以扩展到第五层(Fifth Tier),而每个节点离路由器最远距离是5公尺。图一中有三种USB的构成元件:
《图一 USB连接图》 |
一、Host
也称作Root、Root Tier或Root Hub,被内嵌在主机板上或以介面卡方式安装在电脑内,负责USB汇流排的所有讯号流量控制,也具有一般路由器的功能;电脑Host控制器必须遵守OpenHCI或UHCI标准。
二、Hub
提供通讯埠(Port)给装置使用,以便它们连上USB汇流排。在图一中,Root→Hub→Node等构成的连结,基本上就是USB汇流排的延伸。 Hub负责侦测任何装置的加入(attach)和退出(detach),并且提供加入装置所需的电源;依电源管理的不同,Hub和装置可以分成「汇流排供电」及「本身供电」。本身供电是指Hub的电源来自于外部,而不是来自汇流排,其装置或Hub可以插入汇流排供电的Hub中,但是汇流排供电的Hub最多可以支援4个通讯埠,而1个汇排供电的装置最多只能从Hub上获得100mA。
三、Device
连接到上述通讯埠的装置,可以是Hub或者是一般的周边装置。电脑萤幕一般而言是属于周边装置,但如果它内建有通讯埠,可以外接USB键盘及滑鼠,那么这种萤幕就不只是一般的周边装置,而是Hub。任何USB装置加入USB汇流排时,视窗作业系统都会对此装置做「侦测(Detection)」和「细数(Enumeration)」的程序,以决定使用何种驱动程式驱动它,并且设定识别码和启动它,以备使用者利用软体操作此装置。
USB特性与应用
一、USB应用
利用USB连接到电脑的装置有:监视器、音频I/O装置、电话、数据机(Modem)、扬声器、键盘、滑鼠、网路卡、摇杆(Joystick)、扫瞄器、印表机、窄频视讯装置、数位相机(DSC)、资料搜集装置、数位转换装置等。此外,USB也支援ISDN、数位化PBX、WLAN(IEEE 802.11)及Bluetooth等有线无线通讯装置。
二、USB特性
1.USB接头和接线统一规范
USB清楚地规定了Type A接头给USB Hub使用,Type B接头给USB周边装置使用,而且这两种接头可以是Connector或Socket,但是,Type A和Type B只能「异类相连」,绝不会「同类相连」。因此,使用者不须担心会有用错Cable的困扰,这大幅改善了传统电源线、电话线、RS-232接线及接脚必须跳线或不同对的窘境,也提高了消费者的购买意愿。
2.传输率
USB支援四种资料传输模式:「中断」、「控制」、「整批(BULK)」及「同时(Isochronous)」。 「同时」和「中断」维持频宽和传输率不变,而「整批」和「控制」可自行调整使用最佳频宽,但是10%的汇流排频宽是保留给「整批」和「控制」传输使用的。如果是传送多媒体资料时,必须保证传输率不变,所以应该使用「同时」或「中断」模式。 USB HOST将传输率和传输顺序指定给资料流,USB依照装置所需的频宽提供下列最大传输率:
(1)1.5Mbps:提供给不需要大量频宽的装置,例如:滑鼠、键盘。
(2)12Mbps:属同时传输模式,提供给需要大量频宽的装置,例如:电话、数据机、扬声器、扫瞄器、视讯装置、印表机。
3.支援「随插即用」
在任何时候都可以将USB插入电脑系统。 USB Hub驱动程式「细数」周边装置,并且通知系统有新装置已加入。
4.位址自动设定
USB使用「描述器(descriptors)」来辨识装置和它们的能力及使用的通讯协定。序列号码(S/N)产生PnP ID,埠位址指明装置是连接到那个Hub的通讯埠上,如果装置不提供序列号码,USB就使用该装置埠位址。
5.支授电源管理功能
USB支援三种电源模式:On、Suspend及Off。当装置处于Suspend模式时,它随时可以「清醒」回到On模式,这是类似「省电」或「睡眠」模式。
6.USB驱动介面
USB装置驱动程式(例如:人机介面驱动程式是提供给滑鼠、键盘和摇杆使用的)、USB驱动程式堆叠和USB驱动程式介面是USB驱动介面的组成单元。在Windows 98中,USB驱动介面是归属在WDM内;(图二)是Windows 98的USB驱动程式架构,细分包含下列模组:
《图二 USB驱动程式架构》 |
(1)Usbhub.sys:是USBHub驱动程式,负责细数所有的周边装置。
(2)Usbd.sys:是USB类别驱动程式。
(3)Uhcd.sys:是USB Host控制器的驱动程式(Universal Host Controller Driver)。
(4)Uhcd.sys:Open Host Controller Driver,也是USB Host控制器的驱动程式。
此外,Hidclass.sys是WDM的输入类别驱动程式,负责自「迷你驱动程式(minidriver)」处读取或传送HID资料。 Hidusb.sys是HID装置驱动程式,被安装在人机介面上,可以将滑鼠或键盘等周边装置输出的讯号透过USB传给USB Hub。在周边装置驱动程式和USB驱动程式堆叠之间存在着「USB驱动程式介面(USBDI)」,每当新装置加入时,I/O要求封包(I/O Request Packet)即被传送到USBDI,进入USB驱动程式堆叠,如(图三)所示。
《图三 USB周边装置加入Win98系统产生IRP》 |
IEEE 1394简介
1394汇流排也称作FireWire,可以应用在宽频电脑和其周边上,例如数位录影机(Camcorder)、相机和视讯播放机等;WDM支援1394,并遵守OpenHCI标准。一条1394汇流排最多可以连接63个周边装置,且1394汇流排可以相互连接,使其网路连接的周边装置数量超过64000个,这真是惊人的数目,而1394保证所有周边装置可以平等地撷取频宽,绝不会顾此失彼。 (图四)是IEEE 1394汇流排的接线图,而其四个构成元件分述如下:
《图四 IEEE 1394汇流排接线图》 |
1.装置:连接到汇流排上。 1394周边装置最多不可超过27个,而装置可以串接,最多可串接到16个装置。 Windows 98在开机时即重设(reset)1394汇流排,并分配位址给1394周边装置,之后若加入或退出,Windows 98也会自动侦测,并分配位址或删除位址。
2.分岔器(Splitter):提供额外的1394通讯埠,使1394网路扩张。
3.桥接器(bridge):位在汇流排的特定区域,阻绝资料,讯号到末端装置不会衰减。
IEEE 1394特性与应用
接头
1394接头是自任天堂(Nintendo)Game Boy接头改良来的,其Cable包含两个电源接头和两个TP(Twisted Pairs),TP是用来传收资料用的。
资料传输率
IEEE 1394目前支援三种传输率:S100(98.304Mbps)、S200(196.608Mbps)及S400(393.216Mbps);更高的传输率正在开发当中。不同传输率的周边装置可以串连,传输率将依所连接的周边装置之传输率不同而升降,但是,即使是连到低速装置,传输率会等于该装置的最大传输率,而不会低于它的最大传输率。
1394只支援「同时」和「非同步」传输协定,在同时模式下,传输率是固定的,所以适合多媒体应用。如果在1394汇流排上没有「同时模式」的资料流存在,则「非同步」资料可以被传送;如果有,则「非同步」资料将被延迟传送。
随插即用
1394装置可以随时加入或退出Windows 98系统。
IEEE 1394标准
1394标准目前仍不断被更新中。下列是较重要的几项标准:
1.OpenHCI:电脑Host控制器硬体标准介面,类似IDE,企图借标准化的软硬体规格以扩大市场需求。
2.SBP-2:是一种传输协定(transport protocol),可普遍应用在非常广泛的周边装置上,能使周边装置的开发时程缩短。
3.装置电源管理:中央电源管理机制,标准化的电源控制,结合微软「OnNow」技术,周边制造商可以自行设计出不同的应用例如电玩装置、资讯家电等。
4.「随插即用」参考:有助于解决相容性问题,提供可程式化的ROM软体架构参考资料、汇流排管理,及机构设计等,可令使用者容易操作的设计指南。
上述标准是厂商们务必要遵守的,如果只遵守其中几项,很有可能会产生无法和其它1394装置相容的问题。
USB和1394的比较
USB和1394是应用在不同种类的装置上,如前述,1394是应用在需要宽频的装置上,而USB则应用在传统的窄频装置上,因此在目前消费市场中,USB的名声是比1394响亮多了,毕竟低价者是占绝对优势的。不过长期而言,1394仍是可称雄的。
微软计划将「简易互动PC(Simply Interactive PC;SIPC)」推广到不会使用PC的族群里,在此SIPC中,1394和USB是必备的汇流排,而WDM、OnNow更是不可或缺的。此外,微软也力推一系列的MicroSoft.Net产品,这些产品所使用的汇流排正是1394和USB,而且互不相斥;由此可见微软在网路时代里抢占网路作业系统或IA OS霸主的雄心壮志。 (作者电子信箱:su2b08@ms24.hinet.net)
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