Einfu hrende Betrachtung des USB und Mo glichkeiten der Integration in das Rainbow-Betriebssystem. Georg Gottleuber 23. Juni 2010 Verteilte Systeme
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- Carsten Meinhardt
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1 Einfu hrende Betrachtung des USB und Mo glichkeiten der Integration in das Rainbow-Betriebssystem Georg Gottleuber 23. Juni 2010 Verteilte Systeme
2 Seite 2 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Inhaltsverzeichnis Einführung Logischer Aufbau Protokoll Treibersystem Rainbow
3 Seite 3 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Allgemein USB - Universal Serial Bus 1995 von Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC,... Motivation: günstig, schnell, leicht zu handhaben dynamisch an- und absteckbar selbstidentifizierende Geräte automatische Treiberauswahl und Konfiguration Porterweiterung
4 Seite 4 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Topologie
5 Seite 5 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 USB 1.0 und USB USB 1.0: Definition aller wesentlichen Bestandteile LowSpeed (187,5 KB/s) FullSpeed (1,5 MB/s) 1998 USB 1.1: Beseitigung von Unklarheiten minimal neue Features große Verbreitung
6 Seite 6 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 USB 2.0 (2000) Motivation: mehr Datendurchsatz HighSpeed (60 MB/s) Verkabelung wie bisher (HS benötigt FS-Kabel) volle Abwärtskompatibilität ermöglicht vermischte Topologien
7 Seite 7 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 USB 3.0 (2008) Motivation: mehr Datendurchsatz SuperSpeed (625 MB/s) parallele SuperSpeed-Infrastruktur Kabel u. Buchsen mit 2 neuen Aderpaaren Verschiedene Verbesserungen bis zu 900 ma Strom für Geräte optimiertes Protokoll neues Power-Management Unicast-Kommunikation kein Polling mehr nötig (asynchrones ERDY ) Data-Bursts Scrambling volle Abwärtskompatibilität
8 Seite 8 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Hardware
9 Seite 9 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Logischer Aufbau Zeitunterteilung in 125 µs Microframes (1 ms Frames) Geräte bieten Endpunkte an IN-/OUT-Endpunkte zur Kommunikation Endpunkt Null zur Konfiguration Pipes verbinden Endpunkte mit Host-Software Streampipes: Datentransfers (verschiedene Typen) Messagepipes: Control-Transfers Pipes werden Transfertypen zugeordnet
10 Seite 10 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Logischer Aufbau Transfertypen: Control-Transfers Zweck: Konfiguration, Status, Steuerung Format: Request, Daten, Status Bandbreite: (10%) 20% eines (Micro-)Frames Interrupt-Transfers Zweck: kontinuierliche Wiederholung garantierte Latenz und Bandbreite Isochronous-Transfers Zweck: Video- / Audio-Übertragung garantierte Latenz und Bandbreite keine Übertragungssicherheit (keine Fehlerkorrektur, keine Handshakes)
11 Seite 11 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Logischer Aufbau Transfertypen: Bulk-Transfers Zweck: Datentransfer keine Latenz- oder Bandbreitengarantie (Micro-)Frames werden aufgefüllt Transaktionen: Teilstücke eines Transfers (kleinste Einheit fürs Scheduling)
12 Seite 12 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Logischer Aufbau Transfers Transfer Transaktionen Transaktion T1 Transaktion T2 Transaktion T3 Token Paket Daten Paket Handshake Paket Pakete PID Adresse Endpunkt CRC PID Daten CRC PID Pakete auf USB... SOF T T T1 T T unbenutzt SOF T T2... Start-of-Frame-Paket Transaktionen Zeit Micro-Frame
13 Seite 13 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Protokoll Allgemeine Paketabfolge einer Transaktion: 1. Token-Paket (Host): Typ, Richtung, Endpunkt 2. Daten-Paket (Host oder Gerät): Daten 3. Handshake-Paket (Empfänger): PID USB 3.0 macht Ausnahmen: asynchrone Benachrichtigungen Zusammenfassung von Paketen (Optimierung)
14 Seite 14 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Protokoll - Beispiel Host Host ACK (6) (6) ACK (5) DATA DATA (5) (4) OUT-Token (4) IN-Token ACK (3) (3) ACK (2) DATA DATA (2) (1) OUT-Token (1) IN-Token Gerät OUT-Transfer Gerät IN-Transfer
15 Seite 15 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Protokoll - Polling vs. asynchrone Benachrichtigungen USB 2.0, Polling: 1. Host sendet Anfrage 2. Gerät sendet NAK... (wiederholt sich) 3. Host sendet Anfrage 4. Gerät sendet Daten sobald vorhanden
16 Seite 16 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Protokoll - Polling vs. asynchrone Benachrichtigungen USB 3.0, asynchrones ERDY : 1. Host sendet Anfrage 2. Gerät sendet NRDY... (Host wartet, Gerät kann schlafen) 3. Gerät sendet ERDY (Endpoint Ready) sobald Daten vorhanden 4. Host sendet Anfrage 5. Gerät sendet die Daten
17 Seite 17 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Treibersystem
18 Seite 18 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Rainbow OS Verteiltes Betriebssystem mit... verteiltem Speicher transaktionalen Speicheroperationen einem verteilten Kernel (VK) einem lokalen Kernel (LK) (booten, Interrupts, etc) optimistischer Synchronisation nur bei echtem Konflikt Abbruch eines Tasks
19 Seite 19 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Integration in den lokalen Kernel Aktualisierung durch Polling im VK Problem: Abbruch im VK kann zur Inkonsistenz führen DMA-SmartBuffer USB-Treibersystem nicht zur Laufzeit erweiterbar
20 Seite 20 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Aufteilung auf beide Kernel USBD und Gerätetreiber im VK keine Dummy-Klassen im VK HCD im LK schnelle unkomplizierte Interrupt-Behandlung im LK Abbruchgefährdete Schnittstellen mit DMA-SmartBuffer
21 Seite 21 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Integration in den verteilten Kernel HCD, USBD und Gerätetreiber im VK lokaler Speicher des HCD muss gesichert Interrupt-Behandlung im VK (Statusreg. wird dafür im LK zwischengepuffert )
22 Seite 22 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Auswahl des Ansatzes Gewünschte Systemeigenschaften als Kriterien Hinzufügen von USB-Treibern zur Laufzeit LK so klein wie möglich sauberes Design mit wenig Dummy-Klassen Es wurde die Integration in den verteilten Kernel gewählt.
23 Seite 23 G. Gottleuber USB und Rainbow 23. Juni 2010 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen?
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