بافرهاي داده USB

كنترلر USB ، بايد بافرهايي براي ذخيره داده‌هايي كه دريافت مي‌كند يا داده‌هايي كه آماده فرستادن روي باس هستند، داشته باشد. بعضي از تراشه‌ها مانند NET2888 محصول NetChip ، از رجيسترهاي به عنوان بافر استفاده مي‌شكند. در حالي كه برخي ديگر ، از جمله EZ-USB شركت سيپرس [1] از بخشي از حافظه داده به عنوان بافر بهره مي‌برند.

رجيسترهايي كه داده‌هاي رسيده يا منتقل شده را نگهداري مي‌كنند، عموماً داراي ساختار FIFO (اولين ورودي، اولين خروجي) هستند. در هر خواندن از يك FIFO ، بايتي كه بيشتر از همه در حافظه بوده است بازگردانده مي‌شود. با هر نوشتن به روي FIFO ، بايت بعد از همه بايت‌هايي كه در FIFO، محلي را كه داده بعدي در ن قرار دارد  نشان مي‌دهد.

در تراشه‌هاي ديگر، مثل سري enCore شركت سيپرس، بافرهاي USB در حافظه داده جاسازي شده‌اند و برنامه تراشه هر موقعيت را براي نوشتن يا خواندن از آن انتخاب مي‌كند و اشاره‌گري كه به طور  خودكار افزايش يابد تا محل دادة بعدي را مشخص كند. وجود ندارد. بايت‌هاي درون بافر فرستنده USB از پايين‌ترين آدرس به بالاترين آدرس نوشته مي‌شوند و بايت‌هاي بافر دريافت به ترتيب رسيدن، از پايين‌ترين آدرس به بالاترين آدرس ذخيره مي‌گردند. اين بافرها ساختار FIFO ندارند ولي گاهي با اين نام خوانده مي‌شوند.

براي ايجاد انتقالهاي سريعتر، بعضي از تراشه‌ها دو بافر دارند و قادرند دو مجموعه كامل داده در هر جهت را ذخيره كنند. در حالي كه يك بلاك داده انتقال مي يابد، برنامه تراشه مي‌تواند بلاك داده بعدي را به بافر ديگر بنويسد. به طوري كه اين بلاك تا وقتي كه بلاك اول فرستاده مي‌شود آماده انتقال مي‌گردد. در جهت دريافت نيز. بافر اضافي ما را قادر مي‌سازد قبل از كامل شدن پردازش داده بر روي ترنزكشن قبلي توسط برنامه تراشه، ترنزكشن بعدي دريافت شود. سخت‌افزار به صورت خودكار بين اين دو بافر سئويچ مي‌كند.

CPU

واحد پردازش مركزي (CPU) يك تراشه كنترلي USB ، با اجراي دستورات كدهايي كه در تراشه ذخيره شده است، فعاليتهايي تراشه را كنترل مي‌كند. هر CPU از مجموعه دستوراتي پشتيباني مي‌كند كه شامل دستورات زبان ماشين براي انتقال داده، انجام عملوندهاي منطقي، و پرشهاي برنامه مي باشند. اين مجموعه دستورات همچنين CPU را قادر مي‌‌سازد كه با SIE ارتباط برقرار كند. CPU ممكن است ساختاري بر اساس يك ميكروكنترلر عمومي مانند 8051 داشته باشد يا اينكه فقط به صورت ويژه براي استفاده در دستگاههاي USB طراحي شده باشد.

تراشه‌هايي كه cpu ندارند ممكن است مجموعه دستوراتي وابسته به ارتباطهاي USB داشته باشند يا فقط از يك سري رجيستر براي ذخيره داده‌هاي USB و اطلاعات پيكربندي استفاده كنند. اين تراشه‌ها مسيري را براي اضافه كردن قابليتهاي USB به هر ميكروكنترلر خارجي ايجاد مي كنند.

حافظه برنامه

حافظه برنامه كدهايي را كه CPU اجرا مي‌كند نگهداري مي‌كند. اين حافظه ممكن است روي تراشه CPU يا تراشه‌اي مجزا باشد.

حافظه برنامه ممكن است از هر نوع حافظه‌اي استفاده كند: Flash EPRON, EEROM, EPOM, ROM يا RAM. همه اين حافظه‌ها بجز RAM (بدون باتري)، هميشگي هستند. آنها داده هاي نوشته شده را به صورت دائم نگهداري مي كنند. مقداري اين حافظه‌هاي برنامه ممكن است  حدود كيكلوبايت يا بيشتر باشد. اما تراشه‌هايي كه از حافظه‌هاي خارجي استفاده مي‌كنند امكان دارد محدوده‌اي در حد مگا بايت را نيز پشتيباني كنند.

نام ديگر كدهاي ذخيره شده در حافظه برنامه، برنامه تراشه است، كه مشخص مي‌كند حافظه از نوع هميشگي بوده و مانند ram نميتوان به راحتي آنها  را ويرايش كرد و دوباره بر روي ديسك ذخيره نمود. در اين كتاب، از عبارت برنامة تراشه در مورد كدهاي برنامه كنترلر استفاده مي شود، با وجود اينكه اين كدهاي ممكن است بر روي انواع حافظه‌هاي هميشگي و يا غير هميشگي ذخيره شوند

ROM  (حافظه فقط خواندني) بايد در كارخانه برنامه‌نويسي شود و قابل پاك كردن نبست. اين حافظه فقط براي توليد انبوه كاربرد دارد.

EPROM ( ROM قابل برنامه‌ريزي و پاك شدن) قابل برنامه‌ريزي توسط كاربر است. بسياري از تراشه‌ها سخت‌افزار و نرم افزار برنامه‌نويسي ارزان دارند. براي پاك كردن EPROM، تراشه را در پاك كننده EPROM قرار مي‌دهيد، در اين دستگاه مدارهاي تراشه زير تابش اشعه ماوراي بنفش قرار مي‌گيرند. پاك شدن حدود 10 تا 30 دقيقه طول خواهد كشيد. سپس تراشه آماده خواهد بود تا دوباره برنامه‌ريزي شود. در اطلاعات فني اين تراشه ها به ندرت به تعداد دفعات ممكن پاك شده اشاره مي‌شود. اما اين مقدار حدوداً 100 مي‌باشد.

OTP PROM ها ارزانتر هستند . ساختار آنها شبيه به EPROM ها مي‌باشد و مانند آنها برنامه‌‌ريزي مي‌شوند. تفاوتشان اين است كه اين تراشه‌ها پنجره‌هاي كوارتز براي پاك كردن ندارند. اين حافظه بيشتر در محصولات نهايي استفاده مي شوند. بسياري از CPU ها هر دو نوع حافظه EPROM و OTP PROM را دارا هستند.

Flash EPROM ها حافظه‌هايي با تكنولوژي جديد هستند كه قابل پاك شدن به طريقه الكتريكي مي باشند و احتياج  به اشعه ماوراي بنفش ندارند و معمولاً به ولتاژ برنامه‌ريزي خاص مورد نياز برخي از EPROM ها احتياج ندارند. Flash EPROM هاي موجود قادرند حدود 000/100 بار پاك شده و دوباره برنامه‌ريزي شوند.

EEPROM (‍‍PROM هاي قابل پاك شدن به طريقه الكتريكي) نيز به ماوراي بنفش و ولتاژ ويژه برنامه‌ريزي كه EPROM ها نياز دارند. احتياج ندارد. EEPROM ها زمان دسترسي طولانيتري نسبت به Flash EPROM دارند. EEPROM ها با هر دو مدار واسط موازي كه توسط EPROMها و Flsh EPROM ها استفاده مي‌شود و واسط سريال كه در ميكروواير، c 2 I و spi كاربرد دارد، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. EEPROM‌هاي سريال براي ذخيره مقدار دادة كمي كه گهگاه تغيير مي‌يابند از جمله داده‌هاي پيكربندي، شماره مشخصه‌هاي محصول  و فروشنده مناسب است. EEPROM هاي موجود حدود 10 ميليون بار مي توانند پاك شده و دوباره برنامه‌ريزي شوند.

RAM  (حافظه با دسترسي تصادفي) مي‌توانند به صورت نامحدود پاك و نوشته شود، اما داده‌ها پس از خاموش شدن تراشه از دست مي‌روند. براين اساس براي استفاده از RAM بايد در هر بار بالا آمدن، كدها از كامپيوتر به تراشه بارگذاري شود. EZ-USB شركت سيپرس براي ذخيره كدهاي برنامه از RAM استفاده مي كند و سخت‌افزار ويژه و راه‌اندازي دارد كه در هنگام اتصال تراشه، برنامه را در آن بارگذاري مي‌نمايد. همة CPU‌ها مي توانند از حافظة برنامه RAM با پشتيباني باتري به منظور ذخيره كدهاي برنامه خود استفاده كنند. زمان دسترسي به RAM زياد است.