USB：ハードウェア

・Control Read転送

・Control Write転送

・No Data Control転送

・Control Read転送の場合 (デバイス → ホスト)

• (1) セット･アップ･ステージ
  • (1-1) ホストはリクエスト
    (セットアップ･トークン + 8バイトのセットアップ･データ)をデバイスに送信します。
  • (1-2) 60851Dはセットアップトークンをデコードして、8バイトのセットアップデータをセットアップレジスタに格納します 。
  • (1-3) 60851DはホストにACKを送信します
  • (1-4) 60851DはINTR端子をアサートします。
  • (1-5) 割込みステータスレジスタから、割り込み要因を判別します。
  • (1-6) セットアップレジスタをリードして、デコードします。
    セットアップレジスタ
    • * bmRequestレジスタ：8bit (リクエストの特性)
    • * brequestレジスタ ：8bit (リクエストタイプ)
    • * wValueレジスタ(LSB) ：8bit (デバイス･アドレス下位)
    • * wValueレジスタ(MSB) ：8bit (デバイス･アドレス上位)
    • * wIndexレジスタ(LSB) ：8bit
    • * wIndexレジスタ(MSB) ：8bit
    • * wLengthレジスタ(LSB)：8bit (転送バイト数下位)
    • * wLengthレジスタ(MSB)：8bit (転送バイト数上位)
  • (1-7) EP0ステータス･レジスタのD0を"1"にして、セットアップレディ割り込みを解除します。
  • (1-8) セットアップレジスタのデコードして、リクエストに対応するデータを準備します。
  • (1-9) EP0送信パケットレディ割り込みをイネーブルにします。
• (2) データステージ
  • (2-1) 60851DはEP0送信FIFOがMCUからのライトが可能な状態であると判断すると、60851DはEP0送信パケットレディ･ビットを リセットします。
  • (2-2) このとき、EP0送信パケットレディ割り込みがイネーブルであるので、EP0送信割り込みがアサートされます。
  • (2-3 ) 割り込み処理で、EP0送信FIFOにデータをライトします。(このデータ内容はリクエストの種類により異なります)
  • (2-4) FIFOへのライトが完了すると、エンドポイント･パケットレディ･レジスタのEP0送信パケットレディビットをセットします。これで、EP0送信割り込み処理を抜けます。
  • (2-5) ホストから送信されているINトークンをトリガにして、デバイスはEP0送信FIFOからデータを送信します。
    (2-6) ホストはデータを受信すると、デバイスにACKを送信します。
  • (2-7) 60851DがACKを受信すると、エンドポイント･パケットレディ･レジスタのEP0送信パケットレディビットは自動的にリセットされます。
  • (2-8) ここで、ホストへの送信データがある場合は、それぞれの割り込み処理で(2-2)∼(2-7)の処理が実行されます。ホストへの送信データがない場合は、次の処理に進みます。
  • (2-9) ステータス･ステージでACKを返すために、EP0受信パケットレディ割り込みをディセーブルにします。
• (3) ステータス･ステージ
  • (3-1) ホストがOUTトークン+データサイズ0のデータパケットをデバイスに送信します。
  • (3-2) エンドポイント･パケットレディ･レジスタのEP0送信パケットレディビットが"0"である場合、60851Cはデータサイズ0 のデータパケットの受信により、転送終了と判断し、ACKをホストに送信します。
  • (3-3) 60851DはEP0受信パケットレディ割り込み要因が発生します。

・Control Write転送の場合(ホスト→デバイス)

• (1) セット･アップ･ステージ
  • (1-1) ホストはリクエスト(セットアップ･トークン+8バイトのセットアップ･データ)をデバイスに送信します。
  • (1-2) 60851Dはセットアップトークンをデコードして、8バイトのセットアップデータをセットアップレジスタに格納します。
  • (1-3) 60851DはホストにACKを送信します。
  • (1-4) 60851DはINTR端子をアサートします。
  • (1-5) 割込みステータスレジスタから、割り込み要因を判別します。
  • (1-6) MCUはセットアップレジスタをリードして、デコードします。
    セットアップレジスタ
    • * bmRequestレジスタ：8bit (リクエストの特性)
    • * brequestレジスタ ：8bit (リクエストタイプ)
    • * wValueレジスタ(LSB) ：8bit (デバイス･アドレス下位)
    • * wValueレジスタ(MSB) ：8bit (デバイス･アドレス上位)
    • * wIndexレジスタ(LSB) ：8bit
    • * wIndexレジスタ(MSB) ：8bit
    • * wLengthレジスタ(LSB)：8bit (転送バイト数下位)
    • * wLengthレジスタ(MSB)：8bit (転送バイト数上位)
  • (1-7) EP0ステータス･レジスタのD0を"1"にして、セットアップレディ割り込みを解除します。
  • (1-8) セットアップレジスタのデコード結果から、EP0受信パケットレディ割り込みをイネーブルにします
• (2) データステージ
  • (2-1) ホストが送信するOUTトークンをトリガにして、デバイスはOUTトークンに続くデータをEP0受信FIFOに格納して、ACKを ホストに送信します。
  • (2-2) 60851CはEP0受信FIFOへのデータ受信が完了すると、エンドポイント･パケットレディ･レジスタのEP0受信パケットレディに"1"をセットします。このとき、EP0受信パケットレディ割り込みがイネーブルであるので、EP0受信割り込みがアサートされます。
  • (2-3) 割り込み処理により、MCUはEP0受信FIFOからデータをリードします。
  • (2-4) MCUはEP0受信FIFOからのリードが完了すると、エンドポイント･パケットレディ･レジスタのEP0受信パケットレディビ ットに"1"をライトします。このことでEP0の受信準備がされて、EP0受信割り込みの処理を抜けます。
  • (2-5) ホストからのデータ送信があるとMCUが判断した場合、それぞれの割り込み処理により、(2-1)∼(2-4)の処理が実行されます。ホストからのデータ送信が終了したとMCUが判断した場合、(2-6)に進みます。
  • (2-6) EP0受信パケットレディ割り込みをディセーブルにします。
  • (2-7) エンドポイント･パケットレディ･レジスタのEP0受信パケットレディに"1"をセットします。
  • (2-8) デバイスがステータス･ステージでホストに対して正常応答するために、EP0送信パケットレディビットをセットします 。
• (3) ステータス･ステージ
  • (3-1) ホストがINトークンをデバイスに送信します。
  • (3-2) 60851Dはサイズ0のデータ･パケットをホストに送信します。
  • (3-3) ホストはデバイスにACKを送信します。
  • (3-4) 60851DがACKを受信すると、エンドポイント・パケットレディ・レジスタのEP0送信パケットレディが自動的にリセットされます。このACKを受けて、EP0送信パケットレディ割り込み要因が発生します。

・No Data Control転送

• (1) セットアップ・ステージ
  • (1-1) ホストはデバイスにリクエストを送信します。(リクエスト=セットアップトークン+8バイトのセットアップ・データ)
  • (1-2) ML60851Dはセットアップトークンをデコードして、8バイトのセットアップデータをセットアップレジスタに格納します。
  • (1-3) ML60851DはホストにACKを送信します。
  • (1-4) 60851DはINTR端子をアサートします。
  • (1-5) セットアップレジスタをリードして、デコードします。
    セットアップレジスタ
    • * bmRequestレジスタ：8bit (リクエストの特性)
      
    • * brequestレジスタ：8bit (リクエストタイプ)
      
    • * wValueレジスタ(LSB)：8bit (デバイス･アドレス下位)
      
    • * wValueレジスタ(MSB)：8bit (デバイス･アドレス上位)
      
    • * wIndexレジスタ(LSB)：8bit
      
    • * wIndexレジスタ(MSB)：8bit
      
    • * wLengthレジスタ(LSB)：8bit (転送バイト数下位)
      
    • * wLengthレジスタ(MSB)：8bit (転送バイト数上位)
  • (1-6) デコード結果から、EP0送信FIFOにサイズ0のデータ･パケットを準備します。
  • (1-7) EP0ステータス･レジスタのD0を"1"にして、セットアップレディ割り込みを解除します。
  • (1-8) エンドポイント・パケットレディ・レジスタのEP0送信パケットレディをセットします。
  • (1-9) 割り込みイネーブルレジスタのEP0送信パケットレディ割り込みをセットします。
  • (1-10) (1-8)と(1-9)の2つの条件から、EP0送信割り込みがアサートされます。
  • (1-11) EP0送信FIFOにサイズ0のデータをライトします。FIFOへのライトが完了すると、MCUはエンドポイント･パケットレディ･レジスタのEP0送信パケットレディビットをセットします。これで、EP0送信割り込み処理を抜けます。
  • (1-12) EP0送信パケットレディ割り込みをディセーブルにします。
  • (1-13) ステータスステージで正常応答するために、EP0送信パケットレディビットをセットします。
• (2) データ･ステージ
  • No Data Control転送では、データ･ステージはありません。
• (2) ステータス・ステージ
  • (3-1)ホストがINトークンをデバイスに送信します。
  • (3-2)デバイスがデータサイズ0のデータ･パケットをホストに送信します。
  • (3-3)ホストはACKをデバイスに送信します。
  • (3-4)60851DがACKを受信すると、エンドポイント・パケットレディ・レジスタのEP0送信パケットレディが自動的にリセットされます。EP0送信パケットレディ割り込み要因が発生します。

• D0→ "1" のとき Hでアクティブ
• D0→ "0" のとき Lでアクティブ

• (1)　コントロール転送を用いる場合
  • ・ホストからデータを送信する場合には、必ずコントロール転送で送信データサイズを通知する。
  • ・デバイス側は、通知サイズのデータを受け取るようにDMAをセットする。
  • ・もしも、ホストが途中でデータ送信やめる場合には、中止を示すリクエストをコントロール転送で送信する.ここで、DMAをストップする。
• (2) 割り込み転送を用いて、タイマ監視をする場合
  • ・デバイス側で、受信データサイズを割り込み転送でホストに報告する。
  • ・DMAに受信データサイズを設定し、DMAを起動する。同時にタイマ(タイムアウトとして十分に長い時間)を設定する。
  • ・もしも、タイマがタイムアウトしたばあいには、DMAをストップする。
• (3) (1)＋(2)の複合
  • これらの方法を用いれば、データ転送終了を認識することができます。(詳細については、USB仕様10章を参照ください)
    IRP:I/O Request Packetの略.USB仕様上のホストからの要求単位のこと。マニュアル&データシートでは、以下のように書かれています。
    受信バイト数の管理
    データ受信の終了方法は、2通りあります。
    • 1. トータル受信データバイト数が、ペイロードレジスタ(EP1PLD、EP2PLD)に記載されている最大パケットサイズの整数倍でない場合、最後のパケットはショートパケットになります。ショートパケットを受信したら受信終了です。
    • 2. トータル受信データバイト数が、ペイロードレジスタ(EP1PLD、EP2PLD)に記載されている最大パケットサイズの整数倍の場合、別の手段でIRPの終了を取り決める必要があります。

• [1]No Data Control転送の時
  (HOST)SETUPトークン(リクエストエラーが発生する8バイトデータ)
        ↓
• (DEVICE) ACKハンドシェーク
        ↓
• (HOST) INトークン
        ↓
• (DEVICE) NAKハンドシェーク <--デバイスがデータの準備ができていないため
        ↓
• (HOST) INトークン
        ↓
• (DEVICE) STALLハンドシェーク <--リクエストエラーを認識してファームウェアがストールビットをONにした。

• [2]Control Read転送の時
  (HOST)　 SETUPパケット(リクエストエラーが発生する8バイトデータ)
        ↓
• (DEVICE) ACKハンドシェーク
        ↓
• (HOST) INトークン
        ↓
• (DEVICE) NAKハンドシェーク <--デバイスがデータの準備ができていないため
        ↓
• (HOST) INトークン
        ↓
• (DEVICE) STALLハンドシェーク <--リクエストエラーを認識してファームウェアがストールビットをONにした。

• [3]Control Write転送の時
  (HOST)SETUPパケット(リクエストエラーが発生する8バイトデータ)
        ↓
• (DEVICE) ACKハンドシェーク
        ↓
• (HOST) OUTトークン
        ↓
• (HOST) データ･パケット(リクエストエラーが発生するデータ)
        ↓
• ((DEVICE) ACKハンドシェーク
        ↓
• (HOST) OUTトークン
        ↓
• ((HOST) データ･パケット(リクエストエラーが発生するデータ)
        ↓
• (DEVICE) ACKハンドシェーク
        ↓
• (HOST) INトークン
        ↓
• NAKハンドシェーク <--デバイスがデータの準備ができていないため
        ↓
• (HOST) INトークン
        ↓
• (DEVICE) STALLハンドシェーク <--リクエストエラーを認識してファームウェアがストールビットをONにした。

• [アイソクロナスOUT転送]
  前半の256バイト転送
  • [1] ホスト --------------------> FIFOA
    ↓
  • [2] SOF受信
    ↓
    後半の256バイト転送
    前半の256バイト転送
  • [3] ホスト --------------------> FIFOB / FIFOA ------------------> MCU
    ↓
  • [4] SOF受信
    ↓
    後半の256バイト転送
  • [5] FIFOB -------------------------> MCU
    詳細については、ML60852Aのデータシートをごらんください。

• [1]デバイスがサスペンド時、48MHzクロックを止める方法
  この場合、デバイスが48MHzの発振なしでバス動作を再開することはできません。
• [2]デバイスがサスペンド時、48MHzクロックを止めない方法
  この場合は、サスペンドからのレジュームを検出できます。しかし、デバイスがUSB仕様での規定以上の電力を消費してしまいます。
• 上記のような理由で60851Dは、バス電源で使用すると、USB仕様を満足しません。ですので、60851Dをバス電源で使用することはお奨めしません。USBについてのより詳細な情報は、下記のURLを参照ください。
  http://www.usb.org/developers/ - usb-if-Compliance program

• [1]セルフ電源の場合
• [2]バス電源の場合

• [1]セルフ電源の場合
• [2]バス電源の場合

• [1]RESET端子による方法
  MCUがML60851DのRESET端子をアサートする方法です
• [2]Bus RESETによる方法
  USBコネクタを抜くことにより初期化する方法です．D+のプルアップを外して、そのデバイスをUSB Busから切断します。
• [3]ソフト･リセットによる方法
  MCUがML60851Dのシステム制御レジスタ(SYSCON)のD0に"1"をライトすることで行う方法です。
• [1]と[3]は次の理由でお奨めできません。デバイスの状態遷移において、リセットされると前の状態に関係なく、デフォルトの状態になります。よって、リセット実行以前の状態には戻すことはできませんので、再度、何らかの手段でLSIの初期化を行う必要があります。状態遷移の詳細については、USB仕様9.1.1 図9-1を参照ください。

• (1)USBバスが3ms以上アイドル状態
  (=USB仕様でのサスペンド状態．USB仕様7.1.7.4を参照のこと)
• (2)システム制御レジスタ(SYSCON)のパワーダウンモードのビットD1="1"

• (レジューム信号 = Kステート信号 + 低速EOP
• (低速EOP = 2低速ビット時間のSE0.
• (低速の場合、伝送速度は1.5Mbit/sであるので、 2低速ビット時間=(1/1.5[Mbit])*2=1333ns)

• [理由]
  割り込みをイネーブル(有効)にするかどうかは、割り込みイネーブルレジスタ(INTENBL)で設定されます。このレジスタにおいては、各割り込みがビット番号に対応し、各割り込みは互いに独立しています。
  • D7:EP3パケットレディ割り込み
  • D6:サスペンド割り込み
  • D5:USBバスリセット割り込み
  • D4:EP0送信パケットレディ割り込み
  • D3:EP0受信パケットレディ割り込み
  • D2:EP2パケットレディ割り込み
  • D1:EP1パケットレディ割り込み
  • D0:セットアップレディ割り込み

• [セルフ･パワード･デバイス(セルフ電源デバイス)]
  • 発振停止は、省電力化のために使用します。セルフ･パワード･デバイスでは、外部から電力が供給されるので、省電力化のための発振停止は必要ありません。よって、セルフ･パワード･デバイスにおいては、Suspend/Resumeと発振停止は無関係です。
• [バス･パワード・デバイス(バス電源デバイス)]
  • バスパワードデバイスにおいては、サスペンド時の消費電流を500µA以内にしなければならないという規格(USB仕様7.2.3参照)を満たすために、サスペンド時に発振回路を停止させることが必要不可欠になります。また、60851Dはバス･パワード･デバイスとして使用することを前提としていません。
    よって、バス電源で使用することはお奨めしません。状態遷移において、リセットされると前の状態が何であるかに関係なく、デフォルトの状態になります。よって、リセット実行以前の状態には戻すことはできませんので、再度、LSIの初期化を行う必要があります。
• サスペンド(ML60852A)
  • [1]ML60852AはUSBバス上で3ms以上のアイドル状態を検出するとサスペンド割り込みを発生させます。そして、デバイスは保留ステートになります。(USB仕様7.1.7.4を参照ください)
          ↓
  • [2]デバイスは、保留ステートに遷移してから10msの時間内にデバイスの消費電流を500µA以下にする必要があります。(USB仕様7.2.3を参照ください)
          ↓
  • [3]ML60852Aの場合、保留ステートにおいて、システム制御レジスタ(SYSCON)のパワーダウンモード･ビットがD1="1"であるならば、発振が停止します。
          ↓
  • [4]割り込みステータスレジスタ2(INTSTAT2)のデバイス・サスペンデッド・ステート割り込みステータスのビットD3に"1"をライトして割り込み処理を抜けます。
• サスペンド(ML60851D)
  • [1]ML60851DはUSBバス上で3ms以上のアイドル状態を検出するとサスペンド割り込みを発生させます。そして、デバイスは保留ステートになります。(USB仕様7.1.7.4を参照ください)
          ↓
  • [2]デバイスは、保留ステートに遷移してから10msの時間内にデバイスの消費電流を500µA以下にする必要があります。このとき、ML60851Dは発振を停止するなどして、消費電流を500µA以下にします。 (USB仕様7.2.3を参照ください)
          ↓
  • [3]60851Dはサスペンド割り込みが発生するとレジュ―ム信号を受信するまで割り込みが何度も発生することになります。そこで、割り込みイネーブルレジスタ(INTENBL)のD6を"0"にリセットすることで割り込みを禁止します。または、レジュ-ム信号を受信することにより、割り込みを許可します。
• ML60851とML60852の割り込み処理は異なります。図で示すと、下のようになります。
  図のように、ML60851Dはサスペンド割り込みが発生すると、次にレジュ-ム信号を受信するまで、割り込みが発生し続けることになります。
• レジューム(ML60851、ML60852)
  • [1]ML60852はUSBバス上でレジューム信号を検出す0るとアウェイク割り込みを発生させます。データ受信のために、割り込みの発生から30ms程度の時間内にマイコンを起動させる必要があります。(USB仕様7.2.3を参照ください)
    ( 30ms=20ms[再開信号時間min]+10ms[ソフトウェア再開回復時間] )
          ↓
  • [2]割り込みステータスレジスタ2(INTSTAT2)のデバイス・アウェイク・ステート-割り込みステータスのビットD4に "1"をライトして、割り込み処理を抜けます。
  • 

• DMAコントローラはメモリアドレスのみをアドレスバスで指定します。I/O側のFIFOアドレスは指定せず、DACKをチップセレクト代わりに使って転送するI/Oデバイスを選択します。DMAがイネーブルの状態でDACKがアクティブになった時、ML60851/ML60852はFIFOにのみアクセス可能状態となります。ストローブ信号(RD/WR)をアクティブにすることでFIFOのリード/ライトを行うことができます。

• 通常のMCU転送のようにDMAコントローラがメモリとI/Oの両方のアドレスを指定します。その際、CS信号も必要です。デュアルアドレスモードではDACKは使用しません。MCUによる制御とDMAデュアルアドレスモードによる制御は、制御元のデバイスが違うだけで、ML60851/ML60852へのアクセス方法はほぼ同じです。

• [1]シングル転送･シングルアドレスモード
• [2]シングル転送･デュアルアドレスモード
• [3]デマンド転送･シングルアドレスモード
• [4]デマンド転送･デュアルアドレスモード

• ・シングルアドレスモード: 2つのデバイスの片方をDACK信号でアクセスし、もう片方のデバイスをアドレスでアクセスするモード
• ・デュアルアドレスモード: 2つのデバイスともにアドレスでアクセスするモード

• 
• 上図において、「-RAS2L or -RAS2H_」とはどちらか一方を使用するという意味です。

• 
• 上の図は、DRAMの通常モード使用時の接続例です。
  高速モードをサポートすることを想定していません。図では、ML60851DをSH3のメモリ空間エリア4に割り付け、DRAMをメモリ空間エリア2に割り付けた例を示しています。
ML60851DのRD/WRは、SH3がML60851Cをリード/ライトするときに使用されます。

• * -RAS2L or -RAS2H_とは、どちらか一方を使用するという意味です。
• * DRAMではCS相当端子はないのでSH3のCS2は未接続です。

• - Phoenix Technologies
• USB Synthesizable Core
• USB OHCI Host Controller
• - CMD
• PCI-To-USB Controller
• USB-0670/0673