ホスト・コントローラ

USB2.0ホスト・コントローラとは、どのようなものですか？

ホスト・コントローラは、接続されるUSBデバイスすべてを制御します。その制御方法はUSBの規格で定義されており、USB2.0ホスト・コントローラは、USB2.0規格すべてを満足した形で、USBデバイスを制御します。

ホスト・コントローラとドライバの関係は？

ホスト・コントローラはUSBデバイスを制御しますが、その制御方法はソフトウエアが決めた一定のルールに従っています。つまり、ソフトウエアで用意された手順書を読みながら、そのとおりに行動して、その結果を手順書にフィードバックするような働きをします。この手順書を管理するソフトウエアがデバイス・ドライバです。ドライバがなければ、ホスト・コントローラは動作しません。

OHCIやEHCIとは、どういうものですか？

ホスト・コントローラとドライバの間で決められた手順(ルール)がHost Controller Interface(HCI)です。OHCI (Open Host Controller Interface) はUSB1.1のホストの規格で定義されており、OHCIのほかにUHCIというものがあります。
EHCI (Enhanced Host Controller Interface) は、USB2.0の規格化とともにIntel社が作成した規格です。当社のホスト・コントローラは、OHCIとEHCIに準拠しています。

NECエレクトロニクス社のUSB2.0ホスト・コントローラの主な仕様は？

USBのポートを5ポートまで用意しています。
各ポートとも、HS(480Mbps), FS(12Mbps), LS(1.5Mbps)の異なるスピードのUSBデバイスを接続できます。
また、EHCIを1つとOHCIを2つ搭載しています。
システム側はPCIバス(PCI2.2規格に準拠)になっており、PCIバスに直結できます。

NECエレクトロニクス社のUSB2.0ホスト・コントローラの特徴は？

uPD720100Aは、世界初のUSB2.0対応ホスト・コントローラです。当初は、USB2.0対応のホスト・コントローラがuPD720100Aしかなかったため、Microsoft社でのXP用ドライバ開発時には、当社のホスト・コントローラが使用されました。
また、その他組み込み系OSベンダでも、ドライバ開発環境のプラットフォームとなっています。さらに、市場に広く普及しているので、周辺機器メーカが、当社製のホスト・コントローラを評価対象としているケースが多く、もっとも問題を起こしにくい標準的なホスト・コントローラと言えます。
また、他社製品と比較して、低消費電力と高い転送能力、小型パッケージも特徴です。

なぜOHCIが2つあるのですか？

ホスト・コントローラは、その下につながるUSBデバイスの管理をします。たくさんのUSBデバイスが接続されると、各デバイスが使用できるバンド幅が制限されます。たとえば、カメラとスピーカを接続した場合、カメラの画像がコマ落ちしたり、スピーカの音声が途切れたりします。この場合、複数のホスト・コントローラに個別に接続すると、ホスト・コントローラとデバイスが1対1になるため、バンド幅を考慮する必要がなくなります。
従来の12Mbpsという低速デバイスを管理するOHCIでは、特にこのバンド幅の調整が必要になるため、当社のホスト・コントローラでは、2つのOHCIを搭載しています。ここで、ポート1, 3, 5はOHCI1で、ポート2, 4はOHCI2で、それぞれ制御されます。

EHCIとOHCIは、どのように切り替わるのですか？

当社のホスト・コントローラは、接続されたデバイスの転送速度を自動認識します。接続前は、EHCIが各ポートの所有者(Owner)です。USBデバイスが接続されると、USB2.0の規格で定義されたシーケンスで、接続されたデバイスの転送速度を自動認識します。
接続されたデバイスがHSなのか、FS/LSなのかをシステムに通知して、FS/LSの場合にはOHCIに切り替えます(実際には、ドライバと共同でこの制御をします)。つまり、接続デバイスを認識して、HSの場合はEHCIが、FS/LSの場合はOHCIが、それぞれポートの所有者になります。

30MHz発振動作と48MHzクロック入力動作は、どのように切り替えるのですか？

ホスト・コントローラによって、次のように仕様が異なります。

	30MHz発振	48MHzクロック入力
uPD720100A	CLKSEL端子＝L	CLKSEL端子＝H
uPD720101	Clock_selビット＝0	Clock_selビット＝1

Clock_selビット：EXT2レジスタのビット5

システム・クロック用に、48MHzの発振子は使用できますか？

いいえ、使用できません。48MHz動作の場合は、外部発振器等からのクロック入力が必要です。

システム・クロック用に、30MHzのセラミック発振子は使用できますか？

いいえ、使用できません。入力クロックには、±500ppmの精度が必要です。当社では、±100ppmの精度の発振子を推奨しており、基本的にセラミック発振子は推奨していません。

未使用ポートは、どのように処理すべきですか？

それぞれ、次のように処理してください。

DPx/DMx	：ロウ・レベル固定
RSDPx/RSDMx	：オープン
PPONx	：オープン(パワー・スイッチ等に接続するVbus制御用端子)
OCIx	：ハイ・レベル固定

INTA、INTB、INTC端子を共通結線すると、問題がありますか？

結線することに問題はありませんが、OHCI1、OHCI2、EHCIの各割り込み要求の出力先を示すPCI Configuration空間のInterrupt Pinの値は、固定値なので変更できません。システム側で、それを考慮する必要があります。

CRUN0端子の使用方法は？

この端子は、PCI Mobile Design Guide Version 1.1で定義されています。おもに、モバイルPC等で、PCIクロックのON/OFFを制御するために使用します。この機能を使用しない場合は、ロウ・レベルに固定してください。

LEGC端子の使用方法は？

この端子は、デスクトップPC等で、USBキーボード・マウスをPS2のキーボード・マウスにエミュレーションするために使用します。この機能を使用しない場合、LEGC端子は使用しませんので、ロウ・レベルに固定してください。

RREF端子に接続される9.1kΩの抵抗は、なぜ±1%の精度が必要なのですか？

RREF端子は、AVSS(R) 端子とともに、内部アナログ回路の基準電圧の生成に使用されます。その精度を上げるため、接続される抵抗には、±1%の精度が要求されます。また、ボード設計でも、これらの端子がノイズの影響を受けないよう、レイアウトに注意する必要があります。詳細は、USB2.0ボード作成ガイド(ユーザ登録はこちら)をご参照ください。

RSDP/RSDM端子に接続される36Ωの抵抗は、なぜ±1%の精度が必要なのですか？

USB2.0の規格では、DP/DM端子を45Ω±10%で終端することになっています。当社のホスト・コントローラは、RSDP/RSDM端子の内部抵抗と外付けの36Ωの抵抗の合計で、この規格を満足するようになっているため、±1%の精度が要求されます。
この抵抗値の精度が低かったり、異なる値を使用したりすると、USBの波形に影響を与える可能性があります。

シリアルROMは必須ですか？

ご使用のシステム・ソフトウエアが、PCI Configuration空間のEXTレジスタにライトできれば、シリアルROMは不要です。
その場合、SRMOD/SRCLK/SRDTA端子はオープンで結構です。
ただし、システム・ソフトウエア(BIOS)から設定できないPCIカードやPCカードのようなシステムでは、シリアルROMが必須です。

パワー・スイッチは必須ですか？

システムに依存します。USB2.0のスペックでは、過電流(Over-current)を検出して、システムに報告することが必要ですが、その手段は問いません。パワー・スイッチを使わずに、ポリヒューズ等で構成する場合もあります。なお、パワー・スイッチは、メーカによって極性が異なりますので、ご注意ください。

AVDDはVDDと分離する必要がありますか？

AVDDは内部アナログ回路用の電源です。したがって、AVDDのノイズを極力低減するため、通常のVDDと分ける必要があります。

ボード・レイアウト上で注意すべき事項は？

USB2.0ボード作成ガイド(ユーザ登録はこちら)をご参照ください。アナログ回路周辺やUSBの差動信号の配線には、特にノイズ対策などの注意が必要です。

uPD720100Aとの違いは？

uPD720101の基本的な回路はuPD720100Aと等価で、安定性を継承しながら、Note PCなどで必要とされる低消費電力、パッケージ小型化の対応をしています(消費電力を約35%削減、12×12mm FPBGAパッケージ)。また、EHCI規格のRev1.0に対応して、転送速度も約20%向上しています。

ポート数を変更できますか？

はい、EXT1レジスタのビット(2:0)で、2〜5ポートを指定できます。

ポートの電源制御を行わない設定は、どのようにするのですか？

EXT1レジスタのビット21を"0"にしてください。

EHCIを使用しない設定は、どのようにするのですか？

EXT2レジスタのビット0を"1"に設定すれば、EHCIをマスクできます。この場合、全ポートがOHCIで制御され、HSデバイスもFSデバイスとして認識されます。