目次

第1章　USBの概要
　1.1　USB規格の特徴
　　　1996年1月　USB 1.0/2000年4月　USB 2.0/2008年11月　USB 3.0
　1.2　USBアーキテクチャ
　　　 USBシステムの構成/USBの通信モデル/エンドポイントの特長/実際の通信
　1.3　転送の種類
　　　コントロール転送/アイソクロナス転送/インタラプト(割り込み)転送/バルク転送
　1.4　USBデバイスの詳細
　　　コンフィグレーション/インターフェース/ファンクション/デフォルト・エンドポイント
　1.5　USBデバイスの状態
　1.6　デバイス・クラス
　1.7　USBホスト
　　　ファンクション・ドライバ/ハブ・ドライバ/ホスト・コントローラ・ドライバ/ホスト・コントローラ
　コラム1-A　ファンクションとデバイスの使い分け

第2章　物理層と論理層の役割
　2.1　5Gbpsを実現する物理層の特徴
　　　差動信号のペアが追加された/全2重通信ができる/ACKを待たずにデータを転送する
　2.2　物理層における処理
　　　符号化方式：8b/10b 変換/クロック再生の精度を上げる/EMI対策/イコライズで高速信号波形を復活させる/LFPS(Low Frequency Periodic Signaling)/レシーバ検出の方法
　2.3　リンク層の役割
　　　パケットのフレーミング/リンク・コマンド/パケットのエラー・チェック，再送処理/フロー・コントロール/リンク・パワー・マネジメント/LTSSM(Link Training Sequence State Machine)
　2.4　プロトコル層のパケット構成
　　　パケットのフォーマット/リンク・マネジメント・パケット/トランザクション・パケット/データ・パケット/アイソクロナス・タイムスタンプ・パケット
　2.5 トランザクションの詳細
　　　エンドポイントの指定方法/フロー制御状態/ショート・パケット/トランザクションの制御/DPの再送処理
　2.6　ストリーム・プロトコル
　　　コントロール転送/割り込み転送/アイソクロナス転送/TPとDPに対するホストとデバイスのレスポンス
　コラム2.A　USB 3.0のトランザクション
　コラム2.B　UAS(USB Attached SCSI)

第3章　デバイスとハブの動作
　3.1　バス・エニュメレーション
　3.2　パワー・マネジメント(電力管理)
　　　パワー・バジェッティング/デバイス・サスペンド/ファンクション・サスペンド
　3.3　リクエストの種類
　　　標準リクエスト/クラス固有リクエスト/ベンダ固有リクエスト
　3.4　標準ディスクリプタの定義
　　　デバイス・ディスクリプタ/BOSディスクリプタ/コンフィグレーション・ディスクリプタ/SuperSpeedエンドポイント・コンパニオン・ディスクリプタ/ストリング・ディスクリプタ
　3.5　ハブの構造
　　　パケット・ルーティング/パケット延期/ハブ・デバイス・クラス

第4章　コネクタとケーブルの形状と特性
　4.1　ケーブルとコネクタの形状
　　　ケーブルの構造/コネクタの構造
　4.2　ケーブルの伝送特性
　　　伝送特性の測定方法/レセプタクルとプラグ・ケーブルに求められる伝送特性/伝送特性の重要性
　4.3　USBインターフェースの機器内配線
　4.4　コネクタ実装のポイント

第5章　リンク層の詳細
　5.1　リンク層の役割
　　　リンク・コマンドの構造と種類/状態遷移と電源管理リンク・コマンド
　5.2　リンク層の状態遷移
　　　正常にデバイスが認識されるフロー/電源管理フロー(U0 → U1)/電源管理フロー(U1 → U0，Recovery経由)
　5.3　パケットの送受信イメージ
　　　デバイスの接続からパケットの送受信まで/送受信パケットの構成/HPとLCWの構造/正常なフロー/HPのCRCエラーの場合/HSEQ#エラーの場合/トランスミット・タイマがタイムアウトの場合/DPのCRC エラーの場合/リンク・コントロール・ワードのDFフラグの使用例
　5.4　リンク層テストの概要
　5.5　リンク層テストの解析例
　　　Pass事例(Test No. 5 Header Packet Framing Test)/Fail事例(Test No.9 PENDING_HP_TIMER Deadline Test)
　コラム5.A　USB 3.0のテスト・ツール ―― Ellisys EX280

第6章　ハードウェア設計
　6.1　USBデバイスのハードウェアの実現方法
　　　USBデバイスの機能ブロック
　6.2　FPGA を使ったビデオ・クラスの実装
　　　FPGAボードの構成/FPGA内部機能のブロック構成/データ制御
　6.3　高速転送を実現するためのデータ・バス設計
　　　性能見積もり/データ・バス設計方法
　コラム6-A　PIPE3 インターフェース
　コラム6-B　AC タイミングを考慮したPIPE3 インターフェース
　コラム6-C　回路化に有利なRGB → YUV 変換計算式

第7章　プリント基板の設計
　7.1　SuperSpeed信号の特徴
　7.2　パターン設計のポイント
　　　差動信号パターン/差動線路間の間隔/差動信号線路の曲げ方/ペア線間の長さを合わせる/ACコンデンサの配置とパターン設計/差動信号とビア/基板絶縁層のガラス繊維の影響/パターン分岐させない
　コラム7-A　ギガビット信号の伝わり方
　コラム7-B　特性インピーダンスとは
　コラム7-C　コモン・モード・フィルタ

第8章　コンプライアンス・テスト
　8.1　コンプライアンス・テストの概要
　8.2　コンプライアンス・テストを行う前に
　　　ノーマティブとインフォマーティブの二つの仕様がある/アイ・ダイアグラムで総合的な評価を行う/許容度限界を同時に判定するマスク・テスト/高速シリアル・インターフェースにおけるジッタは時間間隔エラー/クロック・リカバリの特性を理解する/USB3.0 の測定条件とクロック・リカバリ/ランダム・ジッタとデターミニスティック・ジッタ/コンプライアンス・テスト・パターン/スペクトラム拡散クロッキング/チャネル・トポロジ/レシーバ・テストでのエラー検出
　8.3　計測に必要な測定器
　　　中心的な測定器はオシロスコープ/コンプライアンス・テスト・ソフトウェア/ジッタ解析ソフトウェア/自動統合測定環境/信号ジェネレータ/エラー・ディテクタ/SMAペア・ケーブル/テスト・フィクスチャ
　8.4　トランスミッタ・テストの実際
　　　アイ・ダイアグラム，ジッタ・テスト(TD.1.3)/SSC プロファイル測定(TD.1.4)/LFPSテスト(TD.1.1)/必要な機材と接続，測定の手順
　8.5　レシーバ・テストの実際
　　　ジッタ耐性テスト(TD.1.5)/LFPS テスト(TD1.2)/必要な機材と接続，測定の手順/レシーバ・テストにおける校正/差動信号極性/将来を睨んだテストの必要性
　コラム8-A　データ・レートとその周波数成分
　コラム8-B　コンプライアンス・テストは必要か？ ワークショップとインテグレーターズ・リスト
　コラム8-C　伝送路の高周波損失と信号品質改善技術
　コラム8-D　トランスミッタ測定
　コラム8-E　伝送路チャネル/ イコライザ・シミュレーション
　コラム8-F　サンプリング・オシロスコープ
　コラム8-G　SIGTEST のみによる測定
　コラム8-H　ジッタ・マージン・テスト
　コラム8-I　ループバックBERT
　コラム8-J　レシーバ・ジッタ耐性テストの重要性

　Appendix　ランダム・ジッタとデタミニスティック・ジッタ
　長期間で大きなジッタが発生する可能性があるランダム・ジッタ/トータル・ジッタとデュアル- ディラック・モデル/バスタブ曲線/ビット誤り率測定と信頼度

第9章　USBソフトウェアのしくみ
　9.1　USBのハードウェアとソフトウェア
　9.2　USBのソフトウェア階層
　9.3　パソコン向けUSBホスト・ソフトウェア
　　　WindowsのUSBサポート/LinuxのUSB サポート
　9.4　組み込み向けUSBホスト・ソフトウェア
　　　USBホスト・コントローラとデバイス・コントローラ/組み込みOS のUSB ホスト・サポート
　9.5　USBデバイス・ソフトウェア
　9.6　USBのソフトウェア階層と機能
　　　USB3.0 ホスト・ソフトウェア/USB3.0 デバイス・ソフトウェア
　コラム9-A　IntelチップセットのUSB ポート・サポート
　コラム9-B　PCI Express バスへの対応
　コラム9-C　xHCI レジスタとMMIO 空間レジスタへのアクセス

第10章　USBホスト・コントローラの制御
　10.1　USB3.0 ホスト・コントローラ評価用のシステム構成
　10.2　システムの初期化
　　　PCI Express バスの初期設定/xHC 制御レジスタと初期設定/ホスト・コントローラの初期化シーケンス
　10.3　xHCI のデータ制御構造
　　　リング・データ構造/リング・ポインタ制御/データ転送用TRB(Transfer TRB)/イベント通知用TRB(Event TRB)/コマンド制御用TRB(Command TRB)/そのほかのTRB
　10.4　デバイス認識と転送準備
　　　USB デバイスの認識/ステート遷移/デバイス管理用データ構造体/エニュメレーション処理
　10.5　データ転送
　　　コントロール転送/バルク転送とインタラプト転送/アイソクロナス転送
　10.6　マス・ストレージ・クラス・ドライバとファイル・システム
　　　ファイル・システム(TKSE FAT32ファイル・システム)/マス・ストレージ・クラス・ドライバ

第11章　USBデバイス・コントローラ制御
　11.1　USBデバイス評価システムの構成
　　　評価システムのハードウェア/評価システムのソフトウェア
　11.2　システムの初期化
　11.3　エニュメレーションのシーケンス
　11.4　データ転送
　　　コントロール転送/バルク転送
　11.5　DMA の制御フロー
　11.6　バス・ドライバ制御
　　　ディスクリプタ設定/標準リクエスト処理
　11.7　クラス・ドライバ制御
　　　マス・ストレージ・クラス・ドライバ/ビデオ・クラス・ドライバ
　11.8　USB1.1/2.0 規格との互換性
　11.9　性能向上のポイント