ＶＨＤＬを速習！ ＸＣ９５１４４ＸＬ＋１６ＭＢ・ＳＩＭＭを使ってＵＳＢプロトコルアナライザを作ってしまいました！
主目的は差し迫った事情からＵＳＢプロトコルの解析をすることだったのですが、その手段として選んだのがコレ！
［第１３回］
●ＵＳＢ信号について
プロトコル解析の説明の途中ですけれど、ここでＵＳＢ信号について一通りの説明をしておきたいと思います。
ＵＳＢデータは８ビットのデータをパラレルからシリアルに変換して、ビットストリームとして送られます。
そこのところは２３２Ｃなどと同じです。
ただ２３２Ｃと違ってスタートビットやストップビットは付加されません。
８ビットのデータだけを連続して送ります。
ただし後で説明しますがシリアル変換したものをそのまま送るのではなくて、あるルールで変調してから送ります。
データ伝送クロックはモードによって異なりますが、ＮＤ８０ＺⅢ（ＮＤ８０Ｚ３．５）ではフルスピード（１２ＭＨｚ）のクロックで伝送を行います。
なおＵＳＢ２．０規格では、そのほかにロースピード（１．５ＭＨｚ）とハイスピート（４８０ＭＨｚ）があります。
１２ＭＨｚというのは２３２Ｃなどと比べるとべらぼうな速度で、しかもそれをスタートビットもストップビットもつけないで送るというのですから、昔を知るものにとっては、それで本当に大丈夫なの？と、つい聞きたくなってしまいます。
しかも２３２Ｃは±１０Ｖ程度の電圧で送受信したものでしたがＵＳＢはなんと３Ｖです。
それだけに当然制約もきびしくてケーブルはツイストペアシールド線で最長５ｍとされています。
それにしても技術の進歩というのは目覚しいといいますか、すさまじいものがあります。
まさに隔世の感とはこういうことを言うのでありましょう。
●ＮＲＺＩ変調
そのような仕様ですので、当然信号そのものにも誤りを防止する工夫がほどこされています。
８ビットのパラレルデータをシリアルに変換したあとの信号は伝送中の誤りを防ぐためにビットごとにデータ変換を行ないます。
ＮＲＺＩ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）というちょいとややこしい変換です。
インターネットで検索すると説明がでてきますが、かえって分かりにくいものがよくあります。
もとの意味はともかくとして、ことＵＳＢ信号に限って解釈するには、「トランジスタ技術」２０００年６月号Ｐ．１８５の解説がとても分かりやすいと思います。
そのまま引用しますと、「ビット列で’０’のときはその直前の信号の状態を反転し、’１’のときは前の状態を維持する」方式です。
例として４１Ｈというデータで考えます。
シリアルに変換すると１０００００１０というビットデータ列になります。
Ｄ０が先頭でＤ７が最後に送出されます。
信号の流れは左から右に流れるように描くことが多く、グラフなどでも時刻ｔは左から右に進むように描きます。
ですので普通の８ビットのデータをビット表現で表記するのとは逆になりますが、ここではＤ０が左でＤ７が右であるように表記します。
この変換方式は直前の信号の状態によって、変換後の値が変わります。
仮に直前の信号の状態が’１’であるとして変換をしてみます。
Ｄ０は’１’ですから、信号の状態は変わりません。変換後も’１’です。
Ｄ１は’０’ですから、変換後の信号の状態は’１’から’０’に変わります。
Ｄ２は’０’ですから、変換後の信号の状態は’０’から’１’に変わります。
Ｄ３は’０’ですから、変換後の信号の状態は’１’から’０’に変わります。
Ｄ４は’０’ですから、変換後の信号の状態は’０’から’１’に変わります。
Ｄ５は’０’ですから、変換後の信号の状態は’１’から’０’に変わります。
Ｄ６は’１’ですから、信号の状態は変わりません。変換後も’０’です。
Ｄ７は’０’ですから、変換後の信号の状態は’０’から’１’に変わります。
以上のことから、ＮＲＺＩ変換後の値は１０１０１００１になります。
問題はこのような変換を行なってから送信されてくるデータを受信側では変換前の値に戻さなければならないということです。
これはソフト的に考えると、どうやるんじゃいと戸惑ってしまいますが、実は簡単な回路を実装することでもとのデータに戻すことができます。
●復調回路
これも「トランジスタ技術」２０００年６月号Ｐ．１８５からそのままの引用です。
ＵＳＢラインでホストから送られてくるＮＲＺＩ変調された信号を上図のＩＮに入力します。
図のように７４ＨＣ７４型のＤ－ＦＦを２段通します。
ここは２ビットのシフトレジスタと考えることができます。
１クロック前の信号が後段のゲートのＡに、次の信号がＢに入力されます。
後段のゲートはＥｘｃｌｕｓｉｖｅ Ｎｏｒです。
Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ Ｏｒ（７４ＨＣ８６）の出力を反転したタイプ（７４ＨＣ２６６）です。
ゲートの下に示したのがＥｘｃｌｕｓｉｖｅ Ｎｏｒの真理図です。
Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ Ｏｒ（排他的論理和）とは結果が逆になります。
ＯＵＴからは復調されたもとのデータが得られます。
ここでの考え方のポイントは、送られてくる信号の１、０に関係なく、先の信号と後の信号が一致（つまり変化なし）ならば、もとの信号は１で、不一致（つまり変化あり）ならばもとの信号は０ということです。
この回路は７４ＨＣ７４と７４ＨＣ２６６（または７４ＨＣ８６＋７４ＨＣ０４）を使って簡単に作ることができますが、今回はどうせＣＰＬＤを使うのですから、ＣＰＬＤ内に作ってしまいました。
前回お見せしたバイナリデータは、上記の回路を通してもとのデータに復調したあとのものです。
ＣＰＬＤ＋ＳＩＭＭを使ってＵＳＢプロトコルの解析を！［第１３回］
２０１４．２．１１ｕｐｌｏａｄ
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