●パイプとフレームとトランザクション（どのような関係なのか？）
前回までのところで、ＵＳＢでデータを送受信するときは、トランザクションという「組」が単位になって行われる、という説明をしました。
ＵＳＢ通信での信号の最小の構成単位（構成要素）はパケットです。
トランザクションは、トークンパケットとデータパケットとハンドシェイクパケットから構成されます。
トークンパケットはこれからデータを送出するか、またはデータを読み込むか、ということを、端末に伝えるために、ホスト（パソコン）から出力されます。
次のデータパケットは、データを含む中核になるパケットです。
ＯＵＴトランザクションのときは、トークンパケットに続いてホストからデータパケットが出力されますが、ＩＮトランザクションでは、トークンパケットの出力によって指定された端末から、ホストに向けてデータパケットが出力されます。
最後のハンドシェイクパケットはデータが正しく受信されたかどうかを、受信側から送信側に向けて出力されます。
受信が成功したときはＡＣＫが、失敗したときはＮＡＫが返されます。
ＯＵＴトランザクションでは、ホストがデータパケットを出力しますから、ハンドシェイクパケットは端末側が出力します。
ＩＮトランザクションは、端末がデータパケットを出力しますから、ハンドシェイクパケットはホストが出力します。
このトランザクションはＵＳＢ信号として、勝手に送られるのではなくて、フレームというまとまりの中で送られます。
フレームは１ｍｓごとにＳＯＦ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｆｒａｍｅ）パケットによって開始されます。
フレームの終わり（ＥＯＦ。Ｅｎｄ Ｏｆ Ｆｒａｍｅ）もあるのですが、こちらはパケットではなくて、特殊な信号パルスになっています。
トランザクション（おもにデータトランザクション）は、その１ｍｓごとのフレームに乗せられるかたちで運ばれます。
ところで、今度は、そのフレームとパイプはどのような関係になるのか、ということについて考えてみたいと思います。
データはトランザクション（データトランザクション）という形にまとめられて、フレームに乗せられて運ばれる、ということを説明しました。
フレームは１ｍｓごとに送られます。
そして、ＨＩＤのインタラプトデータ転送の場合、１つのデータトランザクションには最大でも６４バイトのデータしか入れられません、ということも、前に説明をしました。
一方で、ホストとＵＳＢ端末とは、パイプという仮想的な伝送路を使って、データトランザクションを送る、というようにも説明をしました。
そうすると、いったいフレームとパイプとはどのような関係になるのでしょうか。
あまりよいたとえではないかも知れませんが。
駅のホームで電車を待つ人の列を考えてみたらどうでしょうか。
その列がパイプの送信側部分に相当します。
並んでいる人がトランザクションです。
電車がフレームということになります。
ホームで待っているひとの行列は何本もありますが、同じ電車に乗り込みます。
満員で乗れなくなったら、残りのひとは次の電車がくるのを待ちます。
だいたいそんなイメージになると思います。
で、むこうの駅についたら、降りた人はまた列になって、複数の出口に向かいます。
ただ、この例ではＵＳＢの通信をうまく説明できないところがあります。
この電車の例では、「トランザクション」は上り（ＩＮ）か、下り（ＯＵＴ）の電車に乗って、相手側（到着駅）に向かう、というイメージになりますが、実際のＵＳＢ通信では、上り（ＩＮ）、下り（ＯＵＴ）の電車に乗って運ばれるのは、トランザクションの中の「データパケット」だけで、ＩＮトークンパケットはデータパケットと逆向きに運ばれますし、ハンドシェイクパケットは必ずデータパケットとは逆向きになります。
データトランザクションを考えるときには、そのデータが送られる向きにトランザクション全体が送られるかのように、説明もなされますが、実際には、そのトランザクションを構成するトークンパケットとハンドシェイクパケットは、データパケットと同じ向きに運ばれるとは限らない、ということを理解しておいてください。
ＯＵＴトランザクションの場合は、トークン（ＯＵＴ）、データトランザクション（ＯＵＴ）、ハンドシェイク（ＩＮ）という向きになります。
ＩＮトランザクションの場合は、トークン（ＯＵＴ）、データトランザクション（ＩＮ）、ハンドシェイク（ＯＵＴ）という向きになります。
ＩＮ、ＯＵＴはホストがデータを入力する（ＩＮ）、ホストがデータを出力する（ＯＵＴ）という向きであることを示しています。
さて、では、そのパイプから１ｍｓごとに送られるフレームに、どのようにデータトランザクションが乗せられるのか、ということについてはどうでしょうか。
私は当初は、もしもＵＳＢ装置がただ１つだけしか、パソコンに接続されていなかった場合には、この１ｍｓのフレームに乗せられるだけのトランザクションが「つめ込まれて」送られる、というように解釈していました。
あるいはバルク転送についてはそういうことかもしれません。
私はＨＩＤを使うことに決めてしまいましたから、バルク転送については、詳しくは調べていませんから、そこのところはよくわかりません。
少なくともＨＩＤについては、他にＵＳＢ装置がつながっていない場合にも、１つのフレームには１つのデータトランザクションしかのせられないようです。
ＨＩＤでは普通のデータ転送は、インタラプト転送というモードで行われます。
インタラプト転送とは、決められた時間間隔毎にデータを転送する方式で、その時間間隔は１ｍｓ〜２５５ｍｓの範囲で、１ｍｓごとに決められますから、最小の時間間隔を選択しても１ｍｓに１回の送信しかできないことになります。
データが６４バイト以上ある場合には、それを６４バイトごとに分割して、「連続して」同じフレームにのせて送信できる、と考えてもよさそうに思えたのですが、あくまで一度には１つのトランザクション（最大６４バイト）しか送れない、ということのようです。
まあ、ＨＩＤの場合にはそういうことですので、複数のトランザクションに分割されたデータが、どのような順序でフレームに乗せられるのか、ということは、考えても意味がない、ことになりますが、たまたまこんな説明をみつけてしまいましたので、そのコピーをお見せすることにいたします。
［出典］Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ（Ｒｅｖｉｓｉｏｎ２．０）（赤アンダーラインは筆者）
ちょっとわかりにくい文章です。個々に直訳しようとすると、考えてしまいますが、いわんとするところはわかるような気がします。
図では２つのパイプ（パイプ１とパイプ２）があって、それぞれトランザクション１−０、１−１、１−２とトランザクション２−０、２−１、２−２がその「順番」で送られるのを待っています。
ＨＯＳＴのＵＳＢコントローラは、これをどのような順番でさばくのか、という説明です。
うーん。ちょっと、訳し方が間違っているかも知れませんが。
読んでみると、なかなか面白い表現だなあ、と思います。
ホストコントローラは、それをどうさばこうと勝手（ａｒｅ ｆｒｅｅ）だとおっしゃっているようです。
ま、そりゃそうでしょう。
それぞれのデータがどのようにさばかれようと、要は送った順番の通りに相手側に届きさえすればそれでよいのですから。
あ。それについては、そのとおりである、と書いてあります（ａｎ ｅｎｄｐｏｉｎｔ ｗｉｌｌ ｓｅｅ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｔｈｅｙ ａｐｐｅａｒ ｗｉｔｈｉｎ ａｎ ＩＲＰ ｕｎｌｅｓｓ ｅｒｒｏｒｓ ｏｃｃｕｒ．）。
ＩＲＰとはＩ／Ｏ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｐｉｐｅ、つまりＩＮパイプ、ＯＵＴパイプのことです。
で、図の説明です。
たとえば１番目のパイプの最初のトランザクションを最初のフレームのどこかに置いて、それに続いて２番目のパイプの最初のトランザクションを置いたとしても、その次には、それとは逆の順序で、次のフレームのどこかに、１番目のパイプの２番目のトランザクションを、２番目のパイプの２番目のトランザクションの次に置いても、それはホストコントローラが勝手に決めることである（ａ Ｈｏｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｆｒｅｅ ｔｏ ｍｏｖｅ）、だそうです。
さて、赤アンダーラインの部分です。ここはどう訳したらよいのでしょうかねぇ。
なんだかむつかしいです。
パイプで連続している（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）トランザクションが、フレームでもその通りになっている、などという考えに基づいたプログラムはできっこないし、また、トランザクションがフレームの中で連続している、ということようなことを考えてプログラムを作ったりしたら、ダメだからね。
というようなことになりますでしょうか。
うーん。
確かに、ＨＩＤについてのテストをいろいろやってきただけですけれど、フレームの中の状態はかなりいい加減というか、むむ、コントローラ様がけっこう自由に振舞われていらっしゃるなぁ（どういう理由でそのようになるのかはわかりませんけれど）、という印象ではありますねえ。
ＣＰＵをつくろう！第４２７回（２０１０．２．１ｕｐｌｏａｄ）を再編集
ＰＩＣでＵＳＢを！［第３５回］
２０１１．７．１０ｕｐｌｏａｄ
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