• Goal
• Progress
• My Test Bed
• References

• これまで、USB1.x による基礎調査を行い CAMAC への応用を行った。 それを踏まえて USB2.0 の DAQ システムへの応用のための性能評価を行う。そ のために Linux 2.4.x カーネルを使用して種々の性能テストを行う。

• (2003/04/01)
GPIF FIFO Transactions Test on WinXP Preliminary
Cypress App. Note "EZ-USB® FX2™ GPIF Primer"を参考にして 外部デバイスとして FPGA で 16bit, 1024word FIFO をつくり、FX2 からデータ を書き込み、その後読み込むテストを行った。Cypress のコントロールパネル を用いて BULK OUT/IN を行い USB プロトコルアナライザでパケットをモニター して、データが転送されていることを確認した。
• (2003/04/01)
GPIF Single Transactions Test on WinXP Preliminary
Cypress App. Note "EZ-USB® FX2™ GPIF Primer"を参考にして 外部デバイスとして FPGA で 16bit, 1024word FIFO をつくり、FX2 からデータ を書き込み、その後読み込むテストを行った。Cypress のコントロールパネル を用いて BULK OUT/IN を行い USB プロトコルアナライザでパケットをモニター して、データが転送されていることを確認した。
• (2003/03/20)
Slave FIFO Write Test on Linux Preliminary
ホストOS を WindowsXP からLinuxに変えてデータ転送のテストを行った。また データ長を 512Byte から9728Byte まで 512Byte づつ増加させ、転送スピード を測定した。(グラフ参照；横軸はデータサイズ(Byte), 縦軸は転送スピード MB/s)
• (2003/03/17)
Slave FIFO Write Test on WinXP Preliminary
外部デバイスとして ALTERA の FPGA で簡単な 16bit カウンタを作り、FX2 の FIFOへカウンタで生成したデータを書き込んだ。ホストは WindowsXP で Cypress のコントロールパネルから データサイズを変えてBULK リードを行った。 また、USB プロトコルアナライザでパケットをモニターし、パフォーマンスを 測定した。(この測定方法等は中性子施設の佐藤節夫氏に教えていただきました。 ありがとうございました。)
USB プロトコルアナライザから得られた転送速度について追試をして確かめようと 思います。(酒井さん、ご指摘ありがとうございました)。
• 512Byte Bulk IN: 57.4MB/s 追試予定
• 1024Byte Bulk IN: 34.1MB/s 追試予定
• 2048Byte Bulk IN: 25.8MB/s 追試予定
• (2003/01 - 03)
Slave FIFO テストのための準備

• (2002/12/06)
I/O Port Test
バルク転送でライトしたデータのバイト数を LED で表示
• (2002/10/17)
複数(1-3)台 PCI カードと複数(1-3)台デバイスでのパフォーマンス測定 Preliminary
これまでと同様に usb-skeleton と bulksrc.hex を使って複数台の PCI USB2.0 カードに各々デバイスを 1台づつ取り付けて デバイスに対して(ほぼ)同時に転送を行ったときの転送速度の測定を 行った。具体的な方法は、512x20Byte の転送を 10000回行いそれに 要する時間を測定した。
• USB2.0 I/F x 1: 20.5 MB/s per device
• USB2.0 I/F x 2: 17 MB/s per device
• USB2.0 I/F x 3: 15.5 MB/s per device

複数台のUSB2.0 I/F にデバイスをつないで同時に転送する方が、1台の USB2.0 I/F に複数台のデバイスをつないだ時よりトータルの Throughput は向上することがわかった。テストで用いた PC は CPU 性 能が貧弱(?)なので、追試の必要があると思われる。

• (2002/10/16)
PCI カード 1枚と複数(1-3)台デバイスでのパフォーマンス測定 Preliminary
これまでと同様に usb-skeleton と bulksrc.hex を使って複数台の デバイスに対して(ほぼ)同時に転送を行ったときの転送速度の測定を 行った。具体的な方法は、512x20Byte の転送を 10000回行いそれに 要する時間を測定した。
• Single: 20.5 MB/s per device
• Double: 13.8 MB/s per device
• Triple: 9.5 MB/s per device

USB2.0 I/F に複数台デバイスをつないで同時に転送する方が、1台の デバイスのときよりトータルの Throughput は向上することがわかった。 そのメカニズム等は現在調査中。

• (2002/09/27)
Peer-to-peer でのパフォーマンス測定
usb-skeleton と bulksrc.hex を使ってLinuxで の転送速度の測定を行った. 転送するデータ量を 512Byte から 512x19Byte まで 512Byte 毎に 1000回Bulk 転送(リード)を行いその転送時間の測定を行った(グラフ参照; グラフは色で度数を表している。赤い部分は青い部分よりイベント数が多い)。
• (2002/09/26)
Peer-to-peer でのパフォーマンス測定
Cypress 社 FX2 開発ボードと Cypress SDK のファームウエアのサンプ ル "bwmeter.hex" を使ってテスト用 PC 環境での最大転送速度の測定. 1 micro frame に最大 5 回の bulk 転送があったので 5 x 512byte/125us = 20.48MB/s. ICH4 chip 搭載のマザーボード では 40MB/s だったとの記述あった(Cypress App. Notes)。
• (2002/09/09)
Linux Kernel 2.4.x 環境での USB2.0 の動作確認
Linux 2.4.x カーネルの中に含まれている usb-skeleton ドライバを使った Linux での動作確認("bulkloop.hex" を使用)
• (2002/09/03)
WindowsXP 環境での USB2.0 の動作確認
WindowsXP と Cypress SDK による開発ボードの動作確認 (Cypress SDK のファームウエアのサンプル "bulkloop.hex" とプログラ ム "bulkloop.exe"を使用)

• ハードウエア
• PCI USB2.0 I/F Card (include a NEC 2.0 Host Controller)
• ニッコー電子 USB2.0開発ボード (including a Cypress FX2)
• Cypress 社 USB2.0開発ボード (including a Cypress FX2)
• Prime Systems USB2.0-IOボード (including a Cypress FX2)
• CQ出版 FLEX10KE 評価キット(including a ALTERA EPF10K30E)
• My Old PC (440LX/EX Chip set, Pentium II 300MHz)
• ソフトウエア
• OS:
• RedHat7.3 (Kernel 2.4.18, 19)
• WindowsXP Professional


• Device Driver:
• usb-skeleton ver. 0.7(USB Skeleton Driver for Linux)


• Tools:
• EZ-USB Family Complete Tools (Ver. 2.52) for Windows
• fxload 2002_04_11 (FX download tool for Linux)

参考文献・資料

• Linux and USB2.0
• Linux Hotplugging
• SR-1/Software Radio
• Cypress Semiconductor Corp.
• Measuring Delivered USB 2.0 Bandwidth with an EZ-USB® FX2™ Development Board, Cypress Semiconductor Co., June 10, 2002.
• EZ-USB® FX2™ GPIF Primer, Cypress Semiconductor Co., Nov. 25, 2002.
• USBハード&ソフト開発のすべて, CQ 出版社
• 「USB2.0 対応コントローラ EZ-USB FX2 の詳細」, インターフェイス 2003年4月号,CQ 出版社
• USB Hardware &Software 日本語版, インフォクリエイツ, ISBN4-900741-95-7
• Programming Guide for Linux USB Device Drivers

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