通用串行总线(usb)原理及接口设计

《通用串行总线(usb)原理及接口设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、通用串行总线(USB)原理及接口设计

2、第1lunouseg(this)">１．１物理结构ＵＳＢ的物理拓扑结构如图１所示。在ＵＳＢ２．０中，高速方式下Ｈｕｂ使全速和低速方式的信令环境独立出来，图２中显示了高速方式下Ｈｕｂ的作用。通过使用集线器(Ｈｕｂ)扩展可外接多达１２７个外设。ＵＳＢ的电缆有四根线，两根传送的是５Ｖ的电源，另外的两根是数据线。功率不大的外围设备可以直接通过ＵＳＢ总线供电，而不必外接电源。ＵＳＢ总线最大可以提供５Ｖ５００ｍＡ电流，并支持节约能源的挂机和唤醒模式。１．２ＵＳＢ设备逻辑结构ＵＳＢ的设备可以分成多个不同类型，同类型的设备可以拥有一些

3、共同的行为特征和工作协议，这样可以使设备驱动程序的编写变得简单一些。ＵＳＢＦｏｒｕｍ在ＵＳＢ类规范２中定义了ＵＳＢ的设备类型，比如音频、通信、ＨＩＤ、ＨＵＢ等设备类。每一个ＵＳＢ设备会有一个或者多个的逻辑连接点在里面每个连接点叫端点。在ＵＳＢ的规范中用４位地址标识端点地址，每个设备最多有１６个端点。端点０都被用来传送配置和控制信息。在ＮＳ公司的ＵＳＢ接口芯片ＵＳＢＮ９６０２４中有７个端点。管道实现了在主机的一个内存缓冲区和设备的端点之间的数据传输，连接端点０的叫做缺省管道。管道是具有多个特征的信道，如带宽分配，包大小，管道类别以及数据流向。管道有

4、两种类型分别是流管道(ｓｔｒｅａｍｐｉｐｅ)和消息管道(ｍｅｓｓａｇｅｐｉｐｅ)。流管道传输的数据包的内容不具有ＵＳＢ要求的结构，它是单向传输的；流管道支持批量、等时和中断传输方式。而消息管道与流管道具有不同的行为。首先，由主机发请求给ＵＳＢ设备，然后在适当的方向上传输数据，最后是到达一个状态阶段。为了保证三个阶段的数据传输，消息管道定义了一个数据结构使命令可靠地被识别和传输。消息管道是双向的，它只支持控制传输方式。对于同样性质的一组端点的组合叫做接口，如果一个设备包含不止一个接口就可以称之为复合设备(见图１)。对于同样类型接口的组合可以称之为配置。但是每

5、次只能有一个配置是可用的，而一旦该配置被激活，里面的接口和端点就都同时可以使用。主机从设备发过来的描述字中来判断用的是哪个配置哪个接口等等而这些描述字通常是在端点０中传送的。１．３ＵＳＢ通信分层模型500)this.style.ouseg(this)">一台主机到设备的连接需要许多层与实体之间的相互作用。ＵＳＢ总线接口层提供了主机和设备之间的物理／信令／包的连接。在系统软件看来，ＵＳＢ设备层执行的是一般的ＵＳＢ操作。功能接口层提供和应用软件层相对应的附加功能。分层模型如图３所示，虽然逻辑上ＵＳＢ设备层和功能层各自与主机上的相应层通信，但物理上都是通过Ｕ

6、ＳＢ总线接口层实现数据传输的。１．４四种传输方式ＵＳＢ提供了四种传输方式，以适应各种设备的需要。这四种传输方式分别是：控制传输方式：控制传输是双向传输，数据量通常较小，主要用来进行查询、配置和给ＵＳＢ设备发送通用的命令。控制传输主要用在主计算机和ＵＳＢ外设中端点０之间。等时传输方式：等时传输提供了确定的带宽和间隔时间。它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于要求恒定的数据传送率的即时应用中。例如进行语音业务传输时，使用等时传输方式是很好的选择。中断传输方式：中断方式传送是单向的并且对于主机来说只有输入的方式。中断传输方式主要用于定时查询设备是

7、否有中断数据要传送，该传输方式应用在少量的、分散的、不可预测的数据传输。键盘、游戏杆和鼠标就属于这一类型。大量传输方式：主要应用在没有带宽和间隔时间要求的大量数据的传送和接收，它要求保证传输。打印机和扫描仪属于这种类型。在开发ＵＳＢ设备时通过设置接口芯片中相应的寄存器使端点处于不同的工作方式。１．５ＵＳＢ通信协议ＵＳＢ的物理协议规定了在总线上传输的数据格式，一个全速的数据帧有１５００字节，而对于低速的帧有１８７字节。帧的作用是分配带宽给不同的数据传送方式。一个最小的ＵＳＢ的数据块叫做包，包通常有同步信号，包标识，地址、传送的数据和ＣＲＣ。包的ＩＤ由八位组成

8、，其中后四位是纠错位。根据包功能的不同，在ＵＳＢ１．１中定义了以下四类十种：ｔｏｋｅｎＯＵＴＩＮＳＯＦＳＥＴＵＰ500)this.style.ouseg(this)">ｄａｔａＤＡＴＡ０ＤＡＴＡ１ｈａｎｄｓｈａｋｅＡＣＫＮＡＫＳＴＡＬＬｓｐｅｃｉａｌＰＲＥ在ＵＳＢ２．０中又增加了几种类型的包以满足高速传输的需要。其中ｄａｔａ类型增加了ＤＡＴＡ２和ＭＤＡＴＡ，ｈａｎｄｓｈａｋｅ类型增加了ＮＹＥＴ，ｓｐｅｃｉａｌ类型则增加了ＥＲＲ，ＳＰＬＩＴ，ＰＩＮＧ，Ｒｅｓｅｒｖｅｄ。事务是在主机和设备之间不连续地数据交换。一个事务通常由主机开始，一般分三个阶段，第一阶段发

9、送ｔｏｋｅｎ包，第二阶段发送是ｄａｔａ包(可以向上也可以向下)，在