通用串行总线Universal.docx

通用串行总线Universal.docx

《通用串行总线Universal.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通用串行总线Universal.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

通用串行总线Universal

通用串行总线（UniversalSerialBus）是用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构,其主如果用在中速和低速的外设。

USB是通过PCI总线和PC的内部系统数据线连接，实现数据的传送。

USB同时又是一种通信协议，他支持主系统（host）和USB的外围设备（device）之间的数据传送，在USB的网络协议中，每一个USB的系统有且只有一个host，因此，很多的朋友问我是不是能够将两台PC的USB口通过A-A头连接起来，是不是能够实现通信，如此是不行的，因为对于电脑主板上的USB设备，都是host,若是连起来就是两个host的通信，如此一来的一个USB的系统有了两个的host，与它的网络协议冲突。

Anchorchip出了一个能够直接连接的设备（好象是AN2720SC），实际上是一个由两个背靠背的USB的device组合起来的一块芯片，要卖80多个刀乐，太贵了，呵呵！

USB的长处有以下几条：

1.USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的标准的连接类型。

如此一来就简化了USB外设的设计，同时也简化了用户在判断哪个插头对应哪个插槽时的任务,实现了单一的数据通用接口。

2.USB排除各个设备象鼠标、调制解调器、键盘和打印机设备对去系统资源的需求，因此减少了硬件的复杂性和对端口的占用，整个的USB的系统只有一个端口和一个中断，节省了系统资源。

3.USB支持热插拔（hotplug），也就是说在不关PC的情形下能够安全的插上和断开USB设备，动态的加载驱动程序。

其他普通的外围连接标准，如SCSI设备等必需在关掉主机的情形下才能增加或移走外围设备。

4.USB支持PNP。

当插入USB设备的时候，运算机系统检测该外设而且通过自动的加载相关的驱动程序来对该设备进行配置，并使其正常工作。

5.USB在设备供电方面提供了灵活性。

USB直接连接到Hub或是连接到Host的设备能够通过USB电缆供电，也能够通过电池或其它的电力设备来供电，或利用两种供电方式的组合.而且支持节约能源的挂机和唤醒模式。

6.USB提供全速12Mbps的速度和低速的速度来适应各类不同类型的外设。

7.针对不能处置突然发生的非持续传送的设备，如音频和视频设备，USB能够保证其固定带宽。

8.为了适应各类不同类型外围设备的要求，USB提供了四种不同的数据传送类型。

9.USB使得多个外围设备能够跟主机通信。

USB的目的:

1,利用方便2,能够提供实时的数据给PC3,端口的灵活扩展性

  USB标准能够在中找到,而且你还能够在该站点找到另外的一个USB的测试工具:

它包括一个usbcheck的工具能够检测到设备是不是一些USB的高层次的要求。

同时它还有一个usbcheck的工具能够检测HID（humaninterfacedevice）的设备。

而Win98还有一个"Ignorehubs"（Memphisonly）的检测窗口。

在W2KDDK中包括的一个USBView的工具能够看出系统中所有的USB总线和USB总线上的所有的设备。

USB论坛（USBforum）的成员每一年只需要支付$2500就可以够取得一个VendorID,其实,每一个VendorID的零售价钱只是$200,不过每一个USB论坛的成员能够在关于USB的支持方面能够取得许多的益处。

（对于俺们中国人来讲,去弄一个什么USB成员是很浪花钱的）

USB的设备类型（deviceclass）

虽然USB设备都会表现USB的一些大体的特征。

可是,USB的设备仍是能够分成多个不同类型,同类型的设备能够拥有一些一路的行为特征和工作协议,从而使设备的驱动程序的书写变得简单一些。

下表中就给出一些大体的USB的设备类型分类。

设备类型（deviceclass）

设备举例

类型常量（Classconstant）

音频（audio）

扬声器

USB_DEVICE_CLASS_AUDIO

通信

MODEM

USB_DECICE_CLASS_COMMUNICATIONS

HID

键盘鼠标

USB_DEVICE_CLASS_HUMANINTERFACE

显示

监视器

USB_DEVICE_CLASS_MONITOR

物理回应设备

动力回馈式游戏操纵杆

USB_DEVICE_CLASS_PHYSICAL_INTERFACE

电源

不间断电源供应

USB_DEVICE_CLASS_POWER

打印机

USB_DEVICE_CLASS_PRINTER

大量的存储器

硬盘

USB_DEVICE_CLASS_STORAGE

HUB

USB_DEVICE_CLASS_HUB

USB的大体特性

每一个设备（device）会有一个或多个的逻辑连接点在里面,每一个连接点叫endpoint.每一个endpoint有四种数据传送方式:

控制（Control）方式传送;同步（isochronous）方式传送;中断（interrupt）方式传送;大量（bulk）传送.可是所有的endpoint0都被用来传送配置和控制信息。

在host和设备的endpoint之间的连接叫作管道"pipe",endpoint0叫做缺省（defaultpipe）。

对于同样性质的一组的endpoint的组合叫做接口（interface）,如果一个设备包含不止一个的接口就可以称之为复合设备（compositedevice）。

同样的道理,对于同样的类型的接口的组合可以称之为"配置"（configuration）。

但是每次只能有一个配置是可用的,而一旦该配置激活,里面的接口和endpoint就都同时可以使用。

host从设备发过来的描述字（descriptors）中来判断用的是哪个配置,哪个接口等等,而这些的描述字通常是在endpoint0中传送。

WindowsUSB驱动程序接口

系统中的USB的驱动程序完成许多的工作。

实际上对于一些HID的USB设备,象键盘,鼠标和游戏操纵杆之类的设备可以自动的被系统识别并且支持.而除此之外的设备就需要自己写一个驱动程序来完成硬件和软件之间的联系。

在核心模式（kernelmode）下,驱动程序用IOCTL来组织和操作一些由其他部分发过来的要求和命令。

而IOCTL又是通过URB（USBrequestblocks）来实现数据的传送的。

在正式的介绍USB的驱动程序之前,先还是来看看USB的物理和逻辑结构。

传输方式

在USB的数据传送的方式下,有四种的传输方式:

控制（Control）同步（isochronous）中断（interrupt）大量（bulk）。

若是你是从硬件开始来设计整个的系统,你还要正确选择传送的方式,而作为一个驱动程序的书写者,就只需要弄清楚他是采用的什么工作方式就好了。

通常所有的传送方式下的主动权都在PC边,也就是host边。

控制（Control）方式传送：

控制传送是双向传送，数据量通常较小。

USB系统软件用来主要进行查询、配置和给USB设备发送通用的命令。

控制传送方式能够包括八、1六、32和64字节的数据，这依赖于设备和传输速度。

控制传输典型地用在主运算机和USB外设之间的端点（Endpoint）0之间的传输，可是指定供给商的控制传输可能用到其它的端点。

同步（isochronous）方式传送：

同步传输提供了肯定的带宽和距离时刻（latency）。

它被用于时刻严格并具有较强容错性的流数据传输，或用于要求恒定的数据传送率的即时应用中。

例如执行即时通话的网络电话应历时，利用同步传输模式是专门好的选择。

同步数据要求肯定的带宽值和肯定的最大传送次数。

对于同步传送来讲，即时的数据传递比完美的精度和数据的完整性更重要一些。

中断（interrupt）方式传送：

中断方式传输主要用于按时查询设备是不是有中断数据要传送。

设备的端点模式器的结构决定了它的查询频率，从1到255ms之间。

这种传输方式典型的应用在少量的分散的、不可预测数据的传输。

键盘、操纵杆和鼠标就属于这一类型。

中断方式传送是单向的而且对于host来讲只有输入的方式。

大量（bulk）传送：

主要应用在数据大量传送传送和同意数据上，同时又没有带宽和距离时刻要求的情形下，要求保证传输。

打印机和扫描仪属于这种类型。

这种类型的设备适合于传输超级慢和大量被延迟的传输，能够等到所有其它类型的数据的传送完成以后再传送和接收数据。

USB将其有效的带宽分成各个不同的桢（frame）,每桢一般是1ms时刻长。

每一个设备每桢只能传送一个同步的传送包。

在完成了系统的配置信息和连接以后,USB的host就会对不同的传送点和传送方式做一个统筹安排,用来适应整个的USB的带宽。

通常情形下,同步方式和中断方式的传送会占据整个带宽的90%,剩下的就安排给控制方式传送数据。

USB的低层结构

USB设备

USB的设备能够接在PC上的任意的USB接口上。

而利用HUB还能够扩展使更多的USB设备连接到系统中,USB的HUB有一个上行的端口（到host）,有多个的下行端口（连接其它的设备）,从而能够使整个的系统能够扩展的连接127个外设,其中HUB也酸外设。

对于USB系统来讲,USB的host永久是PC边,所有的其他连接到host都称为设备,在设备与设备之间是无法实现直线通信的,只有通过host的管理与调节才能够实现数据的彼此传送.在系统中,通常会有一个根HUB,那个HUB一般有两个下行的端口。

一个PC可以拥有一个或多个的USBhost控制器。

一般有两种类型的控制器:

UHCI（USBhost控制器接口）,OHCI（开放的host控制器接口）。

Windows的USB类驱动程序对于每一种的控制器类型都有一种miniclass驱动程序来支持。

USB的物理信号

USB的电缆有四根线,两根传送的是5V的电源,有一些直接和电源HUB相连的设备能够直接利用它来供电。

另外的两根是数据线,数据线是单工的,在整个的一个系统中的数据速度是必然的,要么是高速,要么是低速,没有一个能够中间变速的设备来实现数据码流的变速.在这一点上,USB和1394有明显的不同。

USB的总线可以在不使用的时候被挂起,这样一来就可以节约能源。

在有些时候的总线还有可能挡机（stall）,比如说象数据传送的时候突然被打断，这个时候通过host的重新配置可以实现总线的重新工作。

低层协议

USB的物理协议规定了大多数的在总线上的数据格式，通常一个全速的数据桢能够最多有的1500bytes,而对于低速的桢最多有187bytes。

桢通常是用来分配带宽给不同的数据传送方式。

同时由于桢结构的规律性，桢的这种特性也可以用来做同步信号来使用。

一个最小的USB的数据块叫做包（packet），包包括同步信号，包标识（packetID），CRC和传送的数据。

PacketID共有以下十种：

token

OUTINSOFSETUP

data

DATA0DATA1

handshake

ACKNAKSTALL

special

PRE

Transactions（数据互换）

一个transaction是在host和设备（device）之间的不持续彼此数据互换，通常由host开始互换，互换的开始是由Token的包开始的，接下来是两边向上的数据包，在数据包传送完以后，就会由设备（device）返回一个握手（handshake）包。

USB系统通过IN,OUT,和SETUP的包来指定USB地址和endpoint（最多是128个，0通常被用来用做缺省的传送配置信息的）,而且这些被指定的设备必需通过上面形式的包来回应这种形式的指定。

每一个SETUP的包包括8个byte的数据，数据用来指示传送的数据类型。

对于DATA数据包来讲，设置两种类型的数据包是为了能够在传