USB资料简介

通用串行总线（Universal Serial Bus） 是用于将适用 USB的外围设备连接到主机的外部总线结构,其主要是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 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，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，每个 USB的系统有且只有 一个 host，因此，很多的朋友问我是否可以将两台 PC的 USB口通过 A-A头连接起来，是否可以实现通 信，这样是不行的，因为对于电脑主板上的 USB设备，都是 host,如果连起来就是两个 host的通信，这样 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出了一个可以直接连接的设 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 USB的优点有以下几条： 1. USB为所有的 USB外设提供了单一的、易于操作的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的连接类型。这样一来就简化了 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排除了各个设备象鼠标、调制解调器、键盘和打印机设备对去系统资源的需求，因而减少了 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(hot plug)，也就是说在不关 PC的情况下可以安全的插上和断开 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设备等必须在关掉主机的情况下才能增 加或移走外围设备。 4. USB支持 PNP。当插入 USB设备的时候，计算机系统 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 该外设并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或者是连接到 Host的设备可以通过 USB电缆供电，也可以通过电池或者其它的电力设备来供电，或使用两种供电方式的组合.并且支 持节约能源的挂机和唤醒模式。 6. USB提供全速 12Mbps的速率和低速 1.5Mbps的速率来适应各种不同类型的外设。 7. 针对不能处理突然发生的非连续传送的设备，如音频和视频设备，USB可以保证其固定带宽。 8. 为了适应各种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使得多个外围设备可以跟主机通信。 USB的目的:1,使用方便 2,可以提供实时的数据给 PC 3,端口的灵活扩展性 USB标准可以在www.usb.org/developer 中找到,并且你还可以在该站点找到另外的一个USB的测试工 具:usbcomp.exe,它包含一个usbcheck的工具可以检测到设备是否一些USB的高层次的要求。同时它还 有一个usbcheck的工具可以检测HID(human interface device)的设备。而Win98还有一个"Ignore hubs"(Memphis only)的检测窗口。在W2K DDK中包含的一个USBView的工具可以看出系统中所有的 USB总线以及USB总线上的所有的设备。 USB的设备类型(device class) 虽然 USB设备都会表现 USB的一些基本的特征。但是,USB的设备还是可以分成多个不同类型,同类型的 设备可以拥有一些共同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 一些基本的 USB的设备类型分类。 设备类型(device class) 设备举例 类型常量(Class constant) 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_HUMAN INTERFACE 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的基本特性 每一个设备(device)会有一个或者多个的逻辑连接点在里面,每个连接点叫 endpoint.每个 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.但是所有的 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(default pipe)。 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(composite device)。 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。 Windows USB 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(kernel mode)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(USB request blocks)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)。如果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行了。 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。控制传送方式可以包 括 8、16、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 用在主计算机和 USB外设之间的端点(Endpoint)0之间的传输，但是指定供应 商的控制传输可能用到其它的端点。 • 同步(isochronous)方式传送：同步传输提供了确定的带宽和间隔时间（latency)。 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。例如执行即时通话的网络电话应用时，使用同步传输模 式是很好的选择。同步数据要求确定的带宽值和确定的最大传送次数。对于同 步传送来说，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定时查询设备是否有中断数据要 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并且对于 host来说只有输入的 方式。 • 大量(bulk)传送：主要应用在数据大量传送传送和接受数据上，同时又没有带宽和 间隔时间要求的情况下，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非常慢和大量被延迟的传输，可以等到所有其它类型的 数据的传送完成之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),每桢通常是 1ms时间长。每个设备每桢 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之后,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。通常情况下,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的设备可以接在 PC上的任意的 USB接口上。而使用 HUB还可以扩展使更多的 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),从而可以使整个的系统可以扩展的连接 127个外设,其中 HUB也算外设。 对于 USB系统来说,USB的 host永远是 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互 相传送.在系统中,通常会有一个根 HUB,这个 HUB一般有两个下行的端口。 一个 PC可以拥有一个或多个的 USB host控制器。一般有两种类型的控制器:UHCI(USB host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相连的设备可以 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 率是一定的,要么是高速,要么是低速,没有一个可以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有明显的差别。 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可以最多 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（packet ID)，CRC 和传送的数据。Packet ID共有以下十种： token OUT IN SOF SETUP data DATA0 DATA1 handshake ACK NAK STALL special PRE Transactions（数据交换） 一个 transaction是在 host和设备（device)之间的不连续相互数据交换，通常由 host开 始交换，交换的开始是由 Token的包开始的，接下来是双方向上的数据包，在数据包传 送完之后，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）,并且这些被指定的设备必须通过上面形式的包来回应这种形式的指 定。每个 SETUP的包包含 8个 byte的数据，数据用来指示传送的数据类型。对于 DATA 数据包来说，设置两种类型的数据包是为了能够在传送数据的时候做到更加的精确。ACK handshake的包用来指示数据传送的正确性，而 STALL handshake则表示数据包在传 送的过程中出了故障，并且请示 host重新发数据或者清除这次传送。PRE格式的包主 要是用在在一个 USB的系统中如果存在不同速率的设备的时候，将不同于总线速度的设 备中就会回应一个 PRE的包从而会忽略该设备。 各种不同类型的包的大小是不同的，DATA的数据包最大是 1023bytes. Start of Frame(SOF) SOF是 host用来指示 frame的开头的。SOF的包包括 11个 bit的桢序号，从 0到 0X7FF(i.e. USBD_ISO_START_FRAME_RANGE-1)，SOF对于所有的高速设备来说是 有效的。 Power 每个设备可以从总线上获得 100mA的电流，如果特殊的向系统申请，最多可以获得 500mA的电流，在挂机的状态下，电流只有 500uA. USB的新特性 共享性 一个物理设备可以使用许多不同的 pipe 实时性 可以实现和一个设备之间有效的实时通信 动态性 可以实现接口间的动态切换 联合性 不同的而又有相近的特性的接口可以联合起来， 多能性 各个不同的接口可以使用不同的供电模式 自动性 缺省的 pipe的使用使基系统的建立和配置变得自动并且快速 USB的基本特性 Windows USB 驱动程序接口 传输方式 USB的低层结构 USB设备 USB的物理信号 低层协议 Transactions（数据交换） Start of Frame(SOF) Power USB的新特性