USB通信协议

USB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 USB通信协议——数据交易 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 列出了组成4种传输类型的元素。在这里，读者就需要注意一些通信协议的结构。例如，传输与数据交易、数据交易与封包、封包与字段之间的关系。当然，这是相当复杂且容易弄混淆的地方。其中，传输包含1个或是更多的数据交易，每一个数据交易又包含1个、2个或是3个封包。而封包中，又包含封包标识符(PID)字段、检查字段(CRC)以及额外的信息字段。 表 传输类型、数据交易与封包的关系表 *每一个封包是往下端接口传递出去的，若是低速，前面还会再放置PRE封包。 因此，若要了解完整的USB通信协议就必须从数据域谈起。通过由下而上，从简易至复杂的通信协议单位来组合出各种复杂的通信协议，进而构建出完整的通信协议。 从表的第2栏中，可以知道其中包含了3种数据交易类型。这3种数据交易是根据其目的与数据流方向来决定的。其中，SETUP数据交易用来送出控制传输要求给设备;IN数据交易是数据从设各传回主机;OUT数据交易是将数据传送出去给设各。每一个数据交易中，包含了辨识、错误检核、状态以及控制信息，同样也包含了要交换的数据等。此外，一个完整的数据交易可能占用多个帧。但是数据交易却是一个实现USB通信协议的最基本的结构组成。也即是，在总线上没有任何通信能够去切断该数据交易的沟通过程。当然，除非是错误的USB通信过程。 此外，一个小量数据的传输也许仅需一个数据交易。如果是大量的数据，传输可能就需使用多个数据交易，每一次传输一部分数据。读者或许会认为表的通信协议的结构非常复杂。其中，尤其是第1栏所列的控制传输是较为严谨与必须去实现的。 根据上述不同封包的组合与搭配就可以执行各种数据交易。但最重要的是，数据交易的格式必须与前面所提及的4种传输类型互相配合。这是因为不同的传输类型就会执行不同的数据交易。其中，除了等时传输外，控制传输、中断传输与批量传输都以下列的3个阶段来组成一个数据交易的动作。 等时传输却只有包含如下所列的2个阶段而已。若等时传输在传输的过程中发生错误，不会重送一次，所以也就不具有握手阶段。 因此，为了方便读者的记忆与了解整个USB的通信协议，在此以一个较简易的方式来向读者介绍。即是通过一个小口诀来介绍USB通信概念。这个口诀即是:5 4 2 3 3，如图所示。 图 USB通信协议的简易口诀 这个口诀相当简单，有点像是通关秘诀，而整个数字的顺序即可串联出USB的通信协议。5，4，2即分别为每个封包(令牌、数据与握手)的字段数目，其后的3则为实现一个数据交易所需的3个封包阶段(令牌、数据与握手)，而最后的3则为实现一个控制传输所需的3个数据交易层。读者可以对照表，且只须以这个简易的数字顺序，从下层到上层，即可构建出一个完整的控制传输。而以下，先从USB封包类型与其所包含的字段来谈起。 欢迎转载，信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com) 由于USB最初在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时，即是为了能够针对具备如传输率、响应时间以及错误帧错等特性的许多不同的外围类型来加以考虑的。而其中，4种数据传输的每一个能够掌握不同的需求。在此，根据不同外围设各的类型与应用，定义了4种传输类型，分别是控制传输(control transfer)、中断传输(interrupt transfer)、批量传输(bulk transfer)以及等时传输(isochronous transfer)。其中，需要特别注意的是低速设各仅支持控制传输与中断传输。 控制传输是USB传输中最重要的传输类型，只有正确执行完控制传输，才能进一步执行其他的传输类型。这种传输是用来提供给介于主机与设各之间的配置、命令或状态的通信协议之用的。控制传输能够使能主机去读取与此设各相关的信号，并去设置设备地址，以及选择配置与其他的设置等。此外，控制传输也能够送出自定义的要求，以针对任何目的送出与接收数据。因此须以双向传输来达到这个要求。当然，所有的USB设各必须支持控制传输。 中断传输原本属于单向传输，并且仅从设各输人到PC主机，作IN的传送模式(但在 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 书1(1版中，已改为双向传输，增加了OUT的传送模式)。这是由于最早在开发USB外围设备时，先以人工接口设各为设计考虑，其数据只须做输入IN传输，如鼠标或键盘等设备。而由于USB不支持硬件的中断，所以必须靠PC主机以周期性的方式加以查询，以便获知是否有设各需要传送数据给PC。如果因为错误而发生传送失败的话，可以在下一个查询的期间重新再传送一次。 批量传输属于单向或双向的传输。顾名思义，这类型的传输用来传送大量的数据。这些大量的数据必须准确地加以传输，但相对的却无传输速度上的限制(即没有固定传输的速率)。例如，送出一个文件给打印机，或是从扫描机扫描一张图片，并传送至PC主机上。这是由于批量传输是针对未使用到USB带宽来向主机提出要求的。如此，须根据目前的总线的拥挤状态或是可用的带宽，以所有可使用到的带宽为基准，不断地调整本身的传输速率。因此，如果总线上充满了具各保证带宽的其他传输的话，如等时传输或是中断传输，那么批量传输就必须持续地加以等待。反之，如果整个总线是处于闲置状态的话，批量传输就可以传输得非常快。因此，并没有设置查询的时间间隔。 等时传输可以是单向或双向的传输。此种传输需要维持一定的传输速度，因此相对的就须牺牲些微错误的发生。而它采用了预先与PC主机协议好的固定带宽，以确保发送端与接收端的速度能相互吻合。换而言之，就算发生了传输上的错误，也不会重新传送。应用这类型传输的设各有:USB麦克风、喇叭或是CCD等设备，如此可以确保播放的频率或是传输的影像不会被扭曲。仅有全速与快速设备是支持等时传输的。 欢迎转载，信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com) USB的编码方式 当PC主机对设各发出控制信号时，所有连接的设各都通过根集线器收到同样的信号，但是经过对比所配置的设各地址后，只能有一个设备作出相对应的动作，这跟网络的架构有点类似。因此对一个设各而言，不仅要无误地接收主机端所送来的数据，又要正确地发出响应的信号。因此，在D，与D-的差动数据线上就必须采用一种特别的编号方式再加以传送出去，以解决在USB缆线所产生信号延迟以及误差等问题。 在此，USB采用了NRZI(Non Return to Zero Invert，不归零就反向)的编码方式，无须同步的时钟信号也能产生同步的数据存取。NRZI的编码规则是，当数据位为“1”时不转换，为“0”时再作转换。如图1所示，显示了NRZI编码的范例。位传输的顺序以LSB(最低位)为优先。 图1 NRZI编码的范例说明 NRZI编码的数字再生回路的数字逻辑电路如图2所示。其相对应的编号变化如图3所示。这样，接收与传输器两端的机制中，就无须先送出分离的时钟信号，或者在每一个字节中添加起始或结束位(如RS , 232)。如果用户使用示波器来观察这种USB数据，将会发现它不像其他的接口，可以以逻辑准位来读取这些传送或接收的位。 图2 USB的NRZI再生回路的数字逻辑电路图 C位置NRZI再生回路的信号关联图 图3 相对A、B、 这样的编码方式会遇到一个很严重的问题:若重复相同的“1”信号一直进入时，就会造成数据长时间无法转换，逐渐地累积而导致“塞车”的状况，使得读取的时序就会发生严重的错误。因此，在NRZI编码之间，还需执行所谓的位填塞(bits-tuffing)的工作。如图4(a)所示，若原始的串行数据中含有连续6个“1”位，就须执行位填塞的工作。此工作如图4(b)所示，就在其后填塞一个“0”位。但相对地在NRZI编码的过程中，对这连续的6个“1”执行，如图4(c)所示。 图4 NRZI译码的过程 因此在发送端进行数据传输之前，须先执行位填塞和NRZi编码的工作。相对的，在接收端进行数据接收之前，就必须先执行NRZI译码，然后再做位反填塞(unbit-tuffing)的工作。这一部分的电路会通过USB芯片中的SIE(串行接口引擎)来实现。 欢迎转载，信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com) USB接口的电气特性 详细的USB的电器特性的相关 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 是在USB规范。而在此，仅列出用户所需注意的一些特性。如图1所示，呈现了在全速设备与PC主机之间电气特性的连接。除了Vcc(，5 V)与接地线外，需要特别注意的是D，与D-的差动数据信号线。首先，在连接至USB收发器之前必须先串接9O,44Ω的电阻。而后根据不同的USB设各的传输速度(全速或低速)，改变在设各端的提升电阻1(5×(1?5,)kΩ的位置。这个提升电阻，也可视为设各端电阻。对于全速设备(12 Mbps)，就将提升电阻接至D，信号线与电源之间的位置。如果是低速设各(1(5 Mbps)，就将提升电阻接到D一信号线与电源之间的位置，如图1(15所示。这个电压源的范围为3(0,3(6 V。但对于USB 2。0的高速传输，这个提升电阻被省略，改以自动切换的方式。最后，D，与D-两条信号线在PC主机的根集线器或集线器端同时接上15 kΩ的下拉电阻并连至接地端。用户也可视这些下拉电阻为集线器端电阻。 图1 全速设备与PC主机之间电气特性的连接图 图2 低速设备与PC主机之间电气特性的连接图 整个PC主机与设备之间的电气特性是如何操作的呢,首先，在设备未连接至PC主机的根集线器或集线器的连接端口时，D，与D-两条信号线因为下拉电阻的关系，几乎都视为接地，但是若有一个设各刚连接上时，由于提升电阻(1(5 kΩ)与下拉电阻(15 kΩ)形成了一个分压器;因此其中有一条数据信号线(D，或D-)的电位将被提升至电压Vdc的90,左右。此时，当集线器检测到其中的一条数据信号线趋近3 Vcc，而另外一条仍维持接地状态时就可确定有一设备已连接上。PC主机会不断地每隔一般时间来查询根集线器，检查D，与D一的电位变化，以了解设备的连接状态。 欢迎转载，信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com) USB速度的基本概念 由于在不同版本的USB规范中提供了低速、全速与高速共3种传输速率。在此，用户就必须知道哪些架构下，来应用或分享其传输的带宽。在设计USB外围设备时，更需注意到这些传输的特性。 通常一个USB单片机可能支持低速、全速或全速与高速，所有的集线器支持低速与全速设备。但如果这个集线器嵌人了一个多元式(compound)设各，就仅能支持低速的功能而已(如具各集线器的USB键盘)。这样，这个集线器将会以全速的方式与PC通信，但却以低速的方式与其嵌人的设备来通信。对于低速或全速的外围设各来说，能够连接至任何的USB集线器。 对于高速的外围设备则有点像是双速度设各，因此也可以连接至任何集线器上。但是USB 1(x规范的主机或集线器几乎都不支持高速的规范，这是由于USB 1(x规范在制定时，高速的设各还未设计出，也就是并不兼容。为了使得高速设各并不与USB1(x规范的主机与集线器混淆，所以所有的高速设各必须要能够在全速下负责对标准设备列举的要求来加以响应。这样，即可使得任何主机能够去辨识出任何设备。 对于高速设备而言，除了负责标准的要求外，并无须具备在全速下的功能。但是因为USB 1(x规范的主机与集线器目前还不会被淘汰掉;再者，支持全速的功能并不难去制作，因此大多数高速设备也能与全速设备兼容。有了这些低速、全速与高速的概念后，紧接着，将针对USB的速度来做进一步的探讨。 对于主机与外围设各之间的实际数据，其传输率小于总线的速度。这也是由于这两边所传输的位中，除了一般真正的数据传输外，大都是用在辨识、同步以及错误检查上。再者，数据的传输率有时还需根据传输的类型以及此刻总线上的忙碌情况而定。而对于时间敏锐的数据来说，USB支持了具各保证传输率与保证最大的时间上限的传输类型——等时传输。等时传输可保证带宽，主机可以根据所设置的时间间隔，来要求特定的字节数目传输至外围设各或从外围设备来读取数据。在全速的传输下，能够在一个1 ms帧中移动高达1 023字节的数据。但对高速的设各而言，可以在125μS的微帧中，移动高达2 072字节的数据。相对的，等时传输并不具备错误检查的功能。此外，中断传输具有错误检查以及最大保证带宽的功能，但也意味着，并不具各保证精准的传输率。也即是相互之间传输的时间间隔将不会比设置的时间量还要快。 在低速的中断传输中，所能要求的最大时间间隔是从10,255 ms，在全速时则为 1,255 ms。另外，在高速时，则时间间隔范围为125 μS,4 096 s。 此外，因为整个总线被许多设各分享掉，因此也就无法对外围设各给予最大的迟滞上限或保证特定的传输率。如果，此时总线太忙以致无法允许所要求的传输率或最大的迟滞上限，主机就会拒绝去实现或完成配置用来让主机的软件企图去传输的过程。 在全速下，另一个用来做快速传输的传输类型是批量传输。理论上，在全速时，可以高达1(216 MB,s，而在高速时，可以高达53(248 MB,s。然而相对的，主机的驱动程序也会限制单一的批量传输变成较慢的传输率。综合来说，具有最佳的保证带宽的传输类型是高速的中断和等时传输(24(576 MB,s)。 但是，一般在设计USB外围设各时，有时不需那么快的传输率，或说相对的，这种技术的层次也相当的困难。因此，可以退而求其次，使用较低的传输类型或传输率。虽然，低速的总线速度是1(5 Mbps，仅能在10 ms中传输8字节，或换算成每秒800个字节(等于6 400 bps)。但是这种低速的传输率无论在电路制作还是在程序的编写上都特别的容易，也具有若干优点。 欢迎转载，信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com) USB2(0规范的变动 在主机与新型的高速控制器之间的连接被重新加以定义，以支持高达480 MHz的传输效能表现。图显示了旧型(全速,低速)与全新的高速接口连接方式。其中，新的标准下采用90Ω的差分阻抗(differential characteristic impedance)以搭配差分电流模式信号(differential current mode signaling)，并且采用相同的NZRI编码机制。但是，对于SYNC信号、EOP信号以及闲置状态等，也略做了修改(在下一章中将再做详尽的介绍)，只不过也必须同时搭配其他相关规范，以便严格控制游离电容(stray capacttance)、点对点抖动(peak to peak jitter)与上升,下降时间等因素。这样，才能使得信号的传输速度能够更加快速。 图 标准型USB V1(1与2(0规范总线连接过程 高速外围设各与主机控制器进行连接时，系统会将它视为一组配置有提升电阻的标准型全速设各。在总线进行重置时，外围设备会根据信号交换协议，将传输电流传回主机以指示主机。这个外围设各为USB 2(0接口规范并具各高速传输能力。在完成信号交换协议之后，外围设备将会把提升电阻打开(detach)，所有的组件会开始进行高速传输通信。当USB 2(0规范的外围设各与旧型主机相连接时，这种模式便具各向下兼容能力。也就是当信号交换协议失败时，外围设各会自动开始仿真并转为全速设各模式运行。此时，用户会感觉到运行效能降低，但实际上仍能顺利地进行所指派的工作。由于USB 2(0是采用了现有的信号机制，若是在联机环境中未安装终端电阻，系统就会通过双倍的电压检测出USB设各的移除。 欢迎转载，信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com) USB的硬件特性 当用户一拿到USB缆线时，可以观察到USB的实体结构。以下，针对USB规范中所制定的各种USB的实体接口来加以介绍。 根据图1所示的层梯式星形的拓扑结构，可以看到主机端与集线器或设各必须依序由上?下或由下?上的连接方向。而为了避免连接错误，因此在USB规范中定义了两种不同大小形状的USB连接头，即A与B型连接头。其相关的尺寸与引脚编号如图1所示。 图1 A与B型连接头的图标 ?A型连接头:用来连接下端端口的设各，且为长方扁平的形状，所以在PC主机机壳后的根集线器以及在集线器中往下扩充的连接端口就是A型连接头。 ?B型连接头:用来连接上端端口的设备或集线器，且为正方形。至于如何辨识连接头的正反面呢,如图1所示，在每一个连接头都可以找到通用串行总线标记的图案溺妒。而这一面即为连接头的正面。 在新的USB 2(0规范中增加设置了Mini,B接头，如图2所示。这个Mini,B连接器是原本B型连接器的一半大小。这种Mini,B连接器应用在需要缩小面积的消费性电子产品上，如数码照相机。不管用户使用的是一般B型连接器或Mini B连接器，连接至计算机的另一端都需要A型连接器。A型连接器 连接至计算机主机端(往上端，Upstream)，而B型连接器则连接至设各端(往下端，Downstream)。因此，具各扩充USB外围接口的集线器，也就同时具各了A型连接器与B型连接器。 图2 Mini-B的连接器(引用自Mainsuper公司) 所有的连接器中包含了4条USB缆线的电线的线规以及颜色如表所列。但其中，对于Mini B连接器则增加了ID引脚。若支持USB On The Go(OTG)规范，则使用这个ID，用来辨识设备预设的模式(主机或设各)。因为，新的OTG规范已经修改USB规范延伸至点对点的方式来连接。新的USB OTG规范将使得USB设备不再局限于主机为整个USB总线上的惟一“主”设各。通过这种规范的延伸，所有的USB设备具备了主,从切换的特性。 表 USB缆线,连接器的信号与颜色 每个连接头内拥有4个引脚:其中2个用来传递差动数据，另2个则是供给USB设备电源。其中，一对电源线采用20,28AWG(America Wire Gauge，美国线规)的导线。 但对于传递差动数据的规线，就需要多加注意。USB的数据传输速率分为全速(12Mbps)与低速(1.5 Mbps)两种规范。虽然这两种传输格式都可以使用28AWG的导线，但是全速的差动数据信号线必须采用绞线对的形式，而且还须加上屏蔽的处理才可以。屏蔽的作用是防止高速传输时产生的EMI电磁干扰。但对于低速的差动数据信号线就无须使用绞线对或加上屏蔽处理。这样设计也是为了减少成本并符合经济效益。 虽然在USB的规范中，明确地规定了全速设备缆线的最长范围为5 m，低速设备则为3 m。但在实际的考虑上，就不得不考虑传输延迟的问题，记随着传输延迟的增加，缆线的最大长度也会随之递减。例如，对于全速设备而言，如果传输延迟高达9ns/m，缆线长度仅有3.3m;反之，若在稍微理想状态下，其传输延迟为6.5ns/m，缆线长度就可延伸至4.6m。 欢迎转载，信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com)