usb系统结构与应用设计

usb系统结构与应用 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 USB系统结构与应用设计 摘 要:通用串行总线(USB)是一种简单的计算机外围接口 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 。它具有即插即用、扩展方便等优点～已成为计算机必备的一个接口。本文简要介绍USB总线的功能、拓朴结构及其数据传输过程～并举例说明USB接口的实际应用。 关键词:通用串行总线 USB接口 外围接口标准 一、USB接口背景 在早期的计算机系统上常用串口或并口连接外围设备。每个接口都需要占用计算机的系统资源(如中断～I/O地址～DMA通道等)。无论是串口还是并口都是点对点的连接～一个接口仅支持一个设备。因此每添加一个新的设备～就需要添加一个ISA/EISA 或PCI卡来支持～同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。 USB总线是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司联合提出的一种新的串行总线标准～主要用于PC机与外围设备的互联。USB总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点～已被广泛地用在PC机及嵌入式系统上。 二、USB总线优缺点 1.优 点 ,1,使用简单 所用USB系统的接口一致～连线简单。系统可对设备进行自动 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 和配置～支持热插拔。新添加设备系统不需要重新启动。 ,2,应用范围广 USB系统数据报文附加信息少～带宽利用率高～可同时支持同步传输和异步传输两种传输方式。一个USB系统最多可支持127个物理设备。USB设备的带宽可从几Kbps  到几Mbps (在USB2.0版本～最高可达几百Mbps)。一个USB系统可同时支持不同速率的设备～如低速的键盘、鼠标～全速的ISDN、语音～高速的磁盘、图像等(仅USB2.0版本支持高速设备)。 ,3,较强的纠错能力 USB系统可实时地管理设备插拔。在USB 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 中包含了传输错误管理、错误恢复等功能～同时根据不同的传输类型来处理传输错误。 ,4,总线供电 USB总线可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电～最大可提供500mA的电流。USB设备也可采用自供电方式。 ,5,低成本 USB接口电路简单～易于实现～特别是低速设备。USB系统接口/电缆也比较简单～成本比串口/并口低。 2.缺 点 USB技术还不是很成熟～特别是高速设备。市场上现有的USB设备价格都比较昂贵～但随着USB技术的日益成熟～设备的不断增加和广泛应用～其价格将会有所降低。 三、USB系统拓扑结构 一个USB系统包含三类硬件设备: USB主机(USB HOST)、 USB设备(USB DEVICE)、USB集线器(USB HUB)～如图1所示。 ,1,USB HOST 在一个USB系统中～当且仅当有一个USB HOST 时～USB HOST有以下功能: ? 管理USB系统, ? 每毫秒产生一帧数据, ? 发送配置请求对USB设备进行配置操作, ? 对总线上的错误进行管理和恢复。 ,2,USB DEVICE 在一个USB系统中～USB DEVICE和USB HUB总数不能超过127个。USB DEVICE接收USB总线上的所有数据包～通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包:若地址不符～则简单地丢弃该数据包,若地址相符～则通过响应USB HOST的数据包与USB HOST进行数据传输。 ,3,USB HUB USB HUB用于设备扩展连接～所有USB DEVICE都连接在USB HUB的端口上。一个USB HOST总与一个根 HUB (USB ROOT HUB)相连。USB HUB 为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时～USB HUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作～并通过响应USB HOST的数据包把端口状态汇报给USB HOST。一般来说～USB设备与USB HUB间的连线长度不超过5m～USB系统的级联不能超过5级,包括ROOT HUB,。 四、USB总线数据传输 USB总线上数据传输的结构如图2所示。 从物理结构上～USB系统是一个星形结构,但在逻辑结构上～每个USB逻辑设备都是直接与USB HOST相连进行数据传输的。在USB总线上～每ms传输1帧数据。每帧数据可由多个数据包的传输过程组成。USB设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应该数据传输。在USB标准1.1版本中～规定了4种传输方式以适应不同的传输需求: ,1,控制传输,control transfer, 控制传输发送设备请求信息～主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址～设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节～而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节。 ,2,同步传输,isochronous transfer, 同步传输仅适用于全速/高速设备。同步传输每ms进 行一次传输～有较大的带宽～常用于语音设备。同步传输每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。 ,3,中断传输,interrupt transfer, 中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1~255ms～而低速设备的中断传输周期为10~255ms。全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为64个字节～而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为8个字节。 ,4,块数据传输,bulk transfer, 块数据传输是非周期性的数据传输～仅全速/高速设备支持块数据传输～同时～当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输。块数据传输每次数据传输的最大有效负荷可为64个字节。 五、典型应用 USB系统的典型应用如图3所示。 在图3所示系统中～显示器、Audio、Modem皆为全速设备～键盘、鼠标为低速设备。其数据传输为: ? USB HOST通过控制传输更改显示器属性。 ? USB&nbs 1p;HOST通过块数据传输将要显示的数据送给显示器。 ? USB HOST通过控制传输更改键盘、鼠标属性。 ? USB HOST通过中断传输要求键盘、鼠标输入读入系统。 ? USB HOST通过控制传输更改Audio属性。 ? USB HOST通过同步传输与Audio设备传输数据。 ? USB HOST通过控制传输更改Modem属性。 ? USB HOST通过块数据传输与Modem设备传输数据 六、一个USB HOST接口的软硬件设计 市场上现已有很多公司提供的USB接口器件～如 PHILIPS的PDIUSBD11/PDIUSBD12～OKI的MSM60581～NATIONAL的USBN9602～LUCENT的USS-820/USS-620～SCANLOGIC的SL11～等等。 同时也有很多带USB接口的处理器～如CYPRESS的EZ-USB～AMD的AM186CC～ATMEL的AT43320～MOTOROLA的PPC823/PPC850～等等。下面给出用SCANLOGIC的USB接口器件SL11HT实现嵌入式USB HOST的例子。 1.SL11HT特点 ? 遵从USB1.1标准, ? 支持全速/低速传输, ? 支持主机/设备端两种模式, ? 3.3/5.0V供电, ? 片内包含256个字节的SRAM, ? 48MHz晶振输入。 当SL11HT被用作USB HOST接口时～对系统有以下要求: ? 由系统维护SOF帧数目, ? 由系统生成CRC5效验码, ? 要求系统中断潜伏期小于1.5μs。 2.SL11HT接口硬件框图 图4简单地给出了使用SL11HT扩展USB接口的框图～更详细的硬件连线图请见参考文献2,3。 3.USB HOST端软件结构 USB HOST端软件结构如图5所示。 ,1,USB接口驱动程序 USB接口驱动程序需实现以下功能:  ? USB接口器件的初始化, ? 计算上层数据包的效验和～发送上层的数据 包, ? 发送SOF帧, ? 接收从USB接口传送来的数据～并检查数据的有效性, ? 将接收到的数据送往上层。 ,2,USB协议栈驱动程序 USB协议栈驱动程序需实现以下功能:  ? 提供与设备驱动程序的接口, ? 读取并解析USB设备描述符～配置描述符, ? 为USB设备分配唯一的地址, ? 使用默认的配置来配置设备, ? 支持基本的USB命令请求, ? 连接设备与相应的驱动程序, ? 转发设备驱动程序的数据包。 ,3,设备驱动程序 设备驱动程序需实现以下功能:  ? 提供与应用程序的接口, ? 读取并解析USB设备特有的描述符～获得设备提供的传输通道, ? 发送设备特有的和基本的USB命令请求, ? 通过设备提供的传输通道与设备进行数据传输, ? 通过USB命令请求重新配置设备。