USB介绍.doc

第二章 USB 基本结构与特性§ USB 的基本结构和特性作初步的介绍,是否了解这些知识对于 USB 应用与设计至关重要,只有清楚地理解这些概念才能进行更好的设计。§ 协议总览 USB 是一种电缆总线,支持在主机和各式各样的即插即用的外设之间进行数据传输。USB 12Mb/s 的串行接口,并由不同类型的外设一起分享这个串行总线接口,而且一个 USB 主机可以对应于高达 127 个外设。其中,USB 主机是整个总线上的主控者,负责对各个外设发出各种命令。 USB 是以令牌包为基础的通信协议,当主机在总线上发布一种令牌包,此时一定会有一个符合其地址的设备根据这个令牌包做出相应的操作。此外, 12Mb/s 的总线带宽将被分割, 所有位于总线上的设备会以一定的时间间隔来分享它。 USB 仅含有四条线,两条是电源线(Vcc与GND) ,两条是以差分方式产生的信号线(D+ 与D-)。§ USB 系统模型 USB 系统以 USB 主机为核心,以外围的 USB 设备为功能,组成了系统模型。即, USB 提供的是主机和设备中间的一种数据通信服务。主机是 USB 的核心,每一次 USB 数据通信都必须是由主机来发起的,主机管理着每个 USB 设备。见图 2-1 ,图中的 Hub 是一类特殊的 USB 设备,它是一组 USB 的连接点,主机中有一个被嵌入的 Hub 叫根 Hub(root Hub) 。根 Hub 提供若干个连接点。图 2-1 USB 系统模型§ USB 主机图 2-2 USB 主机结构图2-2 表示了一个比较完整的 USB 主机组成部分[7,8] : 主控制器/根Hub USB 主控制器芯片提供 USB 的收发物理层,实现 USB 电缆上差模信号与数字信号的转换并提供端点的物理存储机制,还能根据 USB 的传输机制自动管理各个端点的存储与数据交换。此外, USB 主控制器还需提供与外围控制 CPU 的接口电路, 通过并行或串行的方式连接到 CPU 的总线上,从而建立与 CPU 的通信。而根 Hub 是 USB 的第一级 Hub ,提供 USB 的物理接口,供外围设备连接使用。 系统软件 USB 系统软件主要由 USB 核心驱动程序和 USB 主控制器驱动程序组成。USB 核心驱动程序是整个软件体系的核心部分,用来解释 USB 设备类驱动程序发送来的命令并将其划分为一系列的 USB 事务,然后发送给 USB 主控制器驱动程序。 USB 主控制器驱动程序负责最底层的驱动任务,控制和管理硬件底层,并负责将 USB 事务发送给 USB 主控制器芯片,最终将串行数据发送到电缆上。 USB 设备类驱动程序 USB 设备类驱动程序,它把用户要求的 USB 命令发送给 USB 的主控制器硬件, 同时初始化内存缓冲区,存储所有 USB 通信中的数据。而用户软件主要是指用户与USB 系统之间的一种界面,主要完成用户对于 USB 的控制,以及实时地进行一些数据的交互。§ USB 设备图 2-3 USB 设备结构见图 2-3 ,与 USB 主机相对应, USB 设备也同样分为 3个层次[9]: ,以USB 接口控制器作