usb2.0的協(xié)議及規(guī)范

1、Usb2.0的協(xié)議規(guī)范第 1 章緒論1.1 起因In tel公司開發(fā)的通用串行總線架構(gòu)（USB的目的主要基于以下三方面考慮:（一）計(jì)算機(jī)與電話之間的連接:顯然用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信將是下一代 計(jì)算機(jī)基本的應(yīng)用。機(jī)器和人們的數(shù)據(jù)交互流動(dòng)需要一個(gè)廣泛而又便宜的連通 網(wǎng)絡(luò)。然而，由于目前產(chǎn)業(yè)間的相互獨(dú)立發(fā)展 ，尚未建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而USB則可以 廣泛的連接計(jì)算機(jī)和電話。（二）易用性：眾所周知，PC機(jī)的改裝是極不靈活的。對(duì)用戶友好的圖形化接 口和一些軟硬件機(jī)制的結(jié)合，加上新一代總線結(jié)構(gòu)使得計(jì)算機(jī)的沖突大量減 少，且易于改裝。但以終端用戶的眼光來看，PC機(jī)的輸入/輸出，如串行/并行端口、鍵盤、鼠標(biāo)、操縱

2、桿接口等，均還沒有達(dá)到即插即用的特性，USB正是在這種情況下問世的。（三）端口擴(kuò)充:外圍設(shè)備的添加總是被相當(dāng)有限的端口數(shù)目限制著。缺少一 個(gè)雙向、價(jià)廉、與外設(shè)連接的中低速的總線，限制了外圍設(shè)備（諸如電話 /電傳/調(diào)制解調(diào)器的適配器、掃描儀、鍵盤、P DA的開發(fā)?，F(xiàn)有的連接只可對(duì)極少設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于PC機(jī)的新的功能部件的添加需定義一個(gè)新的接口來滿足上述 需要，USB就應(yīng)運(yùn)而生。它是快速、雙向、同步、動(dòng)態(tài)連接且價(jià)格低廉的串行 接口，可以滿足PC機(jī)發(fā)展的現(xiàn)在和未來的需要。1.2USB規(guī)范的目標(biāo)本書規(guī)范了 USB的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范介紹了 USB的總線特點(diǎn)、協(xié)議內(nèi)容、 事務(wù)種類、總線管理、接口編程的設(shè)

3、計(jì)，以及建立系統(tǒng)、制造外圍設(shè)備所需的 標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)USB的目標(biāo)就是使不同廠家所生產(chǎn)的設(shè)備可以在一個(gè)開放的體系下廣 泛的使用。該規(guī)范改進(jìn)了便攜商務(wù)或家用電腦的現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為系統(tǒng)生 產(chǎn)商和外設(shè)開發(fā)商提供了足夠的空間來創(chuàng)造多功能的產(chǎn)品和開發(fā)廣闊的市場(chǎng)， 并不必使用陳舊的接口，害怕失去兼容性。1.3 適用對(duì)象該規(guī)范主要面向外設(shè)開發(fā)商和系統(tǒng)生產(chǎn)商。并且提供了許多有價(jià)值的信息 給操作系統(tǒng)/BIOS/設(shè)備驅(qū)動(dòng)平臺(tái)、IHVS/ISVS適配器，以及各種計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家 使用。該USB版本的規(guī)范可以用來設(shè)計(jì)開發(fā)新產(chǎn)品，改進(jìn)一些經(jīng)典的模型，并開 發(fā)相應(yīng)的軟件。所有的產(chǎn)品都應(yīng)遵循這個(gè)規(guī)范 USB 2.0.第 2 章

4、背景知識(shí)本章將對(duì)USB背景知識(shí)作簡(jiǎn)單描述，其中主要包括設(shè)計(jì)目標(biāo)、總線特性, 以及現(xiàn)行技術(shù)特點(diǎn)。2.1USB的設(shè)計(jì)目標(biāo)USB的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)PC機(jī)現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充。USB的設(shè)計(jì)主要遵循以 下幾個(gè)準(zhǔn)則：易于擴(kuò)充多個(gè)外圍設(shè)備；價(jià)格低廉，且支持 12M 比特率的數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)聲音音頻和壓縮視頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的充分支持；協(xié)議靈活，綜合了同步和異步數(shù)據(jù)傳輸；兼容了不同設(shè)備的技術(shù)；綜合了不同PC機(jī)的結(jié)構(gòu)和體系特點(diǎn);提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，廣泛接納各種設(shè)備；賦予PC機(jī)新的功能，使之可以接納許多新設(shè)備。2.2使用的分類表2-1按照數(shù)據(jù)傳輸率（USB可以達(dá)到）進(jìn)行了分類。可以看到，12M比特率可以包括中速和低速的情況。總的

5、來說，中速的傳輸是同步的，低速的數(shù)據(jù)來自交互的設(shè)備，USB設(shè)計(jì)的初衷是針對(duì)桌面電腦而不是應(yīng)用于可移動(dòng)的環(huán)境下 的。軟件體系通過對(duì)各種主機(jī)控制器提供支持以保證將來對(duì)USB的擴(kuò)充。性能應(yīng)用特性低速交互設(shè)備10-20kb/s 鍵盤、鼠標(biāo)、游戲棒低價(jià)格、熱插拔、易用性中速電話、音頻、壓縮視頻500kb/s-10Mb/s ISBN PBX POTS氐價(jià)格、易用性、動(dòng)態(tài)插拔、限定帶寬和延遲高速25-500Mb/s 音頻、磁盤高帶寬、限定延遲、易用性2.3 特色USB的規(guī)范能針對(duì)不同的性能價(jià)格比要求提供不同的選擇，以滿足不同的系統(tǒng)和部件及相應(yīng)不同的功能，其主要特色可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：終端用戶的易用性：為接纜和

6、連接頭提供了單一模型；電氣特性與用戶無關(guān)；自我檢測(cè)外設(shè)，自動(dòng)地進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)、設(shè)置；動(dòng)態(tài)連接，動(dòng)態(tài)重置的外設(shè)。廣泛的應(yīng)用性：適應(yīng)不同設(shè)備，傳輸速率從幾千比特率到幾十兆比特率；在同一線上支持同步、異步兩種傳輸模式；支持對(duì)多個(gè)設(shè)備的同時(shí)操作；可同時(shí)操作 127 個(gè)物理設(shè)備；在主機(jī)和設(shè)備之間可以傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)和信息流；支持多功能的設(shè)備；利用低層協(xié)議，提高了總線利用率。同步傳輸帶寬：確定的帶寬和低延遲適合電話系統(tǒng)和音頻的應(yīng)用；同步工作可以利用整個(gè)總線帶寬。靈活性：直接一系列大小的數(shù)據(jù)包，允許對(duì)設(shè)備緩沖器大小的選擇；通過指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小和執(zhí)行時(shí)間，支持各種數(shù)據(jù)傳輸率；通過協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩沖處理。健壯性：

7、出錯(cuò)處理 / 差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制在協(xié)議中使用；對(duì)用戶感覺而言，熱插拔是完全實(shí)時(shí)的；可以對(duì)有缺陷設(shè)備進(jìn)行認(rèn)定。與PC產(chǎn)業(yè)的一致性:協(xié)議的易實(shí)現(xiàn)性和完整性；與PC機(jī)的即插即用的體系結(jié)構(gòu)的一致;對(duì)現(xiàn)存操作系統(tǒng)接口的良好銜接。價(jià)廉物美以低廉的價(jià)格提供 1.5 兆比特率的子通道設(shè)施；將外設(shè)和主機(jī)硬件進(jìn)行了最優(yōu)化的集成；促進(jìn)了低價(jià)格的外設(shè)的發(fā)展；廉價(jià)的電纜和連接頭；運(yùn)用了商業(yè)技術(shù)。升級(jí)路徑：體系結(jié)構(gòu)的可升級(jí)性支持了在一個(gè)系統(tǒng)中可以有多個(gè)USB主機(jī)控制器。第 3 章體系結(jié)構(gòu)概述本章主要內(nèi)容是關(guān)于USB的概述和一些關(guān)鍵的概念。USB是 一種電纜總 線，支持在主機(jī)和各式各樣的即插即用的外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由主機(jī)預(yù)定

8、 的標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議使各種設(shè)備分享 USB帶寬，當(dāng)其它設(shè)備和主機(jī)在運(yùn)行時(shí)，總線允 許添加、設(shè)置、使用以及拆除外設(shè)。后續(xù)章節(jié)將著重描述USB的細(xì)節(jié)。3.1USB系統(tǒng)的描述一個(gè)USB系統(tǒng)主要被定義為三個(gè)部分:USB的互連;USB的設(shè)備;USB的主機(jī)。USB的互連是指USB設(shè)備與主機(jī)之間進(jìn)行連接和通信的操作，主要包括以 下幾方面：總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：USB設(shè)備與主機(jī)之間的各種連接方式；內(nèi)部層次關(guān)系：根據(jù)性能疊置，USB的任務(wù)被分配到系統(tǒng)的每一個(gè)層次;數(shù)據(jù)流模式：描述了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中通過 USB從產(chǎn)生方到使用方的流動(dòng)方 式;USB的調(diào)度：USB提供了一個(gè)共享的連接。對(duì)可以使用的連接進(jìn)行了調(diào)度 以支持同步數(shù)據(jù)傳輸，

9、并且避免的優(yōu)先級(jí)判別的開銷。USB的設(shè)備及主機(jī)的細(xì)節(jié)將講述于后。3.1.1 總線布局技術(shù)USB連接了 USB設(shè)備和USB主機(jī)，USB的物理連接是有層次性的星型結(jié) 構(gòu)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)集線器是在星型的中心，每條線段是點(diǎn)點(diǎn)連接。從主機(jī)到集線器 或其功能部件，或從集線器到集線器或其功能部件，從圖3-1中可看出USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3.1.1.1USB的主機(jī)器，的，在任何USB系統(tǒng)中，只有一個(gè)主機(jī)。USB和主機(jī)系統(tǒng)的接口稱作主機(jī)控制 主機(jī)控制器可由硬件、固件和軟件綜合實(shí)現(xiàn)。根集線器是由主機(jī)系統(tǒng)整合 用以提供更多的連接點(diǎn)4.1.1.2USB 的設(shè)備USB 的設(shè)備如下所示 :網(wǎng)絡(luò)集線器，向USB提供了更多的連接點(diǎn)；

10、功能器件：為系統(tǒng)提供具體功能，如ISD N的連接，數(shù)字的游戲桿或揚(yáng)聲器。USB設(shè)備提供的USB標(biāo)準(zhǔn)接口的主要依據(jù):對(duì)USB協(xié)議的運(yùn)用;對(duì)標(biāo)準(zhǔn)USB操作的反饋，如設(shè)置和復(fù)位;標(biāo)準(zhǔn)性能的描述性信息;3.2物理接口3 21 電氣特性USB傳送信號(hào)和電源是通過一種四線的電纜，圖3-2中的兩根線是用于發(fā)送信號(hào)。存在兩種數(shù)據(jù)傳輸率:.USB的高速信號(hào)480MUSB的全速信號(hào)的比特率定為12Mb ps;低速信號(hào)傳送的模式定為1.5Mb ps;低速模式需要更少的EMI保護(hù)。兩種模式可在用同一 USB總線傳輸?shù)那闆r 下自動(dòng)地動(dòng)態(tài)切換。因?yàn)檫^多的低速模式的使用將降低總線的利用率，所以該 模式只支持有限個(gè)低帶寬的設(shè)

11、備（如鼠標(biāo)）。時(shí)鐘被調(diào)制后與差分?jǐn)?shù)據(jù)一同被傳送 出去，時(shí)鐘信號(hào)被轉(zhuǎn)換成 NRZI碼，并填充了比特以保證轉(zhuǎn)換的連續(xù)性，每一數(shù) 據(jù)包中附有同步信號(hào)以使得收方可還原出原時(shí)鐘信號(hào)。電纜中包括VBUS、GND二條線，向設(shè)備提供電源。VBUS使用+5V電 源。USB對(duì)電纜長(zhǎng)度的要求很寬，最長(zhǎng)可為幾米。通過選擇合適的導(dǎo)線長(zhǎng)度以 匹配指定的IR drop和其它一些特性，如設(shè)備能源預(yù)算和電纜適應(yīng)度。為了保證 足夠的輸入電壓和終端阻抗。重要的終端設(shè)備應(yīng)位于電纜的尾部。在每個(gè)端口 都可檢測(cè)終端是否連接或分離，并區(qū)分出高速，或低速設(shè)備。322機(jī)械特性電纜和連接器的機(jī)械特性將在第 5章詳述。所有設(shè)備都有一個(gè)上行的連 接

12、。上行連接器和下行連接器是不可簡(jiǎn)單的互換，這樣就避免了集線器間的非 法的循環(huán)往復(fù)的連接，電纜中有四根導(dǎo)線：一對(duì)互相纏繞的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格線，一對(duì) 符合標(biāo)準(zhǔn)的電源線，連接器有四個(gè)方向，具有屏蔽層，以避免外界干擾，并有 易拆裝的特性。3.3電源主要包括兩方面:電源分配：即USB的設(shè)備如何通過USB分配得到由主計(jì)算機(jī)提供的能源;電源管理：即通過電源管理系統(tǒng)，USB的系統(tǒng)軟件和設(shè)備如何與主機(jī)協(xié)調(diào) 工作。3.3.1 電源分配每個(gè)USB單元通過電纜只能提供有限的能源。主機(jī)對(duì)那種直接相連的USB總線供能 ”設(shè)備。設(shè)備提供電源供其使用。并且每個(gè) USB設(shè)備都可能有自己的電源。那些完全依 靠電纜提供能源的設(shè)備稱作 “總

13、線供能”設(shè)備。相反，那些可選擇能源來源的設(shè) 備稱作 自供電”設(shè)備。而且，集線器也可由與之相連的 USB設(shè)備提供電源。受 一定布局限制的帶有 “總線供能”集線器的體系結(jié)構(gòu)將在第十章討論。在圖 4-4（位于 3.8）中，鍵盤，輸入筆和鼠標(biāo)均為3.3.2 電源管理USB的系統(tǒng)軟件可以與喚醒，并且有特色的USB主機(jī)與USB系統(tǒng)有相互獨(dú)立的電源管理系統(tǒng)。 主機(jī)的能源管理系統(tǒng)結(jié)合共同處理各種電源子件如掛起、 是，USB設(shè)備應(yīng)用特有的電源管理特性，可讓系統(tǒng)軟件和控制其電源管理。USB的電源分配和電源管理特性使之可以被設(shè)計(jì)在電源傳感系統(tǒng)中，如采 用電池的筆記本電腦。3.4 總線協(xié)議USB總線屬一種輪訊方式的總

14、線，主機(jī)控制端口初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸。每一總線執(zhí)行動(dòng)作最多傳送三個(gè)數(shù)據(jù)包。按照傳輸前制定好的原則，在每 次傳送開始時(shí)，主機(jī)控制器發(fā)送一個(gè)描述傳輸運(yùn)作的種類、方向，USB設(shè)備地址和終端號(hào)的USB數(shù)據(jù)包，這個(gè)數(shù)據(jù)包通常稱為標(biāo)志包（token packet）。USB設(shè) 備從解碼后的數(shù)據(jù)包的適當(dāng)位置取出屬于自己的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸方向不是從主 機(jī)到設(shè)備就是從設(shè)備到主機(jī)。在傳輸開始時(shí)，由標(biāo)志包來標(biāo)志數(shù)據(jù)的傳輸方 向，然后發(fā)送端開始發(fā)送包含信息的數(shù)據(jù)包或表明沒有數(shù)據(jù)傳送。接收端也要 相應(yīng)發(fā)送一個(gè)握手的數(shù)據(jù)包表明是否傳送成功。發(fā)送端和接收端之間的USB數(shù)據(jù)傳輸，在主機(jī)和設(shè)備的端口之間，可視為一個(gè)通道。存在兩種類

15、型的通道： 流和消息。流的數(shù)據(jù)不像消息的數(shù)據(jù)，它沒有 USB所定義的結(jié)構(gòu)，而且通道與 數(shù)據(jù)帶寬、傳送服務(wù)類型，端口特性（如方向和緩沖區(qū)大?。┯嘘P(guān)。多數(shù)通道 在USB設(shè)備設(shè)置完成后即存在。USB中有一個(gè)特殊的通道一一缺省控制通道， 它屬于消息通道，當(dāng)設(shè)備一啟動(dòng)即存在，從而為設(shè)備的設(shè)置、查詢狀況和輸入 控制信息提供一個(gè)入口。事務(wù)預(yù)處理允許對(duì)一些數(shù)據(jù)流的通道進(jìn)行控制，從而在硬件級(jí)上防止了對(duì) 緩沖區(qū)的高估或低估，通過發(fā)送不確認(rèn)握手信號(hào)從而阻塞了數(shù)據(jù)的傳輸速度。 當(dāng)不確認(rèn)信號(hào)發(fā)過后，若總線有空閑，數(shù)據(jù)傳輸將再做一次。這種流控制機(jī)制 允許靈活的任務(wù)安排，可使不同性質(zhì)的流通道同時(shí)正常工作，這樣多種流通常 可

16、在不同間隔進(jìn)行工作，傳送不同大小的數(shù)據(jù)包。3.5 健壯性USB健壯性的特征在于:使用差分的驅(qū)動(dòng)接收和防護(hù)，以保證信號(hào)完整性；在數(shù)據(jù)和控制信息上加了循環(huán)冗余碼 （CRC；）對(duì)裝卸的檢測(cè)和系統(tǒng)級(jí)資源的設(shè)置；對(duì)丟失或損壞的數(shù)據(jù)包暫停傳輸、利用協(xié)議自我恢復(fù)；對(duì)流數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，以保證同步信號(hào)和硬件緩沖管理的安全；數(shù)據(jù)和控制通道的建立，使功能部件的相互不利的影響?yīng)毩㈤_，消除了負(fù) 作用。3.5.1 錯(cuò)誤檢測(cè)USB傳輸介質(zhì)產(chǎn)生的錯(cuò)誤率是與自然界的異?，F(xiàn)象的概率相吻合，是瞬時(shí) 一現(xiàn)的，因此就要在每個(gè)數(shù)據(jù)包中加入檢測(cè)位來發(fā)現(xiàn)這些瞬時(shí)的錯(cuò)誤，并且提 供了一系列硬件和軟件設(shè)施來保證數(shù)據(jù)的正確性。協(xié)議中對(duì)每個(gè)包中的控制

17、和數(shù)據(jù)位都提供了循環(huán)冗余碼校驗(yàn)，若出現(xiàn)了循 環(huán)冗余碼的錯(cuò)誤則被認(rèn)為是該數(shù)據(jù)包已被損壞，循環(huán)冗余碼可對(duì)一位或兩位的 錯(cuò)誤進(jìn)行 100%的修復(fù)。3.5.2 錯(cuò)誤處理協(xié)議在硬件或軟件級(jí)上提供對(duì)錯(cuò)誤的處理。硬件的錯(cuò)誤處理包括匯報(bào)并重 新進(jìn)行上一次失敗的傳輸、傳輸中若遇到錯(cuò)誤，USB主機(jī)控制器將重新進(jìn)行傳輸，最多可再進(jìn)行三次。若錯(cuò)誤依然存在，則對(duì)客戶端軟件報(bào)告錯(cuò)誤，客戶端 軟件可用一種特定的方法進(jìn)行處理。3.6 系統(tǒng)設(shè)置USB設(shè)備可以隨時(shí)的安裝和折卸，因此，系統(tǒng)軟件在物理的總線布局上必 須支持這種動(dòng)態(tài)變化。361USB設(shè)備的安裝所有的USB設(shè)備都是通過端口接在USB上，網(wǎng)絡(luò)集線器知道這些指定的 USB設(shè)

18、備，集線器有一個(gè)狀態(tài)指示器指明在其某個(gè)端口上，USB設(shè)備是否被安裝或拆除了，主機(jī)將所有的集線器排成隊(duì)列以取回其狀態(tài)指示。在USB設(shè)備安裝后，主機(jī)通過設(shè)備控制通道激活該端口并以預(yù)設(shè)的地址值給USB設(shè)備。主機(jī)對(duì)每個(gè)設(shè)備指定唯一的 USB地址。并檢測(cè)這種新裝的USB設(shè)備是集線 器還是功能部件。主機(jī)為USB設(shè)備建立了控制通道，使用指定的 USB的地址和零號(hào)端口。如果安裝的USB設(shè)備是集線器，并且USB設(shè)備連在其端口上，那上述過程 對(duì)每個(gè)USB設(shè)備的安裝都要做一遍。如果安裝的設(shè)備是功能部件，那么主機(jī)中關(guān)于該設(shè)備的軟件將因設(shè)備的連 接而被引發(fā)。362USB設(shè)備的拆卸當(dāng)USB設(shè)備從集線器的端口拆除后，集線器

19、關(guān)閉該端口，并且向主機(jī)報(bào)告 該設(shè)備已不存在。USB的系統(tǒng)軟件將準(zhǔn)確進(jìn)行處理，如果去除的 USB設(shè)備上集線器，USB的 系統(tǒng)軟件將對(duì)集線器反連在其上的所有設(shè)備進(jìn)行處理。3.6.3總線標(biāo)號(hào)總線標(biāo)號(hào)就是對(duì)連接在總線上的設(shè)備指定唯一的地址的一種動(dòng)作，因?yàn)閁SB允許USB設(shè)備在任何時(shí)刻從USB上安裝或拆卸，所以總線標(biāo)號(hào)是 USB的系 統(tǒng)軟件始終要作的動(dòng)作，而且總線標(biāo)號(hào)還包括對(duì)拆除設(shè)備的檢測(cè)和處理。3.7 數(shù)據(jù)流種類數(shù)據(jù)和控制信號(hào)在主機(jī)和 USB設(shè)備間的交換存在兩種通道：?jiǎn)蜗蚝碗p向。 USB的數(shù)據(jù)傳送是在主機(jī)軟件和一個(gè) USB設(shè)備的指定端口之間。這種主機(jī)軟件 和USB設(shè)備的端口間的聯(lián)系稱作通道。總的來說，

20、各通道之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)是相 互獨(dú)立的。一個(gè)指定的USB設(shè)備可有許多通道。例如，一個(gè)USB設(shè)備存在一個(gè)端口，可建立一個(gè)向其它 USB設(shè)備的端口, 發(fā)送數(shù)據(jù)的通道，它可建立一個(gè)從其它 USB設(shè)備的端口接收數(shù)據(jù)的通道。USB的結(jié)構(gòu)包含四種基本的數(shù)據(jù)傳輸類型:控制數(shù)據(jù)傳送：在設(shè)備連接時(shí)用來對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，還可對(duì)指定設(shè)備進(jìn)行 控制，如通道控制； 批量數(shù)據(jù)傳送：大批量產(chǎn)生并使用的數(shù)據(jù)，在傳輸約束 下，具有很廣的動(dòng)態(tài)范圍； 中斷數(shù)據(jù)的傳送：用來描述或匹配人的感覺或?qū)μ?征反應(yīng)的回饋。同步數(shù)據(jù)的傳送：由預(yù)先確定的傳送延遲來填滿預(yù)定的USB帶寬。對(duì)于任何對(duì)定的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時(shí)一種通道只能支持上述一種方式的數(shù)據(jù)傳輸，

21、數(shù)據(jù)流模式的更多細(xì)節(jié)在第四章中詳述。3.7.1 控制數(shù)據(jù)傳送當(dāng)USB設(shè)備初次安裝時(shí)，USB系統(tǒng)軟件使用控制數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，設(shè) 備驅(qū)動(dòng)程序通過特定的方式使用控制數(shù)據(jù)來傳送，數(shù)據(jù)傳送是無損性的。3.7.2 批量數(shù)據(jù)傳送批量數(shù)據(jù)是由大量的數(shù)據(jù)組成，如使用打印機(jī)和掃描儀時(shí)，批量數(shù)據(jù)是連 續(xù)的。在硬件級(jí)上可使用錯(cuò)誤檢測(cè)可以保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，并在硬件級(jí)上引 入了數(shù)據(jù)的多次傳送。此外根據(jù)其它一些總線動(dòng)作，被大量數(shù)據(jù)占用的帶寬可 以相應(yīng)的進(jìn)行改變。3.7.3 中斷數(shù)據(jù)傳輸中斷數(shù)據(jù)是少量的，且其數(shù)據(jù)延遲時(shí)間也是有限范圍的。這種數(shù)據(jù)可由設(shè) 備在任何時(shí)刻發(fā)送，并且以不慢于設(shè)備指定的速度在 USB上傳送。中斷數(shù)

22、據(jù)一般由事件通告，特征及座標(biāo)號(hào)組成，只有一個(gè)或幾個(gè)字節(jié)。匹 配定點(diǎn)設(shè)備的座標(biāo)即為一例，雖然精確指定的傳輸率不必要，但USB必須對(duì)交互數(shù)據(jù)提供一個(gè)反應(yīng)時(shí)間的最低界限。3.7.4 同步傳輸同步數(shù)據(jù)的建立、傳送和使用時(shí)是連續(xù)且實(shí)時(shí)的，同步數(shù)據(jù)是以穩(wěn)定的速 率發(fā)送和接收實(shí)時(shí)的信息，同步數(shù)據(jù)要使接收者與發(fā)送者保持相同的時(shí)間安 排，除了傳輸速率，同步數(shù)據(jù)對(duì)傳送延遲非常敏感。所以同步通道的帶寬的確 定，必須滿足對(duì)相關(guān)功能部件的取樣特性。不可避免的信號(hào)延遲與每個(gè)端口的 可用緩沖區(qū)數(shù)有關(guān)。一個(gè)典型的同步數(shù)據(jù)的例子是語音，如果數(shù)據(jù)流的傳送率 不能保持，數(shù)據(jù)流是否丟失將取決于緩沖區(qū)的大小和損壞的程度。即使數(shù)據(jù)在 U

23、SB硬件上以合適的速率傳送，軟件造成的傳送延遲將對(duì)那些如電話會(huì)議等實(shí) 時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用造成損害。實(shí)時(shí)的傳送同步數(shù)據(jù)肯定會(huì)發(fā)生潛在瞬時(shí)的數(shù)據(jù)流丟失現(xiàn)象，換句話說， 即使許多硬件機(jī)制，如重傳的引入也不能避免錯(cuò)誤的產(chǎn)生。實(shí)際應(yīng)用中， USB 的數(shù)據(jù)出錯(cuò)率小到幾乎可以忽略不計(jì)。從USB的帶寬中，給USB同步數(shù)據(jù)流分配了專有的一部分以滿足所想得到 的傳速率，USB還為同步數(shù)據(jù)的傳送設(shè)計(jì)了最少延遲時(shí)間。3.7.5指定USB帶寬USB的帶寬分配給各個(gè)通道，當(dāng)一個(gè)通道建立后，USB就分配給它一定的帶寬，USB設(shè)備需要提供一些數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。若 USB提供了更多帶寬，貝懦更多的 緩沖區(qū)。USB的體系要保證緩沖引導(dǎo)的硬件

24、的延遲限定在幾毫秒內(nèi)。USB的帶寬容量可以容納多種不同的數(shù)據(jù)流，因此保證 USB上可以連接大 量設(shè)備，如可以容納從1B+D直到T1速率范圍的電信設(shè)備。同時(shí) USB支持在同 一時(shí)刻不同設(shè)備具有不同比特率，并具有一個(gè)動(dòng)態(tài)變動(dòng)的范圍。USB規(guī)范對(duì)總線的每類轉(zhuǎn)輸規(guī)定的具體的原則。3.8USB設(shè)備USB設(shè)備分為諸如集線器、分配器或文本設(shè)備等種類。集線器類指的是一 種提供USB連接點(diǎn)的設(shè)備，USB設(shè)備需要提供自檢和屬性設(shè)置的信息，USB設(shè)備必須在任何時(shí)刻執(zhí)行與所定義的 USB設(shè)備的狀態(tài)相一致的動(dòng)態(tài)。3.8.1 設(shè)備特性當(dāng)設(shè)備被連接、編號(hào)后，該設(shè)備就擁有一個(gè)唯一的USB地址。設(shè)備就是通過該USB地址被操作的

25、，每一個(gè)USB設(shè)備通過一個(gè)或多個(gè)通道與主機(jī)通訊。所 有USB設(shè)備必須在零號(hào)端口上有一指定的通道，每個(gè) USB設(shè)備的USB控制通道 將與之相連。通過此控制通道，所有的 USB設(shè)備都列入一個(gè)共同的準(zhǔn)入機(jī)制， 以獲得控制操作的信息。在零號(hào)端口上，控制通道中的信息應(yīng)完整的描述 USB設(shè)備、此類信息主要 有以下幾類：標(biāo)準(zhǔn)信息：這類信息是對(duì)所有 USB設(shè)備的共同性的定義，包括一 些如廠商識(shí)別、設(shè)備種類、電源管理等的項(xiàng)目。設(shè)備設(shè)置、接口及終端的描述 在此給出。關(guān)于這些具體的描述信息在第九章給出；類別信息：此類信息給出了不同 USB的設(shè)備類的定義，主要反映其不同 點(diǎn)。USB廠商信息：USB設(shè)備的廠商可自由的提

26、供各種有關(guān)信息，其格式不受 該規(guī)范制約。此外，每個(gè) USB設(shè)備均提供USB的控制和狀態(tài)信息。3.8.2 設(shè)備描述主要分為兩種設(shè)備類：集線器和功能部件。只有集線器可以提供更多的USB的連接點(diǎn)，功能部件為主機(jī)提供了具體的功能。3.8.2.1 集線器在即插即用的USB的結(jié)構(gòu)體系中，集線器是一種重要設(shè)備。圖所示是一種典型的集線器。從用戶的觀點(diǎn)出發(fā)，集線器極大簡(jiǎn)化了USB的互連復(fù)雜性，而且以很低的價(jià)格和高易用性提供了設(shè)備的健壯性。集線器串接在集中器上，可讓不同性質(zhì)的設(shè)備連接在USB上，連接點(diǎn)稱作端口。每個(gè)集線器將一個(gè)連接點(diǎn)轉(zhuǎn)化成許多的連接點(diǎn)。并且該體系結(jié)構(gòu)支持多 個(gè)集線器的連接。每個(gè)集線器的上游端口向主機(jī)方向進(jìn)行連接。每個(gè)集線器的下游端口允許