USB20技術(shù)規(guī)范(中文)

1、USB20 技術(shù)規(guī)范(中文)1緒論起因Intel的目的主要基于以下三方面考慮(一)(二)易用性眾所周知,PC 機的改裝是極不靈活的對用戶友好的圖形化接口和一些軟硬件機制的結(jié)合加上新一代總線結(jié)構(gòu)使得計算機的沖突大量減少且易于改裝但以終端用戶的眼光來看PC 機的輸入/輸出如串行/并行端口鍵盤鼠標操縱桿接口等均還沒有達到即插即用的特性USB 正是在這種情況下問世的(三)端口擴充外圍設備的添加總是被相當有限的端口數(shù)目限制著缺少一個雙向價廉現(xiàn)有的連接只可對極少設備進行優(yōu)化對于PC 機的新的功能部件的添加需定義一個新的接口來滿足上述需要USB 就應運而生它是快速雙向同步動態(tài)連接且價格低廉的串行接口可以滿足

2、PC 機發(fā)展的現(xiàn)在和未來的需要USB本書規(guī)范了USB 的工業(yè)標準該規(guī)范介紹了USB 的總線特點協(xié)議內(nèi)容事務種類總線管理接口編程的設計以及建立系統(tǒng)制造外圍設備所需的標準設計USB下廣泛的使用該規(guī)范改進了便攜商務或家用電腦的現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)進而為系統(tǒng)生產(chǎn)商和外設開發(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)廣闊的市場并不必使用陳舊的接口害怕失去兼容性適用對象該規(guī)范主要面向外設開發(fā)商和系統(tǒng)生產(chǎn)商并且提供了許多有價值的信息給操作系統(tǒng)/BIOS/設備驅(qū)動平臺IHVS/ISVS 適配器以及各種計算機生產(chǎn)廠家使用該USB 版本的規(guī)范可以用來設計開發(fā)新產(chǎn)品改進一些經(jīng)典的模型并開發(fā)相應的軟件所有的產(chǎn)品都應遵循這個規(guī)

3、范 USB1.1本書結(jié)構(gòu)第一章至第四章為讀者提供了一個綱要第五章至第十章則提供了USB 的所有的具體技術(shù)細節(jié)外設廠家應著眼于第四章至第十章USB 的主機控制器應用主要參考第四章至第七章和第九十章USB四七九章UniveralSerialBuDeviceClaSpecification充和參考各種設備的規(guī)范是形形色色的如有疑問請與USBImplementForum 索要更多細節(jié)讀者也可以為向操作系統(tǒng)廠商索取關于USB2背景知識本章將對USB總線特性以及現(xiàn)行技術(shù)特點USBUSBPCUSB循以下幾個準則比特率的數(shù)據(jù)傳輸對聲音音頻和壓縮視頻等實時數(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

4、設備的技術(shù)綜合了不同PC 機的結(jié)構(gòu)和體系特點提供一個標準接口廣泛接納各種設備賦予PC機新的功能使之可以接納許多新設備使用的分類2-1(USB12M率可以包括中速和低速的情況總的來說中速的傳輸是同步的低速的數(shù)據(jù)來自交互的設備USB用于可移動的環(huán)境下的軟件體系通過對各種主機控制器提供支持以保證將來對USB低速10-20kb/ 中速500kb/-10Mb/低價格熱插拔易用性ISBNPB 某POTS 低價格易用性動態(tài)插拔限定帶寬和延遲 音頻磁盤25-500Mb/2-1特色USB 的規(guī)范能針對不同的性能價格比要求提供不同的選擇以滿足不同的系統(tǒng)和部件及相應不同的功能其主要特色可歸結(jié)為以下幾點終端用戶的易用

5、性為接纜和連接頭提供了單一模型電氣特性與用戶無關自我檢測外設自動地進行設備驅(qū)動設置動態(tài)連接動態(tài)重置的外設廣泛的應用性適應不同設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多個設備的同時操作可同時操作 127 個物理設備在主機和設備之間可以傳輸多個數(shù)據(jù)和信息流支持多功能的設備利用低層協(xié)議提高了總線利用率同步傳輸帶寬同步工作可以利用整個總線帶寬靈活性直接一系列大小的數(shù)據(jù)包允許對設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)行時間支持各種數(shù)據(jù)傳輸率通過協(xié)議對數(shù)據(jù)流進行緩沖處理健壯性出錯處理/差錯恢復機制在協(xié)議中使用對用戶感覺而言與PC產(chǎn)業(yè)的一致性協(xié)議的易實現(xiàn)性和完整性

6、與PC機的即插即用的體系結(jié)構(gòu)的一致對現(xiàn)存操作系統(tǒng)接口的良好銜接價廉物美以低廉的價格提供 1.5兆比特率的子通道設施將外設和主機硬件進行了最優(yōu)化的集成促進了低價格的外設的發(fā)展廉價的電纜和連接頭運用了商業(yè)技術(shù)升級路徑體系結(jié)構(gòu)的可升級性支持了在一個系統(tǒng)中可以有多個USB3本章主要內(nèi)容是關于USBUSB的標準的協(xié)議使各種設備分享USB當其它設備和主機在運行時總線允許添加設置使用以及拆除外設后續(xù)章節(jié)將著重描述USB 的細節(jié)USB一個USB系統(tǒng)主要被定義為三個部分USB 的互連USB的設備USB 的主機USB 的互連是指USB主要包括以下幾方面總線的拓撲結(jié)構(gòu)USB設備與主機之間的各種連接方式內(nèi)部層次關系根

7、據(jù)性能疊置USB的任務被分配到系統(tǒng)的每一個層次數(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方式USB的調(diào)度USB 提供了一個共享的連接對可以使用的連接進行了調(diào)度以支持同步數(shù)據(jù)傳輸并且避免的優(yōu)先級判別的開銷USB 的設備及主機的細節(jié)將講述于后總線布局技術(shù)USB 連接了USBUSB 主機USB構(gòu)每個網(wǎng)絡集線器是在星型的中心每條線段是點點連接從主機到集線器或其功能部件或從集線3-1 中可看出USB3.1.1.1USB在任何USB系統(tǒng)中只有一個主機USB和主機系統(tǒng)的接口稱作主機控制器主機控圖31制器可由硬件4.994.1.1.2USB 的設備USB 的設備如下所示:網(wǎng)絡集線器向USB

8、 提供了更多的連接點;功能器件為系統(tǒng)提供具體功能如ISDN 的連接數(shù)字的游戲桿或揚聲器USBUSB對USB協(xié)議的運用對標準USB 操作的反饋如設置和復位標準性能的描述性信息關于USB3.88物理接口USB 的物理接口的電氣特性在第六章,機械特性在第五章詳細介紹321 電氣特性USB3-2發(fā)送信號存在兩種數(shù)據(jù)傳輸率3-2USBUSB12Mbp低速模式需要更少的EMIUSB況下自動地動態(tài)切換因為過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低帶寬的設備(如鼠標)時鐘被調(diào)制后與差分數(shù)據(jù)一同被傳送出去時鐘信號被轉(zhuǎn)換成NRZI 碼收方可還原出原時鐘信號電纜中包括VBUSGND二條線向設備提

9、供電源VBUS+5V 電源USB寬最長可為幾米通過選擇合適的導線長度以匹配指定的IRdrop其它一些特性如設備能源預算和電纜適應度為了保證足夠的輸入電壓和終端阻抗重要的終端設備應位于電纜的尾部在每個端口都可檢測終端是否連接或分離并區(qū)分出高速或低速設備3.2.2 機械特性5接上行連接器和下行連接器是不可簡單的互換這樣就避免了集線器間的非法的循環(huán)往復的連接電纜中有四根導線一對互相纏繞的標準規(guī)格線一對符合標準的電源線連接器有四個方向具有屏蔽層以避免外界干擾并有易拆裝的特性電源主要包括兩方面電源分配即USB 的設備如何通過USB分配得到由主計算機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

10、設備如何與主機協(xié)調(diào)工作電源分配每個USBUSB全依靠電纜提供能源的設備稱作相反自供電設備而且集線器也可由與之相連的USB 設備提供電源受一定布局限制的帶有4-4(中鍵盤輸入筆和鼠標均為總線供能設備電源管理USB 主機與USBUSB與主機的能源管理系統(tǒng)結(jié)合共同處理各種電源子件如掛起喚醒并且有特色的是USB 設備應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計在電源傳感系統(tǒng)中如采用電池的筆記本電腦總線協(xié)議USB 總線屬一種輪訊方式的總線主機控制端口初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸每一總線執(zhí)行動作最多傳送三個數(shù)據(jù)包按照傳輸前制定好的原則在每次傳送開始時主機控制器發(fā)送

11、一個描述傳輸運作的種類方向USBUSB(tokenpacket)USB從設備到主機在傳輸開始時由標志包來標志數(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發(fā)送一個握手的數(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)傳輸在主機和設備的端口之間可視為一個通道存在兩種類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)帶寬傳送服務類型端口特性如方向和緩沖區(qū)大小有關多數(shù)通道在USB 設備設置完成后即存在USB 中有一個特殊的通道缺省控制通道它屬于消息通道當設備一啟動即存在從而為設備的設置查詢狀況和輸入控制信息提供一個入口事務預處理允

12、許對一些數(shù)據(jù)流的通道進行控制從而在硬件級上防止了對緩沖區(qū)的高估或低估通過發(fā)送不確認握手信號從而阻塞了數(shù)據(jù)的傳輸速度當不確認信號發(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制允許靈活的任務安排可使不同性質(zhì)的流通道同時正常工作這樣多種流通?？稍诓煌g隔進行工作傳送不同大小的數(shù)據(jù)包USB健壯性的特征在于使用差分的驅(qū)動接收和防護以保證信號完整性在數(shù)據(jù)和控制信息上加了循環(huán)冗余碼(CRC)利用協(xié)議自我恢復對流數(shù)據(jù)進行控制以保證同步信號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獨立開消除了負作用USB傳輸介質(zhì)產(chǎn)生的錯誤率是與自然界的異?，F(xiàn)象的概率相吻合是瞬時一現(xiàn)的因此就要在每個數(shù)

13、據(jù)包中加入檢測位來發(fā)現(xiàn)這些瞬時的錯誤并且提供了一系列硬件和軟件設施來保證數(shù)據(jù)的正確性協(xié)議中對每個包中的控制和數(shù)據(jù)位都提供了循環(huán)冗余碼校驗若出現(xiàn)了循環(huán)冗余碼的錯誤則被認為是該數(shù)據(jù)包已被損壞循環(huán)冗余碼可對一位或兩位的錯誤進行 100%的修復錯誤處理重新進行上一次失敗的傳輸傳輸中若遇到錯誤USB主機控制器將重新進行傳輸最多可再進行三次若錯誤依然存在則對客戶端軟件報告錯誤客戶端軟件可用一種特定的方法進行處理USB設備可以隨時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態(tài)變化3.6.1USB 設備的安裝所有的USB 設備都是通過端口接在USB 上網(wǎng)絡集線器知道這些指定的USB線器有一個狀態(tài)指

14、示器指明在其某個端口上USB指示在USB值給USB主機對每個設備指定唯一的USB 地址并檢測這種新裝的USB 設備是集線器還是功能部件主機為USB 設備建立了控制通道使用指定的USB 的地址和零號端口如果安裝的USB 設備是集線器并且USB設備連在其端口上那上述過程對每個USB 設備的安裝都要做一遍如果安裝的設備是功能部件那么主機中關于該設備的軟件將因設備的連接而被引發(fā)USB當USB設備從集線器的端口拆除后集線器關閉該端口并且向主機報告該設備已不存在USB的系統(tǒng)軟件將準確進行處理如果去除的USB 設備上集線器USB 的系統(tǒng)軟件將對集線器反連在其上的所有設備進行處理總線標號總線標號就是對連接在總

15、線上的設備指定唯一的地址的一種動作因為USB 允許USB 設備在任何時刻從USB上安裝或拆卸所以總線標號是USB的系統(tǒng)軟件始終要作的動作而且總線標號還包括對拆除設備的檢測和處理有許多通道例如一個USB設備存在一個端口可建立一個向其它USB 設備的端口發(fā)送數(shù)據(jù)的通道它可建立一個從其它USB 設備的端口接收數(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)傳送在設備連接時用來對設備進行設置還可對指定設備進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卣鞣磻幕仞佂綌?shù)據(jù)的傳送由預先確定的傳送延遲來填滿預定的USB 帶

16、寬對于任何對定的設備進行設置時一種通道只能支持上述一種方式的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)流模式的更多細節(jié)在第四章中詳述控制數(shù)據(jù)傳送當USB設備初次安裝時USB系統(tǒng)軟件使用控制數(shù)據(jù)對設備進行設置設備驅(qū)動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)組成如使用打印機和掃描儀時批量數(shù)據(jù)是連續(xù)的在硬件級上可使用錯誤檢測可以保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸并在硬件級上引入了數(shù)據(jù)的多次傳送此外根據(jù)其它一些總線動作被大量數(shù)據(jù)占用的帶寬可以相應的進行改變中斷數(shù)據(jù)傳輸中斷數(shù)據(jù)是少量的且其數(shù)據(jù)延遲時間也是有限范圍的這種數(shù)據(jù)可由設備在任何時刻發(fā)送并且以不慢于設備指定的速度在USB 上傳送中斷數(shù)據(jù)一般由事

17、件通告特征及座標號組成只有一個或幾個字節(jié)匹配定點設備的座標即為一例雖然精確指定的傳輸率不必要但USB 必須對交互數(shù)據(jù)提供一個反應時間的最低界限同步傳輸傳送和使用時是連續(xù)且實時的同步數(shù)據(jù)是以穩(wěn)定的速率發(fā)送和接收實時的信息除了傳輸速率同步數(shù)據(jù)對傳送延遲非常敏感避免的信號延遲與每個端口的可用緩沖區(qū)數(shù)有關一個典型的同步數(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USB實時的傳送同步數(shù)據(jù)肯定會發(fā)生潛在瞬時的數(shù)據(jù)流丟失現(xiàn)象換句話說即使許多硬件機制如重傳的引入也不能避免錯誤的產(chǎn)生實際應用中USBUSB給USB的傳速率USB 還為同步數(shù)據(jù)的傳送設計了最少延

18、遲時間指定USBUSB的帶寬分配給各個通道當一個通道建立后USB 就分配給它一定的帶寬USB 設備需要提供一些數(shù)據(jù)緩沖區(qū)若USB 提供了更多帶寬則需更多的緩沖區(qū)USB 的體系要保證緩沖引導的硬件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USB1B+D 直到T1USB同比特率并具有一個動態(tài)變動的范圍USB 規(guī)范對總線的每類轉(zhuǎn)輸規(guī)定的具體的原則3.8USB 設備USB種提供USB)USB設備需要提供自檢和屬性設置的信息USB 設備必須在任何時刻執(zhí)行與所定義的USB 設備的狀態(tài)相一致的動態(tài)當設備被連接址被操作的每一個USB 設備通過一個或多個通道與主機通訊所有USB 設備必

19、須在零號端口上有一指定的通道每個USB 設備的USB 控制通道將與之相連通過此控制通道所有的USB 設備都列入一個共同的準入機制以獲得控制操作的信息在零號端口上控制通道中的信息應完整的描述USB 設備此類信息主要有以下幾類標準信息這類信息是對所有USB 設備的共同性的定義包括一些如廠商識別設備種類電源管理等的項目設備設置接口及終端的描述在此給出關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 的設備類的定義主要反映其不同點USB廠商信息USB設備的廠商可自由的提供各種有關信息其格式不受該規(guī)范制約此外每個USB 設備均提供USB 的控制和狀態(tài)信息設備描述主要分為兩種設備類集線器

20、和功能部件只有集線器可以提供更多的USB 的連接點功能部件為主機提供了具體的功能集線器在即插即用的USB3-3圖3從用戶的觀點出發(fā)集線器極大簡化了USB 的互連復雜性而且以很低的價格和高易用性提供了設備的健壯性集線器串接在集中器上可讓不同性質(zhì)的設備連接在USB上連接點稱作端口每個集線器將一個連接點轉(zhuǎn)化成許多的連接點并且該體系結(jié)構(gòu)支持多個集線器的連接每個集線器的上游端口向主機方向進行連接每個集線器的下游端口允許連接另外的集線器或功能部件集線器可檢測每個下游端口的設備的安裝或拆卸并可對下游端口的設備分配能源每個下游端口都具有獨立的能力不論高速或低速設備均可連接集線器可將低速和高速端口的信號分開一個

21、集線器包括兩部分集線控制器Controller 和集線放大器(Repeater)集線放大器是一種在上游端口和下游端口之間的協(xié)議控制開關而且硬件上支持復位掛起喚醒的信號集線控制器提供了接口寄存器用于與主機之間的通信集線器允許主機對其特定狀態(tài)和控制命令進行設置并監(jiān)視和控制其端口功能部件功能部件是一種通過總線進行發(fā)送接收數(shù)據(jù)和控制信息的USB 設備通過一根電纜連接在集線器的某個端口上功能設備一般是一種相互無關的外設然而一個物理單元中可以有多個功能部件和一個內(nèi)置集線器并利用一根USB電纜這通常被稱為復合設備即一個集線器連向主機并有一個或多個不可拆卸的USB 設備連在其上每個功能設備都包含設置信息來描述

22、該設備的性能和所需資源主機要在功能部件典型的USB 體系結(jié)構(gòu)44 臺式機環(huán)境下的集線器使用前對其進行設置設置信息包括USB 帶寬分配選擇設備的設置信息等下機列舉了一些功能部件定位設備如鼠標或光筆輸入設備如鍵盤 電信適配器如3.9USB硬件和軟件USBUSB檢測USB 設備的安裝和拆卸管理在主機和USB設備之間的控制流管理在主機和USB 設備之間的數(shù)據(jù)流收集狀態(tài)和動作信息提供能量給連接的USB 設備主機上USB 的系統(tǒng)軟件管理USB 設備和主機上該設備軟件之間的相互交互USB 系統(tǒng)軟件與設備軟件間有三種相互作用方式同步數(shù)據(jù)傳輸異步數(shù)據(jù)傳輸電源管理設備和總線管理信息只要可能USB 系統(tǒng)軟件就會使用

23、目前的主機軟件接口來管理上述幾種方式3.10 體系結(jié)構(gòu)的擴充USB 的體系結(jié)構(gòu)包含主機控制驅(qū)動器和USB驅(qū)動器之間的接口的擴展使多個主機控制器和主機控制驅(qū)動器的使用成為可能02ACK:確認信號ActiveDevice:正在使用的設備AynchronouData: 異 步 數(shù) 據(jù) AynchronouRA:異步自適應速率AynchronouSRC:異步抽樣轉(zhuǎn)換率AudioDevice:音頻設備AWG#(AmericanWireGauge):美國電線標準Babble: 幀 傳 輸 中 的 總 線 動 作 Bandwidth:帶寬BigEndian:Bit:比特BitStuffing:數(shù)據(jù)填充,以使

24、PLL 可以提取時鐘信號b/:每秒多少比特B/: 每 秒 多 少 字 節(jié) Buffer:緩沖區(qū)BulkTranfer:批量傳送BuEnumeration:總線標號Byte: 字 節(jié) Capabilitie:能力Characteritic:特征Client:客戶ConfiguringSoftware:配置軟件ControlEndpoint:控制端口ControlPipe:控制通道ControlTranfer: 控 制 傳 送 CTI:計算機電信組織CyclicRedundancyCheck(CRC):循環(huán)冗余校驗DefaultAddre:缺省地址DefaultPipe:缺省通道Device:設備

25、器件DeviceAddreDeviceEndpointDeviceSoftwareDowntreamDWORDDynamicInertionandRemoval只讀存儲器EndUerEndpointEndpointAddreEndpointDirectionEOFEOP 包結(jié)束E 某ternalPortFaleEOPFrame 幀F(xiàn)ramePatternFull-duple全雙工FunctionHandhakePacketHotHotControllerDriver(HCD)主機控制驅(qū)動HotReoureHub 集線器HubTierHubInterruptRequet(IRQ)中斷請求Inte

26、rruptTranferI/ORequetPacketIRP/輸入請求包IochronouDataIochronouDevice步設備IochronouSinkEndpointIochronouSoureEndpointIochronouTranferJiffer 抖動kb/特kB/傳送速率每秒幾千字節(jié)LittleEndianLOALSb 最低比特LSB 最低字節(jié)Mb/傳送速率每秒幾兆比特MB/傳送速率每秒幾兆比特MeagePipeMSbMSBNAKObjectPacketPacketID(PID)數(shù)據(jù)包標示位Phae 時項相位PhaeLockedLoop(PLL)鎖相環(huán)PhyicalDevi

27、cePipePollingPortPowerOnReet(POR)電源復位ProgrammableDataRate 可編程數(shù)據(jù)速率Protocol 協(xié)議RateAdaptionRA 自適應速率RequetRetireRootHubSample 取樣抽樣SampleRate(F)抽樣速率SampleRateConverion(SRC)抽樣轉(zhuǎn)換率ServiceSeviceInterval 服務間隙ServiceJitterSeviceRateSOPStageStart-of- Frame(SOF)幀開始StreamPipeSynchronizationTypeRASynchronouSRCing(

28、TDM)時分復用TimeoutTranactionTranferTranferTypeTurn-aroundTimeUSB突UniveralSerialBuDriver(USBD)USB 提供的資源Uptream 上行VirtualDevice 虛擬設備Word16第四章USB 數(shù)據(jù)流模型本章介紹了數(shù)據(jù)如何在USB 中傳送將涉及到系統(tǒng)中關于信號的發(fā)送和協(xié)議定義的一層對于USB 系統(tǒng)中這一層中各個定義的詳細情況可參見第六章和第七章本章中介紹的數(shù)據(jù)傳送格式將在第八章到第十一章中逐步擴充所有的實現(xiàn)者必須閱讀此章以便了解USB 中一些非常核心的概念實現(xiàn)者的視圖USBUSB端用戶的角度看到的USB系統(tǒng)可

29、簡單地用圖 4.1表示USB 的有不同要求這它能使不同層次的實USB 實際通信流邏輯通信流 42USB各層次的具體細節(jié)將在以后逐步介紹特別地有四個層次的實現(xiàn)是較為集中的USB 物理設備(USBPhyicalDevice)USB上的一種硬件可運行一些用戶程序客戶軟件(clientoftware)為一個特定的USB 設備而在主機上運行的軟件這種軟件由USB設備的提供者提供或由操作系統(tǒng)提供USB 系統(tǒng)軟件(USBytemoftware) 此軟件用于在特定的操作系統(tǒng)中支持USB 它由操作系統(tǒng)提供與具體的USB 設備無關也獨立于客戶軟件USB 主機控制器(USBHotController):總線在主機方

30、面的接口是軟件和硬件的總和用于支持USB 設備通過USB 連到主機上這四個USB 系統(tǒng)的組成部分在功能上存在相互重疊的部分為了支持主機與客戶之間的堅固可靠的通信還需要在后面對這些部分進行細節(jié)性描述4-2USB組成USB連接USB 設備層對USB完成對設備的一般的USB機提供一些額外的功能USB輯上的對應于這些邏輯通信的實際物理通信由USB 總線接口層來完成關于USB5689介紹本章描述一些核心概念USB幾章中閱讀更加詳細的部分為了描述和管理USB 通信總線拓樸總線拓樸結(jié)構(gòu)包括四個重要的組成部分主機和設備USB 系統(tǒng)的基礎組成部分物理拓樸結(jié)構(gòu)描述USB 系統(tǒng)中的各組成部分是如何連接起來的邏輯拓樸

31、結(jié)構(gòu)描述USB 系統(tǒng)中各種組成部分的地位和作用以及描述從主機和設備的角度觀察到的USB 系統(tǒng)客戶軟件層與應用層的關系描述從客戶軟件層看到的應用層的情況以及從應用層看到的客戶軟件層的情況USB4-3 包括USB 主機控制器USBHotControllerUSB系統(tǒng)軟件集合USB實際通信流邏輯通信流USB 主機在USB理位置而且對于USB 以及連到USB所有的對USB 的訪問一個USB主機還負責監(jiān)督USB9USB一個USB4.4USBUSB應用層邏輯通信流4-4USBUSB多樣的但面向主機的接口卻是一致的所以對于所有這些設備主機可以用同樣的方式來管理它們與USB 有關的部分為了幫助主機辨認及確定U

32、SB 設備這些設備本身需要提供用于確認的信息在某一些方面的信息所有設備都是一樣的而另一些方面的信息由這些設備具體的功能決定信息的具體格式是不定的由設備所處的設備級決定對USB8423USB4-545USB圖中的HubUSBUSB個被嵌入的HubHub(rootHub)主機通過根Hub4-5用于提供具體功能的設備叫應用設備許多不同功能的設備放在一起被看作一個整體叫包例如鍵盤和軌跡球可以被視作一個整體在它的內(nèi)部提供具體功能的設備被永久地接到HubHub 被接到USBHub一個復合設備而這個HubHubHub4.2.4 總線邏輯拓樸結(jié)構(gòu)在物理結(jié)構(gòu)上設備通過Hub 連到主機上但在邏輯上主機是直接與各個邏輯設備通信的就好像它們是直接被連到主機上一樣這個邏輯關系如圖4-6 所示與之對應的物4-5Hub4-6起見未被畫出雖然USB對物理結(jié)構(gòu)有個了解例如在處理HubHubHub 10操縱USBUSBI/O在運行設備和客戶軟件的設計者就可以只關圖 4-7 說明了在圖 4-64-74.3USBUSBUSB間不同的交互USBUSBUSB通信每個通信都在設備上的某個端點結(jié)束不同設備的不同端點用于區(qū)分不同的通信流4-8