（信号与信息处理专业论文）基于usb总线的单向数据传输系统研究.pdf

四川大学硕士学位论文 基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 信号与信息处理专业 研究生魏华指导老师刘嘉勇 摘要 u s b 总线是一种通用串行总线，以其方便易用、快速、价格低廉的特性，已经 被广泛应用于各种数据传输设备。现在大部分的p c 主机都有u s b 接口，有人预言未 来所有的总线接口都将被u s b 技术统一。u s b 接口技术为p c 主机问的数据传输提供 了便捷的解决方案。 在某些特定的场合，例如在安全性要求很高的内部网络与公共i n t e r n e t 网络 之问传输文件，要求文件及数据只能由连接到公网的p c 主机传输到连接在内部网络 中的某台p c 主机，即单向安全快速的传输文件及数据，即使内部网络上的主机系统 被非法控制的情况下，文件及数据也无法实现反向传输。利用u s b 总线可实现文件 及数据的快速传输，利用单片机的控制特性可在硬件层实现单向的可靠控制传输。 本文实现了一种利用u s b 接口技术在两台p c 主机之间单向安全传输文件的解 决方案。我们设计了个u s b 设备，它有两个u s b 总线接口，分为主机端秘从车凡端， 可分别连接两台p c 主机的u s b 接口，文件及数据只能由主机端发往从机端，而不能 反方向传输。由p 8 9 、5 l r d 2 单片杌作为主控m c u ，选用p d i u s b d l 2 作为u s b 总线控 制器，m c u 通过对p d i u s b d l 2 器件进行初始化及u s b 事件响应处理来实现数据传输。 我们通过硬件及软件两方面来保证数据传输的单向性。第一，在硬件层， p 8 9 v 5 1 r d 2 有s p i 总线接口，可设置为主机和从机，利用s p i 总线的接口特性，其 艟q s i 引脚为主机输出扶机输入数据线，m i s o 为主机输入从机输出数据线，在s p i 总线工作时，两条线上的数据传输方向是相反的，双向的。在硬件设计时，我们 只连接了主机与从机的m o s i 引脚，m i s o 弓i 脚则没有连接。这样数据只能由主机到 从机这一方向传输，反向的传输则没有硬件传输通道。第二，利用光耦器件的特 性。光勰器件的信号传输也是单向的， 软件层，设备主机端由固件程序的u s b 中断服务程序中接收p c 主机发来的数 据并在该中断中通过s p 总线发送到从机端的m c u ，主机端没有从s p i 总线读数 据的服务程序，也没有m c u 通过u s b 总线向p c 机发送数据的服务程序；从机 四川大学硕士学位论文基王型s b 总线的单向数据传输系统l ! 壅 端m c u 在s p i 总线中断中获得数据，并在u s b 中断服务程序中将数据发送到p c 主机，从机端没有通过s p i 总线发送数据的服务程序，也没有从p c 机接收数据的 服务程序，这样同样保证了数据传输只能由主机端p c 机到从机端p c 机的单方向。 关键词：u s b 总线单向传输s p i 总线主机从机 i i 四川大学硕士学位论文 基于u s b 总线的单向数据传输系统石j f 究 a s t u d yo fu n i l a t e r a ld a t at r a n s f e r r i n gs y s t e mb a s e d o nu s bb u s m a j o r ：s 咖a i i n f o m a a d o np r o c e s s i n g p o s t g r a d u a t e ：w e ih u a s u p e r v i s o r ：u j i a y o n g a b s t r a c t u s bb u si sak i n do fg e n e r a ls e r i a lb u s i th a sb e e nw i d e l yu s e di nv a r i o u sk i n d so f d a t at r a n s f e r r i n ge q u i p m e n tb e c a u s ei ti s c o n v e n i e n t ，e a s yt oh a n d l e ，q u i c ka n dc h e a p n o w a d a y sm o s to ft h eh o s tc o m p u t e r sa l ee q u i p p e dw i t hu s bi n t e r f a c e s i ti ss a i dt h a t u s bt e c h n o l o g yw i l lb ea p p l i e di na l lb u si n t e r f a c e si nt h ef u t u r e u s bi n t e r f a c e t e c h n o l o g yp r o v i d e saw o n d e r f u ls o l u t i o nf o rt h ed a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e np c s o ns o m es p e c i a lo c c a s i o n s ，f o ri n s t a n c e ，w h e nt r a n s f e r r i n gf i l e sb e t w e e na n i n t e m a ln e t w o r kw i t hh i g hs e c u r i t yr e q u i r e m e n ta n da p u b l i ci n t e m e tn c t w o r k f i l e sa n d d a t aa r er e q u i r e dt ob eo n l yt r a n s f e r r e df r o map cl i n k e dw i t ht h ep u b l i ci n t e m e t n e t w o r kt oap cl i n k e dw i t ht h ei n t e m a ln e t w o r k ，n a m e l y , u n i l a t e r a ld a t aa n df d e s t r a n s m i s s i o nw i t hh i g hs e c u r i t ya n da th i g hs p e e d e v e nt h o u g ht h ep cl i n k e dw i t ht h e i n t e r n a ln e t w o r kw a si l l e g a l l yc o n t r o l l e d ，t h o s ed a t aa n df i l e sc a nn o tb et r a n s f e r r e d r e v e r s e l y b ym a k i n gu s eo fu s bb u sf i l e sa n dd a t ac a nb et r a n s f e r r e dq u i c k l y ；b y m a k i n g u s eo ft h e c o n t r o l l i n g f e a t u r eo fs c mt h e yc a nb e s a f e l y t r a n s f e r r e d u n i l a t e r a l l y t h i st h e s i sp r o v i d e sas c h e m ef o rt r a n s f e r r i n gd a t aa n df i l e sb e t w e e nt w op c sb y m a k i n gu s eo fu s bb u st e c h n o l o g y w ed e s i g n e dau s bf a c i l i t y i th a st w ou s bb u s i n t e r f a c e s o n ei st h em a s t e rc o m p u t e rp o r t ；t h eo t h e ri st h es l a v ec o m p u t e rp o r t ，w h i c h i l 四川大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 c a nb el i n k e dw i t ht w op c sr e s p e c t i v e l y f i l e sa n dd a t ac a no n l yb et r a n s f e n e df r o mt h e m a s t e rc o m p u t e rp o r tt ot h es l a v ec o m p u t e rp o r t ，b u tc a nn o tb ev a n s f e r r e dr e v e r s e l y w eu s ep 8 9 v 5 1 r d 2s c ma sm a j o rc o n t r o l l i n gm c u p d i u s b d l 2a sb u sc o n t r o l l e r t h r o u g hm c u si n i t i a l i z a t i o no ft h ep a r t so ft h ep d i u s b d l 2a n dr e s p o n d i n gt ot h e u s bb u se v e n t s ，d a t aa n df i l e st r a n s f e r r i n gc a nb er e a l i z e d w eg u a r a n t e et h eu n i l a t e r a l i s mo fd a t at r a n s m i s s i o na tt h el e v e lo fb o t hh a r dw a r e a n ds o f t w a r e a tt h el e v e lo fh a r d w a r e p 8 9 v 51 r d 2h a sas p ib u si n t e r f a c e w h i c hc a n b es e ta sm a s t e rc o m p u t e ra n ds l a v ec o m p u t e r a c c o r d i n gt ot h ei n t e r f a c i n gc h a r a c t e ro f s p ib u s ，i t sm o s ic a nb ed e s i g n e da sm a s t e rc o m p u t e ro u t p u t s l a v ec o m p u t e ri n p u td a t a b u s ；m i s oa sm a s t e rc o m p u t e ri n p u t s l a v ec o m p u t e ro u t p u td a t ab u s w h e ns p ib u si s a tw o r k ，t h ed a t ao nt h et w ob u s e sa r et r a n s f e r r e dr e v e r s e l ya n db i l a t e r a l l y w h e n d e s i g n i n gt h eh a r d w a r e ，w eo n l yl i n k e dt h em o s i s b e t w e e nt h em a s t e rc o m p u t e ra n d t h es l a v eo n e ，b u tn o tm i s o s i nt h i sw a y , d a t ac a no n l yb et r a n s f e r r e du n i l a t e r a l l yf r o m t h em a s t e rc o m p u t e rt ot h es l a v eo n e ，a n dt h e r ei sn ow a yt or e a l i z er e v e r s et r a n s m i s s i o n b e s i d e s ，w ec a nm a k eu s eo fp h o t o v o l t a i cc o u p l i n gc h i p b ym a k i n gu s eo fp h o t o v o l t a i c c o u p l i n gc h i p ，s i g n a l sc a na l s ob et r a n s f e r r e du n i l a t e r a l l y a tt h el e v e lo fs o f t w a r e ，t h em a s t e rc o m p u t e rp o r tr e c e i v e sd a t af r o mt h eu s bi s r o ft h ep c ，a n dd u r i n gt h e1 s rt r a n s f e r st h e mt ot h em c uo ft h es l a v ec o m p u t e rt h r o u g h s p ib u s t h em a s t e rc o m p u t e rh a sn os e r v i c er o u t i n ef o rr e a d i n gt h ed a t af r o mt h es p i b u s ，a n dn os e r v i c er o u t i n ef o rm c u t ot r a n s f e rd a t at h r o u g hu s bb u s t h em c uo ft h e s l a v ec o m p u t e rr e a dt h ed a t af r o mt h ei n t e r r u p t i o no ft h es p ib u s ，a n dt r a n s f e r st h e mt o t h em a s t e rc o m p u t e ri nt h eu s bi s r t h es l a v ec o m p u t e rd o e s n tt r a n s f e rd a t af r o mt h e s e r v i c er o u t i n eo ft h es p ib u s ，n o rr e c e i v e sd a t af r o mt h es e r v i c er o u t i n eo ft h em a s t e r c o m p u t e r a s ar e s u l t ，t h eu n i l a t e r a l i s mo ft h ed a t at r a n s f e r r i n gf r o mt h em a s t e r c o m p u t e rt ot h es l a v ec o m p u t e ri sg u a r a n t e e d k e y w o r d s ：u s bb u s u n i l a t e r a lt r a n s f e r r i n gs p ib u sm a s t e rc o m p u t e r s l a v e c o m p u t e r 四川大学硕士学位论文 基于u s b 总线的单向数据传塑丕堑婴塞 1 1 引言3 】1 6 1 觯概述 随着通信技术和计算机技术的飞速发展，数据传输对p c 主机和外设之间的互 连有了更高的要求，随之而来的各种以计算机为核心的总线技术以及无线通信技 术、光通信技术应运而生。 红外通信技术是常用于p c 机与外部设备互连的光通信技术。红外通信技术采 用红外线做为通信载波，由红外发射器、红外接收器来完成信号的无线收发，具 有频带宽、可调制速率高、保密性强等特点，适合于短程的无线通信系统，可应 用于点对点的无线连接或计算机红外无线局域网、便携式通讯终端等。红外通信 遵循的是国际红外通信协会制定的i r d a 协议，其支持的码率为2 4 k 4 m b i t s ，通 信方式为半双工。但红外端口的传输距离是有所限制的，数据有效传输距离在1 5 米左右，能够满足用户的使用要求。 无线通信技术在计算机互连通信中的典型应用是无线局域网，简称w l a n ，是 计算机网络与无线通信技术相结合的产物。无线局域网利用了无线多址信道的一 种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用 提供了可能，并以其便携性、可移动性、建网迅速、移动方便等优点也得到了广 泛的应用。在无线局域网环境下，移动主机通过无线接入点a p 或无线网卡与有线 网络进行通信。无线网卡和a p 构成了w l a n 的基本架构，通过它们可实现数据业务 的高速接入。无线网卡是无线局域网的基本部件，其性能决定了网络的性能。w l a n 采用的是i e e e 8 0 2 1 1 协议，传输速率可达到1 1 m b i t s ，传输距离可达2 0 k m 以上。 现在，以计算机为核心的总线技术发展迅速，各种基于u s b 、i s a 、p c i 等总线 的系统已经非常普遍，其中u s b 总线以其独特的优势得到越来越广泛的应用。u s b 的英文全称为u n i v e r s a ls e r i a lb u s ，即通用串行总线，它是在1 9 9 4 年底由c o m p a q 、 i b m 等七家大公司共同开发的。u s b 是一种快速的、双向的、低价的并可以进行热 插拔的新型串行接口技术，支持各种p c 与外设之间的连接，是一种可以同时处理 计算机与具有u s b 接口的多种外设之间通信的电缆总线。连接到计算机上的外部设 备要求有u s b 接口，它们共同分享u s b 带宽。u s b 系统中，数据是通过u s b 电缆，采用 数据包方式进行传送，多个功能部件可以同时以不同的传输方向在同一条u s b 电缆 上进行数据传输而互不影响。u s b 接口不再使用i r q 的中断控制以及输入输出的地 址位资源( i 0a d d r e s s ) ，而是依靠开机后操作系统分配给设备一个逻辑位置来 四川i 大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 做数据传输，所以可作大幅度的扩充，可以连接1 2 7 个周边设备。u s b 的分时处理机 制在硬件意义上实现了计算机与外设的即插即用。 u s b 主要有u s b1 x ( 1 1 和i 0 ) 系统 i j u s b2 o 系统。两种系统支持的设备速 率不完全相同。u s b l x 系统支持1 5 b s ( 低速) 和1 2 m b s ( 全速) 设备。而i j s b 2 0 的系统可以支持低速、全速和高速( 4 8 0 m b s ) 设备。可见，u s b2 o 系统显著 提高了u s b 性能，也增加了可以被u s b 支持的外设的数量。当今采用u s b 接口的产 品非常多，键盘、鼠标和摄像头是最常见的。扫描仪和打印机现在也多了起来。 m o d e r nu s bh u b ，游戏引擎、电视盒、软驱，c d r o m 、硬盘，甚至声卡、音箱、 手机充电器、说写电子板和网络卡都已出现。 1 2 课题的提出” 虽然通信技术与计算机技术相融合的数据传输技术已得到相当广泛的发展和 应用，但对于特殊用户的要求却不能很好的满足，往往需要单独进行设计。本课 题是某单位要求通过外网采集信息并向内网进行单向安全数据传输的前提下提出 的。 本文所做的设计是应用于两台主机之间的单向数据传输，即数据传输方向为主 机传送至从机，而无法由从机传输到主机。图l 为系统应用环境示意图。 、 p c ： 一p 电脑主机p c 。、p c ：、p c 。和p c ；是用来实现单向数据传输的通信节点计算机，计算 机p c ，可访问内部网络1 的信息资源，并按照信息交换策略和需求对待发送信息进行 采集和预处理；计算机p c 。可访问内部网络2 的信息资源，并按照信息交换策略和需 求将由p c 。接收的特定信息放入指定的文件服务器或数据库；在计算机p c 。- - p c 。， 、，、叮。， 、 l ， 四川大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 p c 。- ) p c 。建立起安全的单向数据传输通道，即使用本文设计的单向数据传输系统在 软件逻辑和物理上可保证通信链路的单向性，确保p c ，、p c 。只能发送特定信息，不 能从该通信信道上接收信息，而p c ：、p c 。在此信道上则只能接收由p c 。、p c 。发来的 特定信息，拒收其他信息，也不能进行信息发送。 综合以上三种数据传输技术的特点，我们可以做一下比较。红外通信技术的缺 点在于其传输速率低，理论最高的传输速率为4 m b i t s ，这个速率显然不能符合高 速数据传输的要求。无线通信技术的缺点则在于安全性差。在无线l a n 中，传送 的数据是利用无线电波在空中辐射传播。它可以被发射机覆盖范围内任何无线 l a n 客户机所接收到。无线电波可以穿透天花板、地板和墙壁，发射的数据可能 到达预期之外的、安装在不同楼层、甚至是发射机所在的大楼之外的接收设备。 入侵者可以通过特殊的监听设备轻松的获取数据。配置无线l a n 时，以太网端口 相当于可以设置在任何地点，包括停车场，无法像有线l a n 的端口那样进行控制。 由于没有办法把无线l a n 发射的数据定向到一个特定的接收设备，所以其数据安 全性十分脆弱。 u s b 的优点使我们看到利用p c 主机的u s b 接口可以实现有效，高速的数据传输。 在安全性方面，我们可以在传输线路上通过光电耦合器件并配合微控制器来实现 传输的单方向性。光电耦合器件具有单向传输性，由微控制器控制支持u s b 总线协 议的芯片来传输数据，并由其控制两台p c 主机间数据单向转发。通过这两项措施 可以有效的满足用户的特殊要求。本文就是在基于u s b l 1 协议基础上提出了一种 单向数据传输的解决方案。 四川丈学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 第二章u s b 通用串行总线及相关技术 2 1u s b 总线概述“i 【铷 u s b ( u n i v e r s i a ls e r i a lb u s ) 是一种通用串行总线。作为一种通用串行总 线，u s b 具有以下优点： ( 1 ) 热插拔，支持即插即用，易于与p c 接口，用户使用方便。设备连接后 又u s b 自动检测识别，自动安装驱动程序和配置。支持动态接入和动态配置，不 需要用户进行操作。 ( z ) 有低速和全速设备灵活，应用范围广。u s b1 1 支持两种设备传输速 率：1 5 m b s 和1 2 m b s ，u s b2 0 可达到4 8 0 m b s 的传输速率。总线支持同步和异 步传输方式，支持不同速率的设备。低速传输速率能够实现低速低成本的u s b 设 备，可降低数据线的成本，并且数据线不需要屏蔽。 ( 3 ) 具有同步带宽。保证带宽，音频传输失真小。 ( 4 ) 稳定。u s b 协议的事务处理包括错误检测机制，用以确保数据无错误的 发送。在发生错误时，事务处理可以重来。 ( 5 ) 连接器类型单一。u s b 定义了一种简单的连接器，可以用来连接任何一 个u s b 设备，多个连接器可以通过u s b 集线器连接。理论上，每个u s b 总线支持 1 2 7 个设备的连接。 ( 6 ) 成本低廉。u s b 提供了一种把外围设备连接到p c 的低成本解决方案。 ( 7 ) 总线供电。外围设备可以直接通过总线进行供电。5 v 的电压可以直接加 在数据线上。电流大小取决于集线器的端口，它的范围从1 0 0 m a 到5 0 0 m a 。 ( 8 ) 不占用系统资源。与i s a ，p c i ，e i s a 设备不同，u s b 设备不需要内存和 i o 地址空间，丽且也不需要中断请求线路。 ( 9 ) 电源保护。连续3 秒没有总线活动，u s b 会自动进入挂起状态。处于挂 起状态的设备消耗的电流不超过5 0 0ua 。 u s b 的以上优点使得其在接口方面的使用极其方便。u s b 可以连接多个不同的 设备，一个u s b 接口理论上可以连接1 2 7 个u s b 设备，而过去的串口和并口只能 接个设备。速度快也是u s b 技术的突出特点之一，u s b 接口的最高传输速率可达 4 8 0 m b s ，可以很轻松的实时传送高分辨率。真彩色的大容量图象视频和声音。所 以这些突出的优点使得u s b 技术被广泛的应用，发展和普及。 四川大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 2 1 1 u s b 系统构成5 1 1 1 1 6 1 1 2 0 1 【2 6 u s b 总线由以下4 个重要部分构成： ( 1 ) 主机和设备：是指u s b 系统中的主要构件。 、( 2 ) 物理构成：是指u s b 元件的连接方法。 ( 3 ) 逻辑构成：不同的u s b 元件所担当的角色和责任，以及从主机和设备的 角度出发u s b 总线所呈现的结构。 ( 4 ) 客户软件与设备功能接口的关系。 u s b 通信的参考模型图如图2 1 所示。 u s b 主机互联结构u s b 设备 一一一。一。一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一r 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 图2 1u s b 通信的参考模型图 u s b 总线有4 种数据传输方式：控制传输，中断传输，批量传输和同步传输。 控制传输：主要用于主机把命令传给设备及设备把状态返回给主机。任何一 个u s b 设备都必须支持一个与控制类型相对应的端点0 。 中断传输：用来支持那些偶然需要少量数据通信，但服务时间受限制的设备。 四川大学硕士学位论文 基于u s b 总线的单向数据传输系趁婴定 中断传输常用在键盘鼠标和游戏杆上。 批量传输：用来支持大量数据而没有周期和传输速率的设备上。批量传输方 式并不能保证传输的速率，但可保证传输的可靠性，当出现错误的时候会要求发 送方重发。 同步传输：以一个恒定的速率进行传输。同步传输方式的发送和接收方都必 须保证传输速率的匹配，不然会造成数据的丢失。 2 1 2 u s b 设备的枚举过程6 】1 1 6 1 捌【捌 要主机识别一个u s b 设备必须经过枚举的过程，主机使用总线枚举来识别和 管理必要的设备状态变化。总线枚举过程如下： ( 1 ) 设备连接。u s b 设备接入u s b 总线。 ( 2 ) 设备上电。i j s b 设备可以使用u s b 总线供屯，也可以使用外部电源供电。 ( 3 ) 主机检测到设备，发出复位。设备连接到总线后，主机通过检测设备在 总线的上拉电阻检测到有新的设备连接，并获释该设备是全速设备还是低速设备， 然后向该端口发送一个复位信号。 ( 4 ) 设备默认状态。设备要从总线上接收到一个复位信号后，才可以对总线 的处理操作作出响应。设备接收到复位信号后，就使用默认地址( o o h ) 来对其进 行寻址。 ( 5 ) 地址分配。当主机接收到有设备对默认地址( o o h ) 响应的时候，就对 设备分配一个空闲的地址，以后设备就只对该地址进行响应。 ( 6 ) 读取u s b 设备描述符。主机读取 3 s b 设备描述符，确认u s b 设备的属性。 ( 7 ) 设备配置。主机依照读取的u s b 设备描述符来进行配置，如果设备所需 的u s b 资源得意满足，就发送配置命令给u s b 设备，表示配置完毕。 ( 8 ) 挂起。为了节省电源，当总线保持空闲状态超过3 m s 以后，设备驱动程 序就会进入挂起状态。在挂起状态时，设备的消耗电流不超过5 0 0 u a 。当被挂起时， u s b 设备保留了包括其地址和配置信息在内的所有内部状态。 完成以上的几个步骤后，u s b 设备即可使用。在枚举的过程中，设备不一 定要求进入挂起状态。 2 1 3u s b 的分组标识”1 1 6 j 6 】t 2 0 2 6 1 u s b 的分组标识( p i d ) 用来标识操作的属性。p i d 指出了数据分组的类型， 并可又此推断出分组格式和该组所用的校验方法。u s b 的通信结构一般是以p i d 为 开始的，后面紧跟着数据或控制信息，最后是c r c 校验。 四川大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 p i d 是由一个4 位的分组类型码加上改4 位类型码组成，其格式如表2 1 所示。 l s bm s b 尸，d 0p i d lp i d 2p i d 3p i d o p i d 、 p i d 2p ，i 表2 1p i d 格式 p i d 可以分成4 个码组：令牌，数据，握手和特殊类型，如表2 2 所列。 p i d 类型p i d 名称p i d 3 - - - 0 说明 o u t0 0 0 l b 地址+ 端点号 令牌 i nl o o l b地址+ 端点号 s o f 、 0 1 0 1 b帧标号开始标志 s e t u p1 1 0 1 b地址+ 端点号 数据 d a t a o0 0 1 l b数据分组偶p i d d a t a l1 0 l l b数据分组奇p i d a c k0 0 l o b接收器接收到无误的数据分组 握手 n a k1 0 l o b接收设备不能接收数据或发送 设备不能发送设备 s t a l ll l l o b端点被禁止 特殊 p r e1 1 0 0 b主机发出低速通信前导信号 表2 2p i d 类型 p i d 数据包的格式如表2 3 所示。 r e s e r 0 o om i l l i s e c o n d s s e t u p a d d re n d pc r c 5 o x b 4o x o oo x oo x 0 8 i n a d d re n d pc r c 5 0 x 9 6 o x 0 0o x oo x 0 8 o u t a d d r e n d pc r c 5 0 x 8 7 o x 0 2o x oo x l 5 s o ff r a m e c r c 5 o x a 5 o x l 5 eo x o e d a t a od a t a c r c l 6 o x c 3 8 00 60 00 10 00 04 00 0o x b b 2 9 d a t a l d a t a c r c l 6 7 四川大学硕士学位论文 基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 表2 3p i d 数据包格式 2 1 4 u s b 标准设备请求6 】1 1 6 j 【”】脚j u s b 标准设备请求是用来完成u s b 设备枚举的命令，u s b 设备必须对标准设备 请求做出响应，不管该设备是否已经被分配了一个默认的地址或该设备目前正在 配置。所有的设备请求都是使用默认管道来传输的。 u s b 的设备请求是8 个字节组成，格式定义如表2 4 所列。 偏移字段名称字段长字段取说明 值度值 0 设备请求类 l 位图请求特性： 型d 7 ：数据传输方向 0 为主机到设备 i 为设备到主机 d 6 5 ：类型 0 一标准 1 一类型 2 一厂商 3 一保留 d 4 0 ：接收方 0 一设备 1 一接口 2 一端点 3 一其他 4 3 1 一保留 1 设备请求 1数值u s b 设备请求 2值2值 根据不同的请求，以字节为单位来 定义 四川大学硕士学位论文 基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 4索引2字段编根据不同的请求，以字节为单位来 号索引定义 6长度 2计数 如果传输一组数据，指出要传输数 据的字节数 表2 4u s b 的设备请求格式 u s b 标准设备请求有11 个命令，对应的代码和说明如表2 5 所列。 请求类型设备请求值( 2 b )索引( 2 b )长度数据 1 0 0 00 0 0 0 bg e ts t a t u s ( o o h )o设备接口端2设备、接 1 0 0 0o 0 0 1 b 占 口或端 1 0 0 00 0 1 0 b点状态 0 0 0 00 0 0 0 b c 1 e a r 特征选设备借口端 0无 0 0 0 00 0 0 l bf e a t u r e ( 0 1 h )择符 占 0 0 0 00 0 1 0 b 1 0 0 00 0 0 0 bs e tf e a t u r e ( 0 3 h )特征选设备借口端o无 1 0 0 00 0 0 1 b择符 占 1 0 0 00 0 1 0 b 0 0 0 00 0 0 0 bs e ta d d r e s s ( 0 5 h )设各地00无 址 1 0 0 00 0 0 0 bg e t描述符0 或语言i d描述符长描述符 d e s c r i p t o r ( 0 6 h )的类型度 和索引 0 0 0 00 0 0 0 bs e t描述符0 或语言i d描述符长描述符 d e s c r i p t o r ( 0 7 h ) ， 的类型度 和索引 1 0 0 00 0 0 0 bg e t001配置值 c o n f i g u r a t i o n ( 0 8 h ) 0 0 0 00 0 0 0 bs e t配置值0 o无 c o n f i g u r a tio n ( 0 9 h ) 1 0 0 00 0 0 0 bg e t o 接口 l可选的 i n t e r f a c e ( o a h )接口 0 0 0 00 0 0 0 bs e t可选设接口o无 四川大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 i n t e r f a c e ( o b h ) 置 i1 0 0 00 0 0 0 bs y n c hf r a m e ( o c h ) o端点2 帧符号i 表2 5u s b 标准设备请求 u s b 标准请求中的描述符类型如表2 6 所列。 描述符类型数值 设备 1 配置 2 字符串 3 接口 4 端点 5 、 表2 。6u s b 标准请求描述符类型 u s b 中可以选择的特性选择符只有2 种，如表2 7 所列。 特征选择符名称接收方数值 i 设备远程唤醒设备 1 i 禁止端点端点 0 表2 7u s b 特性选择符 2 i 5u s b 设备的描述符5 i t 6 儿1 6 1 【”l 2 6 1 u s b 设备的描述符是对u s b 设备的属性说明。标准u s b 设备有5 种u s b 描述符， 分别是设备描述符，配置描述祷，接口描述符，端点描述符和字符串描述符。u s b 描述符是通过g e td e s c r i p t o r 来读取。 设各描述符是说明设备的通用信息，一个设备只有一个设备描述符。设备描 述符结构如表2 8 所列。 偏移字段名称字段大字段取说明 值 ，j 、值 0 b l e n g t h l数字描述符的大小为1 2 h 1 b d e s c r i p t o r t y p e 1常数设备描述符类型为0 1 h 2b c d u s b2b c d u s b 规划发布号 4b d e v i c e c l a s s1类型类型代码( 由u s b 指定) 5b d e v j c e s u b c l a s s1子类型子类型代码( 由u s b 分配) 6b d e v i c e p r o t o c o l1协议 协议代码( 由u s b 分配) 7 b m a x p a c k e t siz e o 1数字端点0 最大分组大小( 只有8 、 1 6 、3 2 、6 4 有效) 0 四j i i 大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 8 id v e n d o r2i d 供应商i d ( 由u s b 分配) l oi d p r o d u c t 2i d 产品i d ( 山厂商分配) 1 2b c d d e v i c e2b c d 设备出厂编码 1 4i m a n u f a c t u r e1索引 厂商描述符字符串索引 、 1 5i p r o d u c t l 索引产品描述符字符串索引 1 6i s e r i a l n u m b e rl索引 设备序列号字符串索引 1 7b n u m c o n f ig u r a tio n s l数字 可能的配置数 表2 8u s b 设备描述符结构 配置描述符定义了设备的配置信息其结构如表2 9 所列。 偏移字段名称 。 字段大字段取说明 值小值 o b l e n g t h 1数字描述符的大小为0 9 h l b b d e s c r i p t o rt y p e 1常数配置描述符类型为0 2 h 2w t o t a ll e n g t h2数字返回整个数据的长度，包括该 配置所返回的所有描述符( 配 置、接口、端点和类型或供应 商) 的联合长度 4b n u m b e r i n t e r f a c e s1数字配置所支持的接口数 5 b c o n f i g u r a t i o n 1数字 作为s e tc o n f i g u r a t i o n 的一 v a l u e个参数选择配置值 6i c o n f ig u r a t io n1索引用于描述该配置字符串描述 符的索引 7 b m a t t r i b u t e s l位图 配置特性： d 7 ：总线供电 d 6 ：自供电 d 5 ：远程唤醒 d 4 0 ：保留( 复位为0 ) 8m a x p o w e r 1m a 当设备完全可操作时，在这种 特定配置下总线供电的u s b 设 备的最大消耗电流，以2 m a 为 单位 表2 9u s b 配置描述符结构 接口描述符说明了接口所提供的配簧，接口描述符的结构如表2 1 0 所列。 四川大学硕士学位论文基于u s b 总线的单向数据传输系统研究 偏移字段名称字段大字段取说明 值 爪 值 o b l e n g t h 1数字 描述符的大小为0 9 h lb d e s c r jp t o rt y p e1常数 接口掐述符类型为0 4 h 2b i n t e r f a c e sl数字接口的编号 n u m b e r 3b a l t e r n a t e1数字 用于为上一个字段选择可供 s e t t i n g替换的设置 4b n u m b e re n d p oin t1数字 使用的端点数目( 端点0 除外) 5b i n t e r f a c e sc l a s s1类型类型代码( 由u s b 分配) 6 bi n t e r f a c e si子类型 子类型代码( 由u s 3 分配) s u b c l a s s 7b i n t e r f a c e s1协议协议代码( 由u s b 分配) p r o t o c o l 8ii n t e r f a c el索引字符串描述符的索引 表2 1 0 接口描述符的结构 端点描述符包括了端点的类型，大小等信息。u s b 设备中的每一个端点都有自 己的描述符。端点描述符的结构如表2 1 1 所列。 偏移字段名称字段大字段取说明 值小值 0 b l e n g t h 1数字描述符的大小为0 7 h lb d e s c r ip t o rt y p e1常数接口描述符类型为0 5 h 2 b e n d p o i n ta d d r e s s 1端点u s b 设备的端点地址： b i t0 - - - 3 ：端点号 b i t4 6 ：保留，复位为o b i t7 ：方向，对于控制端点可 忽略 0 ：o u t 端点 l ：i n 端点 3 h m a t t r i b u t e s1位图端点属性，当进行配置时采用 以下的配置值： b i t0 l 传输控制 0 0 控制 四川大学硕士学位论文堆于u s b 总线的单向数据传输系统研究 0 1同步 0 2批量 0 3中断 其他位保留 、 4w m a x p a c k e t s iz e2数字 本端点接收或发送的最大信 息包的大小。 对于同步传输此值用于为每 帧的数据净负荷预留时间，而 通道可能在实际运行时不需 要预留的带宽。实际带宽可由 设备通过一种非u s b 定义的机 制汇报给主机 对于中断传输、批量传输和控 制传输。端点可能发送较小的 数据包：并且在结束传输后， 既有可能间隙时间来重启，也 有可能不需要这段时间 5b i n t e r v a l1数字轮询数据传送端点的时间间 隔 此域的值对于批量传输及控 制传输的端点忽略。对于同步 传输的端点，此域必须为1 ， 对于中断传输的端点，此域值 的范围为1 2 5 5 表2 1 l 端点描述符的结构 字符串描述符是可选的。如果一个设备不支持字符串描述符，在设备，配置 和接口描述符内的所用字符串描述符的索引都必须为0 。字符串描述符的结构如表 2 1 2 所列。 偏移字段名称字段大字段取说明 值小值 o b l e n g t h 1数字 描述符的大小 1 b d e s c r i p t o rt y p e 1常数 字符串描述符类型 2