USB通讯协议(通俗易懂,新手绝对入门)PPT

1、第16章USB接口和编程示例，主要内容： USB概要USB设备USB物理特性USB通信协议JB8的USB模块的编程方法、1、14.2USB的通信协议、16.1USB概要、USB协议有两种： USB USB2.0和USB1.1完全兼容。 USB1.1支持12Mbps和1.5Mbps (用于低速外围设备)的数据传输速率，USB2.0支持480Mbps的数据传输速率。 从一般用户来看，USB系统的外围设备通过PC与USB电缆连接。 通常，外围设备被称为USB设备，所连接的PC被称为USB主机。 向USB主机的数据传送方向称为上行通信，向USB设备的数据传送方向称为下行通信。2、14.2USB通信协议

2、、16.1USB概述和USB网络采用了阶梯状星形拓扑，如图16-1所示。 一个USB网络中只能存在一个主机。 在主机中安装根集线器，并提供主机上的初始子点。 另外，图16-1检查USB主机和USB设备的连接、3、14.2USB的通信协议、16.1USB概要、主机时序是集线器的状态。 当新设备访问集线器时，主机会检测到集线器状态的变化，并发出命令以启用该端口。 主机响应于位于该端口的设备，来接收关于该设备的信息，主机的操作系统决定使用该驱动器，然后将唯一的标识的地址分配给该设备，范围是0到127，而0是所有的设备主机发出内部设置请求。 设备离开总线后，主机将从可用资源列表中删除该设备。 4、16

3、.2USB的通信协议、16.2USB系统的基本概念、16.2.1USB主机USB的所有数据通信(不论上行通信和下行通信)都由USB主机启动，因此USB主机在数据传输的全过程中占有主导地位。 USB系统只允许一个主机。 从开发者的角度来看，USB主机被分成三个不同的功能模块，即客户端软件、USB系统软件和USB总线接口。 (1)客户端软件(2)USB系统软件(3)USB总线接口，5，16.2USB通信协议，16.2 USB系统的基本概念，16.2.1USB主机(1)客户端软件客户端一般是开发者自己开发的。 您的软件无法直接访问USB设备。 与USB设备功能单元的通信必须通过USB系统软件和USB

4、总线接口模块进行。 客户的软件一般包括USB设备驱动程序和接口应用程序. USB设备驱动程序负责与USB系统软件进行通信。 通常，向USB总线驱动程序发出I/O请求数据包(IRP )，开始USB数据传输。 此外，根据数据传输的方向，还需要提供空的或满的数据缓冲区来存储数据。 接口应用程序与USB设备驱动程序通信，以控制USB设备。 这是最上位的软件，只能看到发送给USB设备的原始数据和从USB设备接收到的最终数据。 6、16.2USB通信协议、16.2USB系统基本概念、16.2.1USB主机(2)USB系统软件USB系统软件负责与USB逻辑设备的设置通信，客户端软件对启动的数据传输进行管理。

5、 USB逻辑设备是程序员与USB设备交换的部分。 USB系统软件一般包括USB总线驱动程序和USB主控制器驱动程序两种。 这些软件通常是由操作系统提供的，所以开发人员不需要了解。 7、16.2USB通信协议、16.2USB系统的基本概念、16.2.1USB主机(3)USB总线接口USB总线接口包括主控制器和根集线器两部分。 根集线器为USB系统提供连接点，为USB系统提供连接点(端口)。 主控制器负责主机与USB设备之间的数据的实际传输，包括被传输的数据的串行编解码器、错误控制等。 该部分与USB系统软件的接口依赖于主控制器的硬件实现，不需要开发者掌握。 另外，8、16.2USB的通信协议、1

6、6.2USB系统的基本概念、16.2.2USB设备中的一个USB设备由USB总线接口、USB逻辑设备和功能单元三个功能模块构成。其中，USB总线接口是指USB设备的串行接口引擎(sie )。USB逻辑设备被USB系统软件视为一个端点的集合的功能单元通过用户的软件被视为接口SIE、端点和接口是USB设备的组成部分。 为了更好地解释USB设备的特征，USB提出了设备架构的概念。 从这个观点来看，USB设备被认为是由几个配置、接口和端点组成的。 也就是说，USB设备可以包括一个或多个配置，每个配置可以包括一个或多个接口，每个接口可以包括一些端点。 其中，结构和接口将USB设备的功能抽象化，实际的数据

7、传输由端点进行。 在使用USB设备之前，必须指定其配置和接口。 此过程通常在设备访问主机时，设备进行引导时执行，稍后将详细说明。 USB设备使用各种描述符(包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符和字符串描述符)来描述设备体系结构，通常存储在USB设备的固件程序中。 另外，9、16.2USB的通信协议、16.2USB系统的基本概念，16.2.2USB设备表示USB设备，由一个或多个结构构成。 设备描述符说明了设备的总体信息，并表示包含的配置数。 USB设备只能有一个设备描述符。 配置USB设备可以包括一个或多个配置，包括USB设备的低功耗模式和高功耗模式。 在使用USB设备之前，必须

8、选择适当的配置。 配置描述符用于描述USB设备中每个配置的特性，例如配置中包含的接口数。 USB设备的每个配置都需要配置描述符。 接口配置可以包括一个或多个接口，对于一个光驱，使用大容量存储接口来播放CD时，可以使用音频接口来传输文件。的文件。 接口可以包括端点集合，并且可以包括一个或多个可交换的设置，用户可以在正在配置USB的情况下修改当前接口的数量和特性。 接口描述符用于描述USB设备中每个接口的特性，包括接口所属的设备类及其子类。 USB设备的每个接口都需要一个接口描述符。 另外，10、16.2USB通信协议、16.2USB系统的基本概念、16.2USB设备的端点是USB设备的实际物理单

9、元，USB数据传输在主机和USB设备的各端点之间发生。 端点通常由USB接口芯片(例如Freescale )的MC68HC908JB8提供。 USB设备的每个端点都有自己的端点号码，每个端点支持的数据传输方向通常是固定的。 输入(IN )或输出(OUT )。 另外，某些芯片提供的端点数据的方向是可以设定的。 例如，MC68HC908JB8有两个用于数据发送和接收的端点。 是端点1和端点2。 其中，端点1可以仅用于数据发送，即，输入(IN )和端点2可以用于数据发送和数据接收，即，也可以对应于输入(IN )和输出(OUT )操作。 请注意，这里的数据传输方向是从主机的角度来看的。 例如，在端点1

10、只能发送数据，并且端点1被配置为将数据输入到主机，即，IN操作端点2被配置为接收数据的情况下，主机将数据输出到端点2，即，OUT操作。 这一点是初学者容易混乱的地方。 您可以使用设备地址、端点编号和传输方向来指定端点并与它通信。 第0个端点是特殊的，有数据输入IN和数据输出OUT两个物理单元，只能支持控制转发。 11、16.2USB通信协议、16.2USB系统的基本概念、16.2.2USB设备字符串通常在USB设备中也包含字符串描述符，说明制造商的名称、设备序列号等特定信息。 内容以UNICODE形式提供，可以通过客户的软件读取。 在USB设备上，字符串描述符是可选的。认为在USB系统结构中，

11、数据传送是在主机软件(USB系统软件或客户端软件)和USB设备的各个端点之间直接进行的，它们之间的连接称为管道。 管道是在USB设备设置过程中创建的。 管道将主机和USB设备之间的通信流抽象化，表示在主机的数据缓冲器和USB设备的端点之间存在逻辑的数据传输，但实际的数据传输由USB总线接口层进行。 管道和USB设备的端点一对一对应。 USB设备包含多少个端点，与主机通信时可用的管道数量和端点类型决定了管道中数据的传输类型。 例如，端点只能切断管道，而管道只能切断管道。 稍后将对传输类型进行说明。 无论存在什么样的管路，在各管路中进行的数据传输都是相互独立的。 另外，12、16.3USB的通信协

12、议、16.3USB物理特性、16.3.1USB接口USB使用屏蔽的4线电缆与网络上的设备相互连接。 数据传输通过一个差动双绞线进行，这两条线路分别标记为d和D-，其他两条线路为Vcc和接地，其中Vcc为USB设备供电。 使用USB电源的设备称为总线电源设备，使用自己外部电源的设备称为自己电源设备。 为了避免混淆，USB电缆的线如表16-1所示用不同的颜色表示。 表16-1USB电缆的信号和颜色，13，16.3USB通信协议，16.3 USB物理特性，16.3.1USB接口从一台设备连接到主机，称为上行链路的主机到设备的连接称为下行链路。 为了防止环回，上行端口和下行端口使用不同的连接器，所以U

13、SB在电缆和设备的连接上分别采用了图16-2所示的类型a连接器和类型b连接器这两种连接器。 各连接器内的电线编号与图16-2的引脚编号一致。 a型连接器是用于上行链路连接的。 也就是说，主机或集线器有a型插座，与主机或集线器连接的电缆的一端有a型插头。 USB设备有b型插座，b型插头位于从本体或集线器出来的下行电缆的一端。 此连接方法可以确保USB设备、主机/集线器和USB电缆始终以正确的连接方式连接，不会发生电缆连接方法错误或两个USB设备直接连接的情况。 14、16.3USB的通信协议、16.3USB物理特性、16.3.2USB信号差分信号技术的特征传统传输方式多采用“正信号”或“负信号”

14、的二进制表示机制，这些信号利用单线传输。 在不同信号电平范围内分别表示1和0，其间有阈值，在数据传输中受到中低强度的干扰，如果高低电平不超过该阈值，则可以正常进行信号传输。 但是，如果遇到强噪声，高低电平就会突破阈值，引起数据传输错误。 差分信号技术的最大特征是使用两条线路来表示1位，因此两条线路的传输信号的差压为判断的依据。 这种方法的优点是它具有非常强的抗干扰能力。 在受到来自外界的强干扰的情况下，对应于两条线路的电平也大幅度上升或降低，但两者的电平变化的方向和宽度大致相同，电压差始终比较稳定，因此数据的准确性不会因噪声而降低。 另外，15，14.2 USB的通信协议：(2)USB通信的格

15、式，在图16-3的USB线缆上使用双向归零码和差动信号的传输，USB的分组使用归零码(NRZI )。 图16-3示出在USB线缆段上传送信息的步骤。 不归零的代码由传递信息的USB代理制作，经编码的数据经由差动驱动器发送到USB线缆上，接着接收器放大输入的差分信号，发送给解码器。 使用该编码和差分信号传输方案可以更好地保证数据的完整性，并降低噪声干扰。另外，16，14.2 USB的通信协议：(2)USB通信的格式，如果使用图16-4的反向归零编码方式，则能保证数据传输的完整性，在传输中不请求独立的时钟信号。 不归零的编码不是一种新的编码方式。 在很多方面都有应用。 图16-4图示数据流和编码的

16、结果。 在不被归零的编码的情况下，遇到“0”的变换，遇到“1”的保持。 不归零的代码，为了正确地采样数据，必须与输入数据保持同步。 无论前一位时间是否转换了，都必须在数据窗口中对未重置为逆零的代码数据流进行采样。 解码器按位时间对数据进行采样，以检查是否存在转换。 17、14.2USB通信协议：(2)USB通信的格式，如果重复相同的“1”信号，则数据不能长时间变换，逐渐积蓄，接收机最终成为失去同步信号的状况，在读取的定时发生严重的错误。 因此，在NRZI编码期间，也需要执行所谓的比特填充的操作。 在比特填充中，数据流中连续的六个“1”必须被强制转换。 以此方式，接收器以非零复位的代码流的最多每

17、七位检测跳跃。 这保证了接收器和输入数据流的同步。 非零码发射机将“0”(填充位)插入流。 接收机必须被设计为在六个连续的“1”之后识别自动跳跃，并且立即丢弃六个“1”之后的“0”比特。 图16-5中的第一行是将被发送给接收机的原始数据。 请注意，数据流包含八个连续的“1”。 第二行表示原始数据用位填充，在原始的第六个和第七个“1”之间填充了“0”。 第七个“1”将填充比特延迟1比特时间插入。 该比特被忽略，因为接收器知道连续六个“1”之后将成为填充比特。 请注意，如果原始数据的第七个位为“0”，则也会插入填充位，并且填充的数据流中有两个连续的“0”。 18、16.3USB的通信协议、16.3

18、USB物理特性16.3.3设备连接和速度，USB系统在连接USB设备时自动地检测该连接，能够识别该采用的数据传输速度。 USB通过向d或d线添加上拉电阻来识别低速设备和全速设备。 USB支持三种传输速率： 1.5Mb/s的低速传输、12Mb/s的全速传输和480Mb/s的高速传输。 如图16-6和图16-7所示。 在主控制器或集线器的下拉端口上没有连接USB设备的情况下，d和D-线的下拉电阻是由集线器的下拉电阻和D /D-的上拉电阻构成的分压器，当连接了使两条数据线的电压为接地(0V )的全速/低速设备时因为下拉电阻的电阻值是15khz，上拉电阻的电阻值是1.5K，所以在D /D-线上出现(Vcc*15/(15 1.5 ) )大小的直流高电平电压。 US