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《6.3 USB接口 》.ppt
6.3 USB接口 6.3.1 USB接口基本原理与结构 USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和Philips等公司制定的连接计算机与外围设备的机外总线。 1.USB总线的主要性能特点 (1)热即插即用 (2)可连接多个外部设备 一个USB接口理论上支持的“热插拔”设备可达127个,既可以串行连接,也可以集线器连接。 (3)可同时支持不同同步和速率的设备 (4)较强的纠错能力 (5)低成本的电缆和连接器 (6)总线供电 (7)支持多种传输类型,以满足不同设备的需求 2、USB总线系统结构 一个USB系统包括三个基本组成部分: USB主机(USB HOST) USB主机一般制作在主板上,包含主控制器和一个嵌入的集线器(称为根集线器)(Root hub),根集线器连接在主控制器上。通过根集线器,主机可以提供一个或多个接入点(端口)(port),USB设备通过接入点与主机相连。 USB设备(USB DEVICE) USB设备按照功能可分为集线器(Hub)和功能设备,即集线器可接入下行集线器和功能设备。 功能设备是能够通过总线发送和接收USB数据、并可实现某种功能的设备。 USB互连 USB的互连是指USB设备与主机之间进行连接和通信的操作。 USB的分层(Tier)星形拓扑结构 中心机是主机的根Hub,可以连接下层Hub和功能设备(图中的Func),允许的最大层数为7层(包括根层)。 在主机与任何功能设备之间的一个通信通道中,支持最多5个非根(non-root)Hub。 一个复合设备(有多个端口的设备)占两层,因此,第7层只能出现功能设备,不能出现集线器。 一般而言,USB设备与USB Hub间的连线长度不超过5m,通过根集线器连接的设备不超过127个。 USB系统的拓扑结构 3、USB总线的物理接口 USB通过一个四线电缆传输信号与电源,如图8.27所示,其中D+和D-是互相缠绕的一对数据线,用于传输差分信号,而VBus和GND分别为电源和地,可以给外设提供5V、最大500mA的电源,功率不大的外设可以直接使用USB总线电源供电,不必外接电源。USB总线支持节约能源的挂机和唤醒模式。 USB2.0可采用3种速率模式传输数据 (1)低速模式(Low speed),信号传输速率为10~100kbps,主要适用键盘、鼠标、输入笔、游戏杆等外设。具有费用低、易用、动态连接,动态分离、可连接多个外设的特点。 (2)全速模式(Full Speed) ,信号传输速率为500kbps~10Mbps,主要适合像电话、压缩视频设备、宽带设备、音频设备、麦克风等一 系列的中速外设传输设备,它除具备低速模式的特点外,还具有保障带宽和反应时间的优点。 (3)高速模式(High speed),信号传输速率为25~480Mbps,为视频设备、外部存储设备、图像设备、宽带设备所选用。具有更高的带宽、更快的反应时间,是前面两种方式无法比拟的。 USB信号线在高速模式下必须使用带有屏蔽的双绞线而且最长不能超过5m,而在低速模式时,可以使用不带屏蔽或不是双绞的线,但最长不能超过3m。 4、USB总线的数据格式和传输类型 USB数据的最小单位是域,域构成包,包构成事务,事务最后构成传输。 传输是指一次完整的发出请求到该请求被完整的处理结束的整个过程。 事务是传输中的一个基本元素,每一次传输由一个或多个事务组成。 事务由包组成,包又由同步域、标识域(PID)等域组成。传输、事务、包和域的关系如图所示。 (1)域 域:是USB数据的最小单位,由若干位二进制数字组成,不同的域二进制位数不同,有七种域: (2)包 包:由域构成,是USB传输的基本单位,单向传送,从主机发出或发回给主机。USB总线完成一次传输至少需要3个包。 包有四种类型 令牌包 数据包 握手包 特殊包。 数据交换过程: (3)事务(transactions) 按照事务的目的和数据流方向可以分为: 设置(SETUP)事务 输入(IN)事务 IN事务是从一个 设备接收数据 输出(OUT)事务 OUT事务和SETUP事务是主机发送 数据给某个设备。它们都由一个令牌阶段,一个数据阶段和一个握手阶段组成。 5、USB总线的通信流 USB通信可以分为配置通信和应用通信。 配置通信中,主机通知设备,使设备准备好交换数据,这类通信主要发生在上电或连接时主机检测到外设的时候。 应用通信出现在主机的应用程序与一个检测到的外设交换数据的时候,是实现设备目的的通信。 * * 返 回 上 页 下 页 返 回 上 页 下 页 返 回 上 页 下 页 返 回 上 页 下 页 返 回 上 页 下 页 返 回 上 页 下
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