通用串行通信接口标准（USB）为解决目前微机系统中外设及.ppt

* 微计算机系统 通用串行通信接口标准（USB） 为解决目前微机系统中外设与CPU连接标准互不兼容，无法共享的问题，产生了USB和IEEE 1394两种通用外设接口标准，其基本思路是采用通用连接器和自动配置及热插拔计术和相应的软件，实现资源共享和外设简单快速连接。 1.USB的物理接口和电气特性 USB(Uniersal Serial Bus)即通用串行总线，是以Intel为主，Compaq,Microsoft,IBM,DEC及NEC等公司共同开发的。WIN98及WIN2K都内置了对USB接口的支持模块。 1.1接口信号线 USB总线包含4根信号线，其中D+和D-为信号线，Vbus和GND为电源线。 1.2 电气特性 USB主机或根HUB对设备提供的对地电源电压为4.75-5.25,设备能吸入 的最大电流为500mA. USB设备的电源供给有两种方式：设备自带电源和总线供给方式。 2 USB设备及其描述器 1）.USB设备 USB设备分成HUB设备和功能设备两种。 HUB设备即集线器，是USB即插即用计术中的核心部分，完成USB设备 的添加、插拔检测和电源管理等功能。HUB设备不仅能向下层设备提供 电源和设置速度类型，而且能为其它USB设备提供扩展端口。 一个集线器由中继器和控制器构成，中继器负责连接的建立和断开，控 制器管理主机与集线器间的通信及帧定时。 功能设备能在总线上发送和接收数据和控制信息，是完成某项具体功能 的硬件设备，如键盘，鼠标等。 2）.端点 在USB接口中不再考虑I/O地址空间，IRQ及DMA的问题，只给每个USB外设分配一个逻辑地址，但并不制定分配任何系统资源。而USB外设本身应包含一定数量的独立寄存器端口，并能由USB设备驱动程序直接操作。这些寄存器就是USB设备的端点(Endpoint)。当设备插入时，系统会分给每个逻辑设备一个唯一的地址，而每个设备上的端点都有不同的端点号。通过端点号和设备地址，主机软件可以和每个端点通信。 3）.管道 USB设备的端点与主机软件间可进行数据与控制命令的传输，USB设备的端点和主机软件间的连接就称管道(PIPE)。一个USB设备可以有多个端点，也就有多个管道。但一个USB设备必须有一个零端点用于设置，端点0所对应的管道称为默认管道，默认管道用于传输控制类型信息。 4）.USB设备描述器 USB设备是通过描述器来报告它的属性和特点的。描述器是一个有一定格式的数据结构。每个USB设备必须有设备描述器、设置描述器、接口描述器和端点描述器。这些描时期提供的信息包括目标USB设备的地址、要进行的传输类型、数据包的大小和带宽请求等。 设备描述器：一个USB设备只有一个设备描述器，它包含了设备设置所用的默认管道的信息和设备的一般信息。 设置描述器：一个USB设备有一个或多个设备描述器。 接口描述器：一种设置可能支持一个或多个接口。比如CDROM，需要3个接口，数据口，音频口，视频口。 端点描述器：一个接口可能包含一个或多个端点描述器，分别定义各自的通信点。 3.USB系统组成和拓扑结构 3.1 USB系统的组成 USB系统包括硬件和软件部分 1）USB硬件部分 包括USB主机、USB设备（HUB和功能设备）及连接电缆。 USB主机：是一个带有USB控制器的PC机，在USB系统中,只有1个主机，它是USB系统的主控者。 USB主控器/根 HUB(USB Host Controller/Root Hub)：分别完成对传输的初始化和设备的接入。主机控制器负责产生由主机软件调度的传输，然后再传给根HUB。 USB HUBS:除了根HUB外，为了介入更多的外部设备，系统还需要其它USB HUBS。USB HUBS可串在一起接入根HUB 2）USB软件部分 USB设备驱动程序(USB Device Drivers)通过I/O请求包(IRPs)发出USB设备请求，而这些IRPs则完成对目标设备传输的设置。 USB驱动程序(USB Drivers)在设备设置时读取描述符寄存器以获取USB设备的特征，并根据这些特征，在请求发生时组织数据传输。 主控制器驱动程序(Host Controller Driver)完成对USB交换的调度，并通过根HUB或其它的HUB完成对交换的初始化。 3.2.USB系统拓扑结构 USB协议定义了在USB系统中宿主Host与USB设备间的连接和通信，其物理拓扑结构是星状的层层向上方式，也可看成一级与一级的级连方式。允许最多连接127个设备，最上层是USB主控器。 对于PC微机而言，USB系统中宿主Host就是一台带USB主控制器的PC机，USB主控制器由硬件、软件、微代码组成。在USB系统中只有一台USB主机，主机是主设备，它控制USB总线上所有的信息传送。根HUB与主机