1、USB总线协议
一、 USB总线的简介
USB（通用串行总线），由Intel公司提出，带宽为12Mbps，与传统接口总线相比，主要优点有三个，1.可接入多达127个设备，目前计算机外设越来越多，PC机内有限的插槽和接口已经不能满足要求，USB缓解了这一矛盾。2.可以热插拔，在电脑通电的情况下可以随时热插拔所连接的设备。3.可即插即用。
设计USB的设备就必须深入了解USB的体系结构。USB通用串行总线同其他串行并行接口不同，它是一个软硬件相结合的系统体系，对于刚刚进入USB设计的工程师来说，这个结构是复杂的。为此，下面论述了USB的一些体系结构和基本概念。
二、 USB总线的总体结
2、构
整个USB总线可以分为3个部分进行描述：USB连接、USB设备、USB主机（如图1）。
2.1 USB连接
USB连接是指USB主机和USB设备的通信方式与方法，包括：总线拓扑（USB主机和设备之间的连接方式）；层内关系（USB总线每一层中的任务）；数据流模式（数据在USB总线上的流动方式）；USB调度（USB提供一个共享的服从调度的互连）。
USB设备是通过USB总线连接到USB主机上的。USB总线上的物理连接是一个分层的星形拓扑。处于每个星形拓扑中央的是hub(USB集线器)。在主机和一个hub或者一个应用之间以及在hub和其它hub或应用之间都是一个点对点的连接。图1表
3、示了USB的拓扑类型。
2.2 USB主机
在USB总线中只有一个主机。USB总线与计算机主机系统的接口部分就是主机控制器，它可被看做一个硬件、固件和软件的结合体。主机系统中集成了一个根hub来提供一个或多个连接点。
2.3 USB设备
首先USB设备可被分为两大类：hub类（提供附加USB接入点的设备）和功能 设备类（为系统实现某些功能的设备，如ISDN适配器、数字游戏杆等）。
按照功能，USB设备又可分为很多类，如：音频、人机交互、显示、通信、电源、打印机、海量存储、物理反馈等设备。每个USB设备都必须提供自鉴定信息和通用的设置。
USB设备都有一个标准的USB接口，它的作
4、用为：解释USB协议；对标准USB操作的响应，如挂起和设置等；提供设备的一些描述信息。
在实际的设计应用中，USB设备的接口有自已的特点。USB接口的正确设计与设备的性能紧密相关，在USB接口设计之前必须要对设备的功能、指标进行详细的分析。
连接在USB接口上的设备通过基于令牌和主机控制的协议来共同享用整个USB带宽。在其它设备正常工作的前提下，USB允许某设备连接、设置、运行和断开连接。
2.4 USB数据传逻辑结构
USB设备在逻辑上分成了几个层次，分别是设备层、配置层、接口层和节点层。
USB设备中各层的逻辑关系如图2所示：
1.节点：每个设备内有一个或多个逻辑连接点，
5、称为节点。
2.接口：一个设备对主机表现为一组合适的节点，一组相关的节点称为一个接口。有多个接口的设备称为组合设备。
3.配置：设备可以有多组接口，每一组称为一个配置，一次只能有一个配置是活动的。但是，当前配置中的所有接口（和它们的节点）可以同时是活动的。大多数设备只有一个配置和一个接口。当一个设备第一次插入系统时，Windows提示用户选择合适的配置。
4.管道：在USB中，传输是在USB设备的某一具节点和主机软件之间进行的，这个相关的结构就称为管道，即为设备的一个节点与主机之间的数据传输的模型。管道有两种：流管道和消息管道。其中消息管道的数据结构是USB定义好的，而流管道没有固定的结
6、构。另外，数据传输带宽、传输类型、节点的特性（如方向和缓冲大小）都影响着它的管道特性。大多数的管道在USB设备配置好之后就产生了。其中有一个最重要的消息管理是“缺省控制管道”，这个管道在设备一加电的时候就存在了，它提供设备的配置和状态等信息的控制。
5.传输类型：USB总线包括4种传输类型（传输管道）：
●控制传输类型：用于传输控制信息，如：在连接时配置设备，控制其它管道的状态以及完成一些设备自定的用途。
●块数据传输类型：用于传输相对比较大的和突发性强的数据，一般这种传输的动态范围比较宽。数据传输的可靠性由硬件层错误检测来保证，对错误的数据可进行重复发送。块传输 是连续的，它的带宽占用依据其它USB设备的使用情况而不同。这种传输类型一般用于打印机、扫描仪等。
●中断数据传输类型：数据量小，延迟短，通常用于传输设备反馈回计算机的字符和坐标信息，多用于人机交互设备，如鼠标，键盘、游戏杆等。
●同步数据传输类型：占用预先分配的带宽，实时传输。对于同步传输管道，带宽的要求与设备的采样率有关，时延的要求与每个节点的缓冲大小有关。为保证数据的实时传输，在传输过程中的一些误码是不被纠正的（如不进行重试等），则实际上USB的心位错误率是十分小的，它完全可以被忽略掉，不足以形成问题。
USB数据传输的逻辑模型如图3所示：
2.5
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