簡而言之，USB

理解USB標(biāo)準(zhǔn)

開始新的USB接口可能會(huì)讓人望而生畏。和USB 2.0規(guī)范在650頁的篇幅上，人們很容易因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的篇幅而被推遲。這只是一長串USB相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的開始。有USB類標(biāo)準(zhǔn)例如HID類規(guī)范，它詳細(xì)說明了HID（人機(jī)界面設(shè)備）類下的設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)等）的常見操作——只有另外97頁。如果您正在設(shè)計(jì)一個(gè)USB主機(jī)，那么您有三個(gè)主機(jī)控制器接口標(biāo)準(zhǔn)可供選擇。這些都沒有在usb2.0規(guī)范中詳細(xì)說明。

好消息是你甚至不需要費(fèi)心去閱讀整個(gè)USB標(biāo)準(zhǔn)。有些章節(jié)是由市場營銷精心編寫的，有些章節(jié)針對的是通常由USB控制器IC負(fù)責(zé)的較低鏈路層，還有一些章節(jié)針對主機(jī)和集線器開發(fā)人員。通過一個(gè)小的章節(jié)讓我們簡單的介紹一下USB的各個(gè)章節(jié)。

所以現(xiàn)在我們可以開始閱讀標(biāo)準(zhǔn)中與我們需要相關(guān)的部分。如果您為USB外設(shè)開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序（軟件），那么您可能只需要閱讀章節(jié)，

• 4-建筑概述
• 5-USB數(shù)據(jù)流模型
• 9-USB設(shè)備框架，以及
• 10-USB主機(jī)硬件和軟件。

另一方面，外圍硬件（電子）設(shè)計(jì)師可能只需要閱讀章節(jié)，

• 4-建筑概述
• 5-USB數(shù)據(jù)流模型
• 6-機(jī)械，以及
• 7-電氣

簡單地說，USB是為外圍設(shè)備設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的

現(xiàn)在讓我們面對現(xiàn)實(shí)，（1）我們大多數(shù)人都是來開發(fā)USB外設(shè)的，（2）讀一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)很常見，但仍然不知道如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)設(shè)備。因此在接下來的7章中，我們將重點(diǎn)介紹開發(fā)USB設(shè)備所需的相關(guān)部分。這使您能夠掌握USB及其問題，從而進(jìn)一步研究特定于您的應(yīng)用程序的問題。

USB1.1標(biāo)準(zhǔn)在高速傳輸?shù)経SB2.0之前已經(jīng)足夠復(fù)雜了。為了幫助理解USB背后的基本原理，我們省略了許多高速設(shè)備特有的領(lǐng)域。

介紹通用串行總線

USB版本1.1支持兩種速度，一種是12Mbits/s的全速模式，另一種是1.5Mbits/s的低速模式。1.5Mbits/s模式速度較慢，不易受電磁干擾影響，因此降低了鐵氧體磁珠和優(yōu)質(zhì)元件的成本。例如，晶體可以用更便宜的諧振器代替。USB2.0在主流臺(tái)式機(jī)上還沒有見到曙光，它已經(jīng)把賭注提高到480Mbits/s。480Mbits/s被稱為高速模式，是與Firewire串行總線競爭的一種手段。

USB速度

• 高速-480Mbits/s
• 全速-12Mbits/s
• 低速-1.5Mbits/s

通用串行總線由主機(jī)控制。每個(gè)總線只能有一個(gè)主機(jī)。規(guī)范本身不支持任何形式的多主控排列。但是隨動(dòng)規(guī)范作為usb2.0的一個(gè)附加標(biāo)準(zhǔn)，它引入了一個(gè)主機(jī)協(xié)商協(xié)議，允許兩個(gè)設(shè)備協(xié)商主機(jī)的角色。這是針對并僅限于單點(diǎn)對點(diǎn)連接，例如移動(dòng)電話和個(gè)人事務(wù)管理器，而不是多個(gè)集線器、多設(shè)備桌面配置。USB主機(jī)負(fù)責(zé)處理所有事務(wù)和調(diào)度帶寬。可以使用基于令牌的協(xié)議通過各種事務(wù)方法發(fā)送數(shù)據(jù)。

在我看來，USB的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有一定的局限性。USB的初衷之一是減少電腦背面的布線量。蘋果的人會(huì)說，這個(gè)想法來自蘋果桌面總線，在那里鍵盤、鼠標(biāo)和其他一些外圍設(shè)備可以通過一根電纜連接在一起（菊花鏈）。

然而，USB使用分層星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與10BaseT以太網(wǎng)相似。這就要求在某處使用集線器，這增加了更大的開銷，桌面上有更多的盒子和更多的電纜。不過，這并不像看上去那么糟糕。許多設(shè)備都集成了USB集線器。例如，您的鍵盤可能包含一個(gè)連接到您的計(jì)算機(jī)的集線器。鼠標(biāo)和其他設(shè)備（如數(shù)碼相機(jī)）可以輕松地插入鍵盤背面。監(jiān)視器只是一長串通常有內(nèi)置集線器的外圍設(shè)備。

這種分層的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而不是簡單地將設(shè)備串接在一起有一些好處。首先，可以監(jiān)控每個(gè)設(shè)備的電源，如果發(fā)生過電流情況，甚至可以在不中斷其他USB設(shè)備的情況下關(guān)閉電源。高速、全速和低速設(shè)備都可以支持，集線器過濾掉高速和全速事務(wù)，這樣低速設(shè)備就不會(huì)接收到它們。

在任何一個(gè)給定的時(shí)間，最多可以將127個(gè)設(shè)備連接到任何一個(gè)USB總線。需要更多設(shè)備嗎只需添加另一個(gè)端口/主機(jī)。雖然大多數(shù)早期的USB主機(jī)都有兩個(gè)端口，但大多數(shù)制造商認(rèn)為這是一種限制，并開始引入4端口和5端口主機(jī)卡以及硬盤等的內(nèi)部端口。早期的主機(jī)有一個(gè)USB控制器，因此兩個(gè)端口共享相同的可用USB帶寬。隨著帶寬需求的增長，我們開始看到帶有兩個(gè)或更多控制器的多端口卡允許單獨(dú)的通道。

USB主機(jī)控制器有自己的規(guī)格。對于USB1.1，有兩種主機(jī)控制器接口規(guī)格， 通用主機(jī)控制器接口由Intel開發(fā)，它將更多的負(fù)擔(dān)放在軟件（Microsoft）上，并允許更便宜的硬件和開放式主機(jī)控制器接口由康柏公司、微軟公司和國家半導(dǎo)體公司共同開發(fā)，它將更多的負(fù)擔(dān)放在硬件（英特爾）上，并使軟件變得更簡單。典型的硬件/軟件工程師關(guān)系。

隨著usb2.0的引入，需要一個(gè)新的主機(jī)控制器接口規(guī)范來描述特定于usb2.0的寄存器級(jí)細(xì)節(jié)。這個(gè)增強(qiáng)型主機(jī)接口出生了。重要的貢獻(xiàn)者包括Intel、Compaq、NEC、Lucent和Microsoft，因此希望它們能夠聯(lián)合起來，為我們提供一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，從而只有一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序可以在我們的操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。是時(shí)候了。

USB顧名思義就是串行總線。它使用4根屏蔽線，其中2根為電源（5v和GND）。其余兩個(gè)是雙絞線差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。它使用NRZI（Non-Return to Zero Invert）編碼方案發(fā)送帶有同步字段的數(shù)據(jù)，以同步主機(jī)和接收器的時(shí)鐘。

USB支持plug'n'plug與動(dòng)態(tài)可加載和不可加載的驅(qū)動(dòng)程序。用戶只需將設(shè)備插入總線即可。主機(jī)將檢測到這個(gè)添加，詢問新插入的設(shè)備，并在沙漏閃爍的時(shí)間內(nèi)加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，前提是為您的設(shè)備安裝了驅(qū)動(dòng)程序。最終用戶不必?fù)?dān)心終止，諸如irq和端口地址之類的術(shù)語，或者重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。一旦用戶完成，他們可以簡單地將電纜拔出，主機(jī)將檢測到它的缺失并自動(dòng)卸載驅(qū)動(dòng)程序。

使用PID/VID（產(chǎn)品ID/供應(yīng)商ID）組合加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。VID是由USB實(shí)現(xiàn)者的論壇以一定的成本提供的，這被視為USB的另一個(gè)癥結(jié)。有關(guān)費(fèi)用的最新信息，請?jiān)L問USB實(shí)施者網(wǎng)站

其他標(biāo)準(zhǔn)組織為非商業(yè)活動(dòng)提供額外的視頻，如教學(xué)、研究或玩弄（業(yè)余愛好者）。USB實(shí)現(xiàn)者論壇還沒有提供這項(xiàng)服務(wù)。在這些情況下，您可能希望使用分配給開發(fā)系統(tǒng)制造商的一個(gè)。例如，大多數(shù)芯片制造商將有一個(gè)VID/PID組合，您可以使用您的芯片，這是眾所周知的不存在的商業(yè)設(shè)備。其他芯片制造商甚至可以賣給你一個(gè)PID，與他們的視頻一起用于你的商業(yè)設(shè)備。

USB的另一個(gè)更顯著的特點(diǎn)是它的傳輸模式。USB支持控制、中斷、批量和同步傳輸。稍后我們將討論其他傳輸模式，Isochronous允許設(shè)備在保證延遲的情況下保留一定數(shù)量的帶寬。這是音頻或視頻應(yīng)用程序的理想選擇，在這些應(yīng)用程序中，擁塞可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)或幀的丟失。每種傳輸模式在錯(cuò)誤檢測和恢復(fù)、保證的延遲和帶寬等方面為設(shè)計(jì)者提供了權(quán)衡。