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分类: LINUX

2012-03-23 10:20:34

USB(Universal Serial Bus)总线是20世纪90年代发展起来的一种“通用串行外部总线”。

USB总线上的信息流通都以体信包的形式进行。通常分为以下风类。
(1)传令(Token) 同主机发出,用来启动一次交互。除本次交互目标的地址外,信包中还含有交互方向和性质,IN表示输入,OUT表示输出,SETUP则用于控制传输的启动。
(2) 数据  根据交互的方向,由主机或设备发出,其内容也应用信息或高层控制/状态信息。
(3) 握手  由数据信包或传令信包的接收方(或集中器Hub)发出,说明对数据信包或传令信包的接收情况,ACK表示成功,NAK表示出错或无反应,STALL(由集中器发出)表示不能接收。
 (4) SOF   用于框架的分隔,信包中含有框架的序号。
 (5) 低速设备前缀 低速设备在每个信包之前都要加上一个特殊的前缀。

目前USB主要有三种主机控制界面
UHCI 由Intel制定,适用于低速全速设备。由于intel的背景,UHCI的软件方面做得比较简单。
OHCI 是Compaq、Microsoft、National Semiconductor联合制定,支持低速,全速,软件方面做得比较复杂。
EHCI 适用于高速设备

当我们windows系统将一个新的USB设备接入PC时。
1. 右下角弹出"发现xxx"
2. 跳出一个对话框,提示你安装驱动程序

问1. 既然还没有"驱动程序",为何能知道是"xxx"
答1. windows里已经有了USB的总线驱动程序,接入USB设备后,是"总线驱动程序"知道你是"xxx"
     提示你安装的是"设备驱动程序"
     
     USB总线驱动程序负责:识别USB设备, 给USB设备找到对应的驱动程序

问2. USB设备种类非常多,为什么一接入电脑,就能识别出来?
答2. PC和USB设备都得遵守一些规范。
     比如:USB设备接入电脑后,PC机会发出"你是什么"?
           USB设备就必须回答"我是xxx", 并且回答的语言必须是中文
     USB总线驱动程序会发出某些命令想获取设备信息(描述符),
     USB设备必须返回"描述符"给PC
     
问3. PC机上接有非常多的USB设备,怎么分辨它们?
     USB接口只有4条线: 5V,GND,D-,D+
答3. 每一个USB设备接入PC时,USB总线驱动程序都会给它分配一个编号
     接在USB总线上的每一个USB设备都有自己的编号(地址)
     PC机想访问某个USB设备时,发出的命令都含有对应的编号(地址)

问4. USB设备刚接入PC时,还没有编号;那么PC怎么把"分配的编号"告诉它?
答4. 新接入的USB设备的默认编号是0,在未分配新编号前,PC使用0编号和它通信。

问5. 为什么一接入USB设备,PC机就能发现它?
答5. PC的USB口内部,D-和D+接有15K的下拉电阻,未接USB设备时为低电平
     USB设备的USB口内部,D-或D+接有1.5K的上拉电阻(如果D-接的1.5K上拉电阻,则认为接入的是低速全速设备;如果D+接的是1.5K的上拉电阻,则主为接入的是高速设备);它一接入PC,就会把PC USB口的D-或D+拉高,从硬件的角度通知PC有新设备接入。

其他概念:
1. USB是主从结构的
   所有的USB传输,都是从USB主机这方发起;USB设备没有"主动"通知USB主机的能力。
   例子:USB鼠标滑动一下立刻产生数据,但是它没有能力通知PC机来读数据,只能被动地等得PC机来读。

2. USB的传输类型:
a. 控制传输:可靠,时间有保证,比如:USB设备的识别过程
b. 批量传输: 可靠, 时间没有保证, 比如:U盘
c. 中断传输:可靠,实时,比如:USB鼠标
d. 实时传输:不可靠,实时,比如:USB摄像头

3. USB传输的对象:端点(endpoint)
   我们说"读U盘"、"写U盘",可以细化为:把数据写到U盘的端点1,从U盘的端点2里读出数据
   除了端点0外,每一个端点只支持一个方向的数据传输
   端点0用于控制传输,既能输出也能输入
   
4. 每一个端点都有传输类型,传输方向

5. 术语里、程序里说的输入(IN)、输出(OUT) "都是" 基于USB主机的立场说的。
   比如鼠标的数据是从鼠标传到PC机, 对应的端点称为"输入端点"
     
6. USB总线驱动程序的作用
a. 识别USB设备
b. 查找并安装对应的设备驱动程序
c. 提供USB读写函数


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