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2014年(38)

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分类: 嵌入式

2014-05-12 15:58:10

USB设备的一些概念

把一个USB设备连接到PC,会弹出“发现XXX(设备)”,然后弹出对话框,提示安装驱动

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;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",可以细化为:把数据写到U盘的端点1;"写U盘",可以细化为: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
   所有的USB设备都有端点0 ,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
        1.1 分配地址
        1.2 并告诉USB设备(set address)
        1.3 发出命令获取描述符
            描述符的信息可以在include\linux\usb\Ch9.h看到
    b. 查找并安装对应的设备驱动程序
    c. 提供USB读写函数


7. USB设备的速率:
    低速:1.5Mbps
    全速:12Mbps
    高速:480Mbps


大概估计一下USB设备的识别过程:
1.接上去
2.总线驱动程序分配地址,告诉USB设备
3.总线驱动程序发出"获得描述符"的命令,描述符的信息可以在include\linux\usb\Ch9.h或include\uapi\linux\usb\Ch9.h看到
4.USB设备回复特定格式的数据,这些数据称为"描述符"
5.总线驱动程序根据这些信息去查找匹配的设备驱动程序

USB驱动程序框架:

app:   
-------------------------------------------
          USB设备驱动程序      // 知道数据含义
内核 --------------------------------------
          USB总线驱动程序      // 1. 识别, 2. 找到匹配的设备驱动, 3. 提供USB读写函数 (它不知道数据含义)
-------------------------------------------
           USB主机控制器
           UHCI OHCI EHCI
硬件        -----------
              USB设备

UHCI: intel,     低速(1.5Mbps)/全速(12Mbps)
OHCI: microsoft  低速/全速
EHCI:            高速(480Mbps)


怎么写USB设备驱动程序?
1. 分配/设置usb_driver结构体
        .id_table
        .probe
        .disconnect
2. 注册



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