usb总线传输协议概述

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1、USB总线传输协议概述1USB系统结构11.1USB的主机21.2USB的设备32USB数据传输类型42.1控制传输52.2批量传输52.3同步传输52.4中断传输63USB通信原理63.1通信的结构63.2编码方式73.3事务处理74USB总线列举91USB系统结构USB是一种电缆总线，支持在主机和各式各样的即插即用的外设之间进行数据传输。由主机预定的标准的协议使各种设备分享USB带宽，当其它设备和主机在运行时，总线允许添加、设置、使用以及拆除外设。USB采用层次星型的总线拓扑结构，这可以防止在USB系统中出现环形连接的情况。主控器(包

2、括根集线器)是该拓扑结构的起点，USB集线器是其中心，每一层都是集线器和功能设备之间点到点的连接，其层次最多为7层(包括根层)。通过这种层次星型的总线拓扑结构，USB系统最多可以支持127个USB设备。从用户的角度来看，一个简单的USB系统是由计算机、USB设备和USB电缆组成。从总线接口协议角度来看，整个USB系统可以分为3个层，功能层、USB设备层和USB总线接口层，并且每一层都由主机和USB设备的不同功能模块组成。这种分层结构简化了USB通信机制，有利于理解主机的软硬件和USB设备之间的通信关系。功能层主要负责数据传输操作，由USB

3、设备特定的功能单元和与其对应的USB主机程序实现。设备层主要用于管理USB设备、分配USB地址、读取设备描述符，USB主机在这一层获得相应USB设备的能力，这一层功能的实现需要通过USB主机的自动程序和用户编写的相应固件程序同时支持下完成。总线接口层主要用于实现USB主机和USB设备之间的数据传输。在USB协议中，USB系统硬件自动完成数据解码和编码。USB系统分层结构如图1.1所示。1.1USB的主机USB主机在主控制器的控制下和USB设备进行通信，是USB系统的管理者。USB主机内部由下而上包含USB总线接口、USB系统软件和客户软件

4、。其中，客户软件包括USB设备驱动程序和界面应用程序。USB设备驱动程序主要任务是与USB系统软件进行数交流，通过向USB总线驱动程序发送请求包(IRP)来完成二者之间的数据通信;界面应用程序主要是为用户提供一个可视化界面操作界面，可以与USB设备驱动程序进行交互以达到和USB设备通信的目的。USB系统软件包括USB总线驱动程序、USB主机控制器驱动程序和主机软件三部分，这些软件由操作系统提供，主要功能是进行配和管理客户软件的数据。总线接口主要实现了比特流和逻辑数据之间的转换，在主控制的控制下，或把比特流组装成带有满足USB协议格式的数据

5、，或把带有USB格式的数据转换为纯粹的比特流。值得注意的是:在USB系统中，USB主机处于绝对主导地位，控制所有的数据传输和相关操作，在任何USB系统中，只有一个主机。总的说来，主机主要有以下功能:(l)提供电源，同时进行节电管理。(2)检测设备，包括设备的连接和断开。(3)管理数据传输，包括控制流和数据流。(4)控制主控制器和USB设备间的连通和关闭。图1.1USB系统分层结构1.2USB的设备USB设备可以被划分为作为串行接口引擎的USB总线接口层、端点集合的USB逻辑层以及接口集合的功能层。从USB协议的角度来看，USB设备可以分为

6、集线器(Hub)和功能设备。集线器可以提供更多的连接点，用于扩展主机的USB端口。功能设备是一种可以和USB主机进行交互的设备，有其特定功能。功能设备内部应该包含配置信息，用以描述其功能和资源需求等。在功能设备被使用前，需要主机根据配置信息对其进行配置。USB协议用设备架构的概念来描述USB设备的特性，即USB设备是由配置、接口和端点组成，一个USB设备可以含有一个或多个配置，在每个配置中可含有一个或多个接口，在每个接口中可含有若干个端点。其中，配置和接口是对USB设备功能的抽象，端点是USB设备中的实际物理单元，实际的数据传输是由端点来

7、完成，在使用USB设备前，必须指明其采用那个配置和接口。USB设备构架如图1.2所示图1.2USB设备构架(1)设备设备代表一个USB设备，它由一个或多个配置组成。设备描述符用于说明设备的总体信息，并指出其所含配置的个数。一个USB设备只能有一个设备描述符。如果高速USB设备既需采用高速传输又需采用全速传输，则它还必须支持设备限定描述符，以指出另一传输速率下该设备的总体信息。(2)配置一个USB设备可以包含一个或多个配置，如USB设备的低功耗模式和高功耗模式就可分别对应一个配置。在使用USB设备前，必须为其选择一个合适的配置。配置描述符用

8、于说明USB设备中各个配置的特性，如配置所含接口的个数等。USB设备的每一个配置都必须有一个配置描述符。(3)端点端点是USB设备中的实际物理单元，USB数据传输就是在主机和USB设备各个端点