浅谈USB总线的体系结构

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1、浅谈USB总线的体系结构USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线它是--种应用在PC领域的新型接口技术。与传统接口总线相比，它冇三个主要优点：1•可接入多达127个设备，目前计算机外设越來越多，PC机内有限的插槽和接口已经不能满足要求，USB缓解了这一才盾。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。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，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（如下图）。USB连接是指USB主机和USB设备的通信方式与方法，

2、包括：总线拓扑（USB宝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）。在主机利一个hub或者■一个应用之间以及在hub和其它hub或应用Z间都是一个点对点的连接。图1表示了USB的拓扑类型。USB主机在USB总线中只有-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，它可彼看做-个硬件、固件和软件的结合体。主机系统屮集成了

3、一个根hub來提供一个或多个连接点。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）。USB设备都有一个标准的USB接口，它的作用为：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设备的接口冇H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Z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來共同享用整个USB带宽。在其它设备正常丄作的前提下，USB允许某设备

4、连接、设置、运行和断开连接。USB数据传逻辑结构USB设备在逻辑上分成了儿个层次，分别是设备层、配置层、接口层和节点层。1.节点：每个设备内有一个或多个逻辑连接点，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。冇多个接口的设备称为纽合设备。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習。USB设备中乞层的逻辑关系如图2所示：4.管道：在USB中，传输是在USB

5、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，即为设备的一个仰嶼pg山卩・E7?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，而流管道没冇固定的结构。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Z后就产生了。其中有一个最垂要的消息管理是“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。管道可以是单向的也可以是双向的。一个USB设备可以有很多个管道，管道之间是相互独立的，比如设备的一个管道可以从主机接收数据

6、而另一个管道可以发送数据。在一个设备配置中每一个管道（即每-个节点）只能支持下述的-个数据传型。5•传输类型：USB总线包括4种传输类盘（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,-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來保证，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

7、，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冇关，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。他1挪c£(Uy.comUSB数据传输的逻辑模型如图3所示：好的USB接口指标包括：所设计•的USB设备的带宽，由此确定设备为低速