usb通信原理与接口系统研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第152期)机械工程与自动化No．12OO9年2月MECHANICALENGINEERING＆AUT0MAT10NFeb．文章编号：1672—6413(2()【]9)O1一O192—03USB通信原理及接口系统研究孙磊，潘存治(石家庄铁道学院机械工程分院，河北石家庄O50()43)摘要：UsB接口技术是2O世纪9O年代新兴的热门技术，其特点是即插即用。介绍了UsB的通信原理和数据格式．为了能解决USB的通信稳定性问题，在USB事务处理和数据传输方面提供了更为可靠的方法。关键词：USB；接

2、口；数据传输中图分类号：TP334．7文献标识码：A1USB接口通信原理在终端用户看来，USB接口就是从USB设备到uSB(UniversalSerialBus)是通用串行总线，它主机的简单连接，但对开发人员来说，可将USB接口是一种快速的、双向的、同步传输的、廉价的并可以系统分为主机和USB设备两部分，每部分均可分为3进行热拔插的串行接口。个逻辑层：功能层、usB设备层和UsB总线接口层。1．1USB接口系统结构USB接口系统结构见图1。主机互连usB设备l11，＼lf{·牛卜1～I—T台[1L1门1^lTIL(管理一个接口)I-

3、：f接口集合功能层l▲一一组管道▲▲缓冲区lj无usB格式謦iI接口!I无usB格式附●+●usB系统软件端点lUsB逻辑设备(管理设备)Olf端点集合)缺省管道OUSB设备层IlJ具有USB每个端具有usB格式点数据格式『二II主usB总线接口usB总线接口控具有usB格式LrSB总线制，——●厂冈接口层器事务处理一L二usB电缆一1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．__J——管道f逻辑数据传输f交际数据传输t+图1USB接口系统结构usB系统中只允许有一个主机，主机分为3个不括usB设备驱动程序和界面应用程序两部分。客户软同

4、的功能模块：应用软件、USB系统软件和USB总线件不能直接访问USB设备，其与功能单元的通信必须接口。客户软件负责和UsB设备的功能单元进行通经过usB系统软件和usB总线接口模块才能实现。信，以实现其特定功能，它需要开发人员自行开发，包UsB设备也由3个功能模块组成：即usB总线收稿日期：2o08一O5一l5；修回日期：2()()8一o9一l2作者简介：孙磊(1982一)，男．河北唐lllJ人，在读硕士研究生。学兔兔www.xuetutu.com2OO9年第1期孙磊，等：USB通信原理及接口系统研究·193·接口、USB逻辑设备和

5、功能单元。UsB总线接口是成，如SETUP包、ACK包等。根据所含信息包的种UsB设备中的串行接口引擎(SIE)；USB逻辑设备被类，事务处理又分为3个阶段：令牌阶段、数据阶段USB系统软件看作是一个端点的集合；功能单元被应和握手阶段。令牌阶段表示事务处理的开始，并定义用软件看作是一个接口的集合。其中，sIE、端点和接传输类型；数据阶段负责传输相关数据，长度最大为口都是UsB设备的组成单元。1024字节；握手阶段用于报告事务处理的状态，如1．2USB接口配置ACK、NCK等。并不是所有的事务处理都必须具有这从主机角度上讲，UsB设备

6、可看作是由一些配3个阶段，如可能不含数据包和状态包，但无论如何，置、接口和端点组成的，这是通常所说的USB设备架所有的事务处理都必须从令牌包开始。根据所含令牌构，即一个USB设备可以含有一个或多个配置。在每包的种类，USB事务处理有IN事务、oUT事务、个配置中可含有一个或多个接口，在每个接口中可含SETUP事务、P1NG事务、SOF事务、SPIIT事务和有若干个端点。其中，配置和接口是对USB设备功能PRE事务7种类型。的抽象，实际的数据传输由端点来完成，在使用usB设备前，必须指明其采用哪个配置和接口。USB设备使用各种描述符来

7、说明其设备构架，包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符和字符串描述符等，它们通常被保存在usB接口芯片的固件中。2USB数据格式图2IN、0UT、SETUP数据包格式信息包是usB总线上数据传输的最小单位，包含8bits0一lO23bitsl6bits进行UsB通信所需的全部信息，信息包由一系列字段组成。2．1字段格式同步字段(sYNC)：用于本地时钟与输入信号的同步，所有的包都起始于SYNC字段，并且在长度上图3DAI’A数据包格式定义为8位。4USB数据传输标识字段(PID)：对于每个包，PID都是紧跟着从逻辑上讲，

8、uSB数据的传输是通过管道进行SYNC的，PID指明了包的类型及其格式。的。USB系统软件通过缺省管道(与端点0相对应)管地址字段(ADDR)：指定USB系统中的一个USB理设备，设备驱动程序通过其它的管道来管理设备的设备，ADDR共