|
USB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用設(shè)計(jì)
畢業(yè)論文網(wǎng) 2009/7/16
摘 要：通用串行總線(USB)是一種簡單的機(jī)外圍接口標(biāo)準(zhǔn)。它具有即插即用、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為計(jì)算機(jī)必備的一個接口。本文簡要介紹USB總線的功能、拓樸結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)傳輸過程，并舉例說明USB接口的實(shí)際。
關(guān)鍵詞：通用串行總線 USB接口 外圍接口標(biāo)準(zhǔn)
一、USB接口背景
在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上常用串口或并口連接外圍設(shè)備。每個接口都需要占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(如中斷，I/O地址，DMA通道等)。無論是串口還是并口都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，一個接口僅支持一個設(shè)備。因此每添加一個新的設(shè)備，就需要添加一個ISA/EISA 或PCI卡來支持，同時系統(tǒng)需要重新啟動才能驅(qū)動新的設(shè)備。
USB總線是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于PC機(jī)與外圍設(shè)備的互聯(lián)。USB總線具有低成本、使用簡單、支持即插即用、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，已被廣泛地用在PC機(jī)及嵌入式系統(tǒng)上。
二、USB總線優(yōu)缺點(diǎn)
1.優(yōu) 點(diǎn)
（1）使用簡單
所用USB系統(tǒng)的接口一致，連線簡單。系統(tǒng)可對設(shè)備進(jìn)行自動檢測和配置，支持熱插拔。新添加設(shè)備系統(tǒng)不需要重新啟動。
（2）應(yīng)用范圍廣
USB系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)文附加信息少，帶寬利用率高，可同時支持同步傳輸和異步傳輸兩種傳輸方式。一個USB系統(tǒng)最多可支持127個物理設(shè)備。USB設(shè)備的帶寬可從幾Kbps 到幾Mbps (在USB2.0版本，最高可達(dá)幾百M(fèi)bps)。一個USB系統(tǒng)可同時支持不同速率的設(shè)備，如低速的鍵盤、鼠標(biāo)，全速的ISDN、語音，高速的磁盤、圖像等(僅USB2.0版本支持高速設(shè)備)。
（3）較強(qiáng)的糾錯能力
USB系統(tǒng)可實(shí)時地管理設(shè)備插拔。在USB協(xié)議中包含了傳輸錯誤管理、錯誤恢復(fù)等功能，同時根據(jù)不同的傳輸類型來處理傳輸錯誤。
（4）總線供電
USB總線可為連接在其上的設(shè)備提供5V電壓/100mA電流的供電，最大可提供500mA的電流。USB設(shè)備也可采用自供電方式。
（5）低成本
USB接口電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，特別是低速設(shè)備。USB系統(tǒng)接口/電纜也比較簡單，成本比串口/并口低。
2.缺 點(diǎn)
USB技術(shù)還不是很成熟，特別是高速設(shè)備。市場上現(xiàn)有的USB設(shè)備價格都比較昂貴，但隨著USB技術(shù)的日益成熟，設(shè)備的不斷增加和廣泛應(yīng)用，其價格將會有所降低。
三、USB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
一個USB系統(tǒng)包含三類硬件設(shè)備: USB主機(jī)(USB HOST)、 USB設(shè)備(USB DEVICE)、USB集線器(USB HUB)，如圖1所示。
（1）USB HOST
在一個USB系統(tǒng)中，當(dāng)且僅當(dāng)有一個USB HOST時，USB HOST有以下功能:
◇ 管理USB系統(tǒng)；
◇ 每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)；
◇ 發(fā)送配置請求對USB設(shè)備進(jìn)行配置操作；
◇ 對總線上的錯誤進(jìn)行管理和恢復(fù)。
（2）USB DEVICE
在一個USB系統(tǒng)中，USB DEVICE和USB HUB總數(shù)不能超過127個。USB DEVICE接收USB總線上的所有數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)包的地址域來判斷是不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包：若地址不符，則簡單地丟棄該數(shù)據(jù)包；若地址相符，則通過響應(yīng)USB HOST的數(shù)據(jù)包與USB HOST進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
（3）USB HUB
USB HUB用于設(shè)備擴(kuò)展連接，所有USB DEVICE都連接在USB HUB的端口上。一個USB HOST總與一個根HUB (USB ROOT HUB)相連。USB HUB為其每個端口提供100mA電流供設(shè)備使用。同時，USB HUB可以通過端口的電氣變化診斷出設(shè)備的插拔操作，并通過響應(yīng)USB HOST的數(shù)據(jù)包把端口狀態(tài)匯報(bào)給USB HOST。一般來說，USB設(shè)備與USB HUB間的連線長度不超過5m，USB系統(tǒng)的級聯(lián)不能超過5級（包括ROOT HUB）。
四、USB總線數(shù)據(jù)傳輸
USB總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
從物理結(jié)構(gòu)上，USB系統(tǒng)是一個星形結(jié)構(gòu)；但在邏輯結(jié)構(gòu)上，每個USB邏輯設(shè)備都是直接與USB HOST相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)�。在USB總線上，每ms傳輸1幀數(shù)據(jù)。每幀數(shù)據(jù)可由多個數(shù)據(jù)包的傳輸過程組成。USB設(shè)備可根據(jù)數(shù)據(jù)包中的地址信息來判斷是否響應(yīng)該數(shù)據(jù)傳輸。在USB標(biāo)準(zhǔn)1.1版本中，規(guī)定了4種傳輸方式以適應(yīng)不同的傳輸需求：
（1）控制傳輸（control transfer）
控制傳輸發(fā)送設(shè)備請求信息（未完，下一頁）
|