USB学习基础知识4

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USB学习基础知识3--USB关键字

3  USB关键字

        USB涉及PC和嵌人式领域，完整的USB设备和主机的设计会应用到其中很多概念和知识。因此，作为起步阶段，能够了解和掌握各种关键的概念、词汇及其简称，对于整个USB知识的把握是很必要的。下面列举一些常用的关键字的简称和释义。
(1)握手应答包(Acknowledg,Packet,简写为ACK)｡用于USB主机与设备之问纹据传
输时,指示应答的握手信号｡
(2)缀冲区(Buffer)o汁算机或者是嵌人式系统中,用于暂时存储不能及时或大量传送的
数据的内存单元｡
(3)批量传榆(Bulk Transfer)。USB的4种传输类型之一｡用于对时间没有特殊要求,
但总量很大的数据的传输｡
(4)总线枚举(Bus Emumeration)｡USB主机对于USB设备的检测和配置｡
(5)控制传输(Control Transfer)｡USB的4种传输类型之一｡主要用于主机与设备之
间配置､命令及状态等数据的传输｡
(6)设备(Device)｡这是一个非常重要的概念,是指能够实现某种USB功能的逻辑或物
理实体｡USB协议将设备分为3个层次:

USB缩略语－－逐渐更新

A

B

C

D

E

EOF（End of Frame）：帧结束

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

SOF（Start of Frame）：帖开始。由主机发出的信号

Suspend：挂起

T

U

V

W

X

Y

Z

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USB学习基础知识2

2  USB中的Hub（集线器）

2.1 USB中Hub的概念

        USB中的Hub提供USB设备和主机之间的电气接口，其构成为：
（1）中继器（Hub Repeater）：响应主机与设备的连接的建立与断开。同时支持总线数据错误检测与恢复、总线连接与断开的检测等功能。
（2）控制器（Hub Controller)：负责主机与集线器间的通信事务。提供Hub的特殊状态与控制命令以便主机对Hub进行配置，同时负责监视和控制其下游端口的活动。
（3）事务转发处理器（Transaction Translator）：对高速通信过程中的事务进行分割，并在其下游端口有全/低速设备接入时，将事务转换为下游设备可接受的全/低速型事务

         所以，Hub的主要功能为：
（1）管理主机与设备的连接
（2）电源管理
（3）设备接入/断开检测
（4）总线错误的检测与恢复
（5）对高速、全速、低速设备的支持

2.2 USB中的Hub体系结构

2.2.1 Hub的内部结构如下图：

• Hub上游端口接入高速环境时，必须工作于高速模式；
• 上游接入全/低速环境时，必须工作于全/低速模式；
• 在上下游端口接入同种设备时，能支持3种速度模式；
• 当Hub工作于高速模式，但下游接入全/低速设备时，Transaction Translator对高速事务进行分割，将其转换为全/低速事务
• 当Hub上游端口接入一个工作于全/低速的电气环境中时，Hub的高速功能被禁用，即Hub只能工作于全/低速模式。
• ****************注：此处不是完全明白。

2.2.2 Hub中数据包信号的连接

Hub根据是否要传送数据包，或转发信号，或是处于空闲状态，Hub表现出不同的连接行为。

        Hub Repeater通常会包含一个向上游的端口和多个向下游的端口。通常上游端口接入主机，下游端口接入设备。

        如上图，（第2张图）在某下游端口被接通后，并且Hub检测到有从下游向上游流动的数据时，会建立一个流向上游的数据通道。只有Hub本身能看到该通道，其他下游端口则看不到。

         在数据向下游流动的模式中，Hub采用广播方式。在检测到有数据包后，Hub为每条接通的下游端口都建立一条数据通道，使其能够收到数据，对于那些未接通的端口，Hub则不建立该通道。

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USB学习基础知识1

一、USB电源信号线规定

VCC：电源    GND：地线   D+和D-：差分输入线

------------- Vcc
------------- D+
------------- D-
------------- GND

二、响应方式

对于主机请求，设备的响应方式分为：

ACK：响应正常
NAK：设备忙，请稍候再发
STALL：非法请求，请求失败，终端失败
不响应：表示数据出现错误

三、USB最多在主机上级联127个设备，单条线缆长不超过5m，加5个集线器后可到30m

四、USB理论最高速率480Mbit/s，实际可用带宽为200Mbit/s-300Mbit/s，而传输640*480*24(bit)*30(Fram/s)的信号时，需要的带宽约为220Mbit/s，已经几乎是USB2.0可用带宽的全部了

五、USB开发的困难

USB在对用户增加了易用性的同时，却大大增加了开发者的难度。

1.USB协议复杂

2.测试工作困难

3.USB控制芯片自身有缺陷：协议不断完善，硬件也随着完善

六、USB的逻辑结构

1.所有设备都共享一条数据通道（在连入同一集线器的情况下），可以把这些数据通道理解为一条粗的管道。在高速模式下，这条管道带宽480Mbit/s，而在这条管道中，最多可容纳127条小管道，每条管道的终点便是一个USB设备。

2.每条小管道中流动的数据都带有一个称为令牌（Token）的信息包，它给出了数据的流向。如果令牌信息为IN，则数据流向为由设备到主机；如果为OUT，则从主机到设备。

3.每个令牌中有7位数据用来寻址设备，最多寻址128个设备。但00H默认分配给刚刚连入的设备暂时使用。实际工作中的寻址设备为127个。

4.令牌中还包含了4位的端点（End Point）地址，因此，在每一条小管道内又可分为16条微管道，也就是可以16个输入/输出的端点，该端点就是数据中最基本的信息单元，每个端点可携带不同的信息，如：数据，音频，视频及控制信号等。

七、USB所需的支持

1.主机控制器的支持（主机主要指PC机）

    主机控制器负责数据总线路上的数据交换（Transaction），根集线器（Root Hub）负责为设备提供端口

在USB开发者论坛中，提供了检测PC是否支持USB的测试工具http://www.acwsoft.de/acw-usb2.html

USB主机控制器按驱动程序接口不同可分为：

    开放式主机控制器（Open Host Controller,OHC）：Microsot,Compaq和National Semiconductor等厂商联合制定

   通用式主机控制器（Universal Host Controller,UHC)：Intel自己研发

对用户来讲，功能上没有区别

2.操作系统的支持：如Windows XP，Windows 2000等

八、开发过程应用应考虑的问题

1.选择合适的USB控制器芯片
（1）所需的速度：速度越高，开发工作越复杂

（2）是否有集成于内部的CPU：内置的CPU可简化一定的数据处理工作
（3）连接端口的数量：确定所选芯片的信息端口能否能满足工作的需要
（4）合适的数据存储器：确定所选芯片的RAM大小能否满足需要，通常为128－1024Byte之间
（5）程序存储器
要使USB设备正常工作，还需要特定的用于初始化的设备和主机进行通信的程序，这样的程序在USB中称为“固件”。根据应用确定所需程序存储器的大小。
（6）其他：驱动示例的支持，模拟环境的提供等都作为芯片选择应考虑的因素。

2.确定创建固件所需的语言环境：根据编写固件的要求，采用汇编或C

3.硬件电路设计时的考虑
除了USB控制器本身的外围电路外，还要考虑用户要用USB连接的外设。
（1）USB控制器内建电压5V。因此，首先考虑相关外设的电压匹配与驱动能力的问题。
（2）USB控制器向下接入外设时的数据信号，控制信号的连接。（USB向上游连接入主机的接口及相关电路已成为标准化的规定，不用考虑）
（3）完成硬件电路的设计与绘制。以小巧和简便易用为目标。

4.主机中设备驱动的编写
       要使开发的产品能在计算机上顺利工作，计算机要“识别”用户的产品，并将其引导入系统中，对其进行协调和控制，这个“识别”过程由设备驱动程序完成。
       对于标准设备（如键盘，鼠标）已内建支持的驱动程序，对用户自己开发的产品，则需要自己编写该设备的驱动。
       设备驱动的编写：用Win DDK方式开发或利用其他的开发软件，编译平台可以是标准C或Visual C++等

5.应用程序的实现

         顺利将设备连入主机后，USB开发才真正地迈出了第一步。应用程序是设备满足用户需求的基础，这部分程序根据产品的不同而不同，主要是在计算机上实现对所开发产品的应用和控制。

6.相关的辅助软硬件设备
           就产品硬件来说，需要考虑必要的辅助电路（如数据的读写与存储，产品外形的设计等）；|
           就USB接口的开发过程来说，除了开发板，模拟运行平台等，还可能需要用到必要的监控程序，协议分析器等设备

九、开发工作流程
          （1）硬件的设计：主要考虑控制器与主机的连接，与外设的匹配，以及它们之间的协调工作。
          （2）USB控制芯片固件的实现：注意到具体的应用环境，控制器芯片中各种寄存器、控制器的不同的应用与实现。
           （3）Windows驱动的编写：包括检测设备时的系统要用到的引导文件、设备信息文件等。
           （4）应用程序的实现
           （5）几部分的联合测试与协调
下图是基本的开发流程图

总的来讲，USB的开发包括软硬件两方面的开发：硬件考虑芯片、外围电路以及相应的接口电路；软件考虑设备的驱动和固件的编写

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EDN USB学习第一课

经过3天的努力,EDN USB终于可以正常运行第一个程序了

当然,首先要感谢彩云,computer00等热心的网友赠送的PCB

在调试中,发现需要注意几个问题:

1.焊接要仔细,千万不能焊反了

2.在串口不通时,原因有:(1)232没焊好 (2)跳线冒没插对 (3) 插头用成公的了,此时1和5要互换,2和4要互换

3.D12 USB芯片没焊好,这样的话USB的ID没有,我是把D12 拆下来后又重焊了才成功.

当成功后GL_N(Good Link)指示灯闪烁

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