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1、USB系统结构与应用设计（1）摘要：通用串行总线是一种简单的计算机外围接口标准。它 具有即插即用、扩展方便等优点，已成为计算机必备的一个 接口。本文简要介绍 USB总线的功能、拓朴结构及其数据传 输过程，并举例说明 USB接 口的实际应用。关键词：通用串行总线 USB接 口外围接口标准一、USB接 口背景在早期的计算机系统上常用串口或并口连接外围设备。 每个接口都需要占用计算机的系统资源。无论是串口还是并 口都是点对点的连接，一个接口仅支持一个设备。因此每添 加一个新的设备，就需要添加一个 ISA/EISA 或 PCI 卡来支 持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。该文档为文档投稿赚钱网作
2、品，版权所有，违责必纠USB总线是INTEL、DEC MICROSOFTIBM等公司联合提该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠出的一种新的串行总线标准，主要用于PC机与外围设备的互联。USB总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易 于扩展等特点，已被广泛地用在 PC机及嵌入式系统上。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠二、USB总线优缺点1. 优点（1）使用简单所用USB系统的接口一致，连线简单。系统可对设备进行自动检测和配置，支持热插拔。新添加设备系统不需要重 新启动。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠（2）应用范围广USB系统数据报文附加信息少，带宽利用率
3、高，可同时支持同步传输和异步传输两种传输方式。一个USB系统最多可支持127个物理设备。USB设备的带宽可从几 Kbps到几 Mbp& 个USB系统可同时支持不同速率的设备，如低速的 键盘、鼠标，全速的ISDN、语音，高速的磁盘、图像等。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠（3）较强的纠错能力USB系统可实时地管理设备插拔。在 USB协议中包含了 传输错误管理、错误恢复等功能，同时根据不同的传输类型 来处理传输错误。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠4）总线供电USB总线可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电，最大可提供 500mA的电流。USB设备也可采
4、用自 供电方式。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠（ 5）低成本USB接口电路简单，易于实现，特别是低速设备。USB系统接口 /电缆也比较简单，成本比串口 /并口低。2. 缺点USB 技术还不是很成熟，特别是高速设备。市场上现有 的USB设备价格都比较昂贵，但随着USB技术的日益成熟，该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠设备的不断增加和广泛应用，其价格将会有所降低。三、USB系统拓扑结构一个USB系统包含三类硬件设备:USB主机、USB设备、USB集线器，如图1所示（1）USBHOST在一个 USB系统中，当且仅当有一个USBHOST时，USBHOS有以下功能：管理USB
5、系统；每毫秒产生一帧数据；发送配置请求对 USB设备进行配置操作；对总线上的错误进行管理和恢复。（2） U S BDEVICE在一个USB系统中，USBDEVIC匡口 USBHU总数不能超过该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠127个。USBDEVICE接收USB总线上的所有数据包，通过数该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符， 则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应 USBHOST 的数据包与USBHOS进行数据传输。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠3)USBHUBUSBHUB用于设备扩展连接，所有US
6、BDEVICE都连接在该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠USBHU的端口上。一个USBHOS总与一个根HUB相连。USBHUB 为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时，USBHU可 以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应 USBHOST勺数据包把端口状态汇报给USBHOST 般来说，该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠USB设备与USBHU间的连线长度不超过 5m USB系统的级联 不能超过 5 级（包括 ROOTHU）B。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠四、USB总线数据传输USB总线上数据传输的结构如图 2所示。从物理结构上，USB
7、系统是一个星形结构；但在逻辑结 构上，每个USB逻辑设备都是直接与 USBHOS相连进行数据 传输的。在USB总线上，每 ms传输1帧数据。每帧数据可 由多个数据包的传输过程组成。USB设备可根据数据包中的该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠地址信息来判断是否响应该数据传输。在USB标准版本中，规定了 4 种传输方式以适应不同的传输需求：( 1)控制传输( controltransfer)控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信 息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命 令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为 64 个字节，而低速设备每次控制传输的最大有
8、效负荷仅为 8 个 字节。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠( 2)同步传输( isochronoustransfer)该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠同步传输仅适用于全速 / 高速设备。同步传输每 ms 进行 一次传输，有较大的带宽，常用于语音设备。同步传输每次 传输的最大有效负荷可为 1023 个字节。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠( 3)中断传输( interrupttransfer)中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1255ms,而低速设备的中断传输周期为10255mso全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为
9、64 个字节,而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为 8 个字节。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠( 4)块数据传输( bulktransfer ) 块数据传输是非周期性的数据传输，仅全速 / 高速设备该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠支持块数据传输，同时，当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输。 块数据传输每次数据传输的最大有效负荷可为 64 个字节。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠五、典型应用USB系统的典型应用如图 3所示。在图3所示系统中，显示器、 Audio、Modem皆为全速设备，该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠键盘、鼠标为低
10、速设备。其数据传输为： USBHOS通过控制传输更改显示器属性。 USBHOS通过块数据传输将要显示的数据送给显示器。 USBHOS通过控制传输更改键盘、鼠标属性。 USBHOS通过中断传输要求键盘、鼠标输入读入系统。 USBHOS通过控制传输更改 Audio属性。 USBHOS通过同步传输与 Audio设备传输数据。 USBHOS通过控制传输更改 Modem属性。 USBHOS通过块数据传输与 Modem设备传输数据六、一个USBHOS接 口的软硬件设计市场上现已有很多公司提供的USB接口器件，如PHILIPS的 PDIUSBD11/PDIUSBD12 OKI 的 MSM60581 NATI
11、ONAL的该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠USBN9602LUCEN的 USS-820/USS-620,SCANLOGI（的 SL11,该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠同时也有很多带USB接口的处理器，如CYPRESS的EZ-USB AMD的 AM186CC ATMEL的 AT43320, MOTOROLA） PPC823/PPC850等等。下面给出用 SCANLOGIC勺USB接口 器件SL11HT实现嵌入式USBHOS的例子。该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠（作者：3COME未知本文来源于爬虫自动抓取，如有侵犯权 益请联系 service 立即删除）该文档为文档投稿赚钱网作品，版权所有，违责必纠
