《操作系统U盘存储结构原理课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统U盘存储结构原理课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、U盘存储结构原理Universal serial Bus,U盘的结构基本上由五部分组成：USB端口、主控芯片、FLASH（闪存）芯片、PCB底板、外壳封装。 U盘的基本工作原理也比较简单：USB端口负责连接电脑，是数据输入或输出的通道； 主控芯片负责各部件的协调管理和下达各项动作指令，并使计算机将U盘识别为“可移动磁盘”，是U盘的“大脑”； FLASH芯片与电脑中内存条的原理基本相同，是保存数据的实体，其特点是断电后数据不会丢失，能长期保存；PCB底板是负责提供相应处理数据平台，且将各部件连接在一起。,电源,AT1201是一个LDO（后级没有电感），稳定输出5V直流电压，最大输出电流为150m
2、A.VCC给主IC U2和SDRAM U4供电。,SDRAM,主IC,主IC复位,高电平复位，上电时，VCC为+5V，因电容两端电压不能突变，所以上电时RESET为高电平。然后电容C21开始储存电量后，RESET慢慢降低到低电平，复位结束。,主IC 时钟,IC的CLK为12MHz的倍频。,USB接口,82XX,U盘,82XX,U盘,U盘即插即用技术的实现,如上图：当未将device接入时，D+和D-的电压都是0V；当全速设备插入后，对于全速设备，上拉电阻是连在D+上的，上拉电阻(Rpu=1.5K)与USB HOST的下拉电阻(Rpd=15K)分压，使D+的电平为高，如果这个高有效持续2.5us
3、以上，则USB主机认为有全速设备接入。拔掉device后，D+与D-又恢复低电平。,USB系统组成,一个USB系统主要被定义为三个部分：USB interconnect（USB集线器） USB devices （USB设备） USB host（USB主机控制器/根集线器）,USB接口有四根边接线，有5V、地和两根数据线. 主控芯片主要起电脑与FLASH芯片之间数据交换的作用，分为全速（USB2.0全速）和高速（USB2.0高速）。注：USB2.0全速在以前被称为USB1.1。 这两类接口的区别是传输速率不同。USB1.1最大传输速度为12Mbps/秒，USB2.0最大传输速度为480Mbps/
4、秒。,USB软硬件系统构成,USB设备枚举 USB设备固件分为通用的枚举配置部分和设备类协议部分。枚举配置部分是USB控制传输通过端点0实现的。 枚举配置阶段，设备处于几种暂态阶段， 设备在按顺序经过除了挂起态以外的所有 暂态之后，才算被主机配置成功，然后便 可以开始USB设备类的各种数据传输。,SETUP 事务,IN数据事务,OUT状态事务,缺省地址获取设备描述符,为设备设置一个唯一地址,按分配地址获取各级描述符,USB以差模串行信号为载体传送二进制代码来 传输信号，一系列二进制代码组成域，由域组成 包，再由包构成不同数据传输事务，再由事务组 合不同的传输类型，来实现传输数据。,USB通信协
5、议,同步域：,标识域：PID,二进制数的序列域(Field),数值固定为00000001,地址域：设备在主机上的地址,端点域：ENDPOINT,帧号域：,数据域：,校验域：,USB数据封包,令牌包：,握手包：,数据包：,帧起始包：,列举的整个过程是这样的： 建立阶段： 主机发一个SETUP 令牌包，后面紧跟一个（data）包（主机发的），这个data包是一个请求（请求是主机发给设备的，请求的作用是告诉设备主机下一步要干什么或者告诉设备该干什么，协议里规定了每个请求的格式和标准请求代码）比如说第一个请求是告诉设备要设备返回一个它的（设备的）设备描述符。设备收到这个包无错误后会返回一个ACK握手包
6、告诉主机已收到数据 数据阶段： 主机会发一个in令牌包，设备收到IN令牌包后，设备用数据（data）包（设备发的）返回他自己的设备描述符（协议里规定了各个设备的标准的描述符），描述符里会有一些设备的描述，（描述他是什么东西，是U盘，还是USB鼠标，还是USB键盘，或是其他的什么）。主机收到数据无错误后会返回一个ACK握手包,这个阶段主机也可能发out令牌包数据包（主机发的）。,状态阶段： 主机会发一个与数据阶段相反的令牌包，数据阶段如果是IN，现在发OUT一个空的数据包（数据场没有数据的包），设备会用ACK握手包相应。数据阶段如果是OUT,现在发IN不数据包，设备会返回空的数据包， 当主机收到
7、包且无错误时，主机会发一个握手包ACK。 以上是请求的全过程，在列举过程中会有很多这样的请求，主机不是只问一次就可以知道这个设备是什么，通过多次的请求。直到知道这个设备是什么为止。之后通过请求会对这个设备配置地址。电脑就是通过这个地址来区分插在电脑上的两的U盘的。,USB数据传输类型,等时传输(Isochronous) 中断传输(Interrupt) 批量传输(Bulk) 控制传输(Control),等时传输(Isochronous)：,中断传输(Interrupt),批量传输(Bulk) ：,控制传输,最为复杂和重要的传输类型，是USB枚举阶段 最主要的数据交换方式，当USB设备初次连接到
8、主机之后，通过控制传输来交换信息、设备地址 和读取设备的描述符。这样主机才能识别该设备， 并安装相应的驱动程序，其他的传输方式才能够 使用。,SETUP事务,数据包DATA0：主机固定发送8个字节的数据包，并且有确定的结构，分配了5种命令信息，即,可选数据IN、OUT事务,USB描述符,主要有以下几种描述符： 设备描述符：描述USB设备的通用信息。端点0的最大包大小是在这里被定义的。 配置描述符：描述一个USB设备的属性和能力等配置信息。 接口描述符：描述一个特定接口的属性，接口由一系列端点所组成，用于实现某种特定的USB数据传输功能。 端点描述符：描述接口所使用的非0端点的属性，包括输入/输
9、出方向、端点号和端点容量等。 字符串描述符：可选的描述符。包括厂商字符串、产品字 符串、设备序列号字符串、配置字符串、描述接口的字符串。,USB的中断服务程序,中断服务程序是整个设备端USB固件的主要内容，主要功能是处理USB发送和接收的不同通信信息，从端点0获取主机的控制信息，或者向端点0发送设备的描述信息，以及和其他端点发送或获取数据。 触发USB中断的条件： 1、接收缓冲区满； 2、发送缓冲区空； 3、设备SETUP令牌传输； 4、输出OUT令牌传输； 5、输入IN令牌传输； 6、主机发送唤醒RESUME信号； 7、主机发送包结束EOP信号。 中断服务程序的任务就是分辨这些触发条件，然后
10、转 入相应的处理程序中。,小结： USB主机是怎么识别一个U盘的： U盘插到电脑上的时候，电脑的USB接口上会发生一些变化，USB数据线有四根线，ground，VCC,DM(D-),DP(D ),而DM,DP是用来传输数据的，当U盘插到电脑上的时候，会把DP(D )拉高，使DP为高DM为低，电脑主板的USB主机芯片检测到这个状态，知道有设备连接上了（主机和设备是指连接在USB线两端的USB接口芯片），电脑的驱动会对连接上的这个设备进行识别，我们把它叫做列举，这个过程是为了识别连接上的这个设备是什么东西（是U盘，还是USB鼠标，还是USB键盘，或是其他的什么）。,当主机检测到有设备连接上，驱动先
11、会对这个设备作些必备的事情，识别他的速度，然后就是复位，之后就开始在总线（DM,DP）上发送1ms间隔的SOF包（全速）或125us间隔的SOF包（高速），什么是SOF包呢，SOF 就是start of frame （帧开始），其实就是帧开始的一个标记，其中有帧号，什么是帧呢，帧就是1ms的间隔（全速）或125us的间隔（高速），所有的数据都是在帧内传输的。,USB数据都是以包的形式发出的，包都有固定的格式，它以一个sync（同步）开始，以一个eop（end of packet，包结束）结束，sof 包也是一样的，高速的sync，eop和全速的sync，eop不同。,包的结构图，,pid（packet ID 包的ID），就是说明这个包是什么包，包的类型有四种:令牌包，数据包，握手包，特殊包。,USB使用一种NRII(None Return Zero Invert，即无回零反向码)编码方案。在该编码方案中，“1”表示电平不变，“0”表示电平改变。图列出了一个数据流及其它的NRII编码，在该图的第二个波形图中，一开始的高电平表示数据线上的J态，后面就是NRII编码。,1.USB2.0与OTG规范及开发指南。北航出的，周立功编著，包括了所有USB的协议 2、USB2.0原理与工程开发国防工业大学出版的，已经有第二版了。主要是电气规范，数据传输协议，设备开发和一些驱动开发。,
