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1、通用串行接口（USB）,USB 的工作原理是什么 ?由于多媒体技术的发展对外设与主机之间的数据传输率有了更高的需求，因此，USB 总线技术应运而生。USB（Universal Serial Bus)，翻译为中文就是通用串行总线，是由 Conpaq，DEC，IBM ，Inter，Microsoft ，NEC和 Northen Telecom 等公司为简化 PC 与外设之间的互连而共同研究开发的一种免费的标准化连接器，它支持各种 PC 与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。 USB 接口的主要特点是：即插即用，可热插拔。USB 连接器将各种各样的外设 I/O 端口合而为一，使之可热插拔，具有自
2、动配置能力，用户只要简单地将外设插入到 PC 以外的总线中，PC 就能自动识别和配置 USB 设备。而且带宽更大，增加外设时无需在 PC 内添加接口卡，多个 USB 集线器可相互传送数据，使 PC 可以用全新的方式控制外设。USB 可以自动检测和安装外设，实现真正的即插即用。而 USB 的另一个显著特点是支持“ 热”插拔，即不需要关机断电，也可以在正运行的电脑上插入或拔除一个 USB 设备。随着时间的推移，USB 将成为 PC 的标准配置。基于 USB 的外设将逐渐增多，现在满足 USB 要求的外设有：调制解调器，键盘，鼠标，光驱，游戏手柄，软驱，扫描仪等，而非独立性 I/O 连接的外设将逐渐
3、减少。即主机控制式外设减少，智能控制控制外设增多。USB 总线标准由 1.1 版升级到 2.0 版后，传输率由 12Mbps 增加到了 240Mbps，更换介质后连接距离由原来的 5 米增加到近百米。基于这点，USB 也可以做生产 ISDN 以及基于视频的产品。如数据手套的数字化仪提供数据接口。USB 总线结构简单，信号定义仅由 2 条电源线，2 条信号线组成。 基本特性 1.USB 的硬件结构 USB 采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游（Downstream)设备提供电源，对于高速且需要高带宽的外设，USB 以全速 12Mbps 的传输数据；对于低速外设，USB 则
4、以 1.5Mbps 的传输速率来传输数据。USB 总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。USB 是基于令牌的总线。类似于令牌环网络或 FDDI 基于令牌的总线。USB 主控制器广播令牌，总线上设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过接收或发送数据给主机来响应。USB 通过支持悬挂/恢复操作来管理 USB 总线电源。USB 系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host)，集线器（Hub)和功能设备。 主机，也称为根，根结或根 Hub，它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上，主机包含有主控制器和根集线器（Root Hub)，控制着 USB 总线上的数据和控制信息的流动
5、，每个 USB 系统只能有一个根集线器，它连接在主控制器上。 集线器是 USB 结构中的特定成分，它提供叫做端口（Port) 的点将设备连接到USB 总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。集线可为总线提供能源，亦可为自身提供能源（从外部得到电源），自身提供能源的设备可插入总线提供能源的集线器中，但总线提供能源的设备不能插入自身提供能源的集线器或支持超过四个的下游端口中，如总线提供能源设备的需要超过 100mA 电源时，不能同总线提供电源的集线器连接。 功能设备通过端口与总线连接。USB 同时可做 Hub 使用。 2.USB 的软件结构 每个 U
6、SB 只有一个主机，它包括以下几层 : (1)USB 总线接口 USB 总线接口处理电气层与协议层的互连。从互连的角度来看，相似的总线接口由设备及主机同时给出，例如串行接口机（SIE）。USB 总线接口由主控制器实现。 (2)USB 系统 USB 系统用主控制器管理主机与 USB 设备间的数据传输。它与主控制器间的接口依赖于主控制器的硬件定义。同时，USB 系统也负责管理 USB 资源，例如带宽和总线能量，这使客户访问 USB 成为可能。USB 系统还有三个基本组件： 主控制器驱动程序（HCD）这可把不同主控制器设备映射到 USB 系统中。HCD 与 USB 之间的接口叫 HCDI，特定的 H
7、CDI 由支持不同主控制器的操作系统定义，通用主控制器驱动器（UHCD ）处于软结构的最底层，由它来管理和控制主控制器。UHCD 实现了与 USB 主控制器通信和控制 USB 主控制器，并且它对系统软件的其他部分是隐蔽的。系统软件中的最高层通过 UHCD 的软件接口与主控制器通信。 USB 驱动程序（ USBD）它在 UHCD 驱动器之上，它提供驱动器级的接口，满足现有设备驱动器设计的要求。USBD 以 I/O 请求包（IRPs)的形式提供数据传输架构，它由通过特定管道（Pipe)传输数据的需求组成。此外，USBD使客户端出现设备的一个抽象，以便于抽象和管理。作为抽象的一部分，USBD 拥有缺
8、省的管道。通过它可以访问所有的 USB 设备以进行标准的 USB 控制。该缺省管道描述了一条 USBD 和 USB 设备间通信的逻辑通道。 主机软件在某些操作系统中，没有提供 USB 系统软件。这些软件本来是用于向设备驱动程序提供配置信息和装载结构的。在这些操作系统中，设备驱动程序将应用提供的接口而不是直接访问 USBDI（USB 驱动程序接口）结构。 （3）USB 客户软件 它是位于软件结构的最高层，负责处理特定 USB 设备驱动器。客户程序层描述所有直接作用于设备的软件入口。当设备被系统检测到后，这些客户程序将直接作用于外围硬件。这个共享的特性将 USB 系统软件置于客户和它的设备之间，这
9、就要根据 USBD 在客户端形成的设备映像由客户程序对它进行处理。 主机各层有以下功能： 检测连接和移去的 USB 设备。 管理主机和 USB 设备间的数据流。 连接 USB 状态和活动统计。 控制主控制器和 USB 设备间的电气接口，包括限量能量供应。 HCD 提供了主控制器的抽象和通过 USB 传输的数据的主控制器视角的一个抽象。USBD 提供了 USB 设备的抽象和 USBD 客户与 USB 功能间数据传输的一个抽象。USB 系统促进客户和功能间的数据传输，并作为 USB 设备的规范接口的一个控制点。USB 系统提供缓冲区管理能力并允许数据传输同步于客户和功能的需求。 3.USB 的数据
10、流传输 主控制器负责主机和 USB 设备间数据流的传输。这些传输数据被当作连续的比特流。每个设备提供了一个或多个可以与客户程序通信的接口，每个接口由 0个或多个管道组成，它们分别独立地在客户程序和设备的特定终端间传输数据。USBD 为主机软件的现实需求建立了接口和管道，当提出配置请求时，主控制器根据主机软件提供的参数提供服务。 USB 支持四种基本的数据传输模式：控制传输，等时传输，中断传输及数据块传输。每种传输模式应用到具有相同名字的终端，则具有不同的性质。 控制传输类型支持外设与主机之间的控制，状态，配置等信息的传输，为外设与主机之间提供一个控制通道。每种外设都支持控制传输类型，这样主机与
11、外设之间就可以传送配置和命令/状态信息。 等时（lsochronous)传输类型支持有周期性，有限的时延和带宽且数据传输速率不变的外设与主机间的数据传输。该类型无差错校验，故不能保证正确的数据传输，支持像计算机电话集成系统（CTI ）和音频系统与主机的数据传输。 中断传输类型支持像游戏手柄，鼠标和键盘等输入设备，这些设备与主机间数据传输量小，无周期性，但对响应时间敏感，要求马上响应。 数据块（Bulk)传输类型支持打印机，扫描仪，数码相机等外设，这些外设与主机间传输的数据量大，USB 在满足带宽的情况下才进行该类型的数据传输。 USB 采用分块带宽分配方案，若外设超过当前带宽分配或潜在的要求，
12、则不能进入该设备。同步和中断传输类型的终端保留带宽，并保证数据按一定的速率传送。集中和控制终端按可用的最佳带宽来传输传输数据。 USB 应用 USB 连接器可以轻松地为计算机添加设备，同时不占用计算机的并口和串口。只要将设备一插就可以使用了。但它有时也难以使用。 让计算机支持 USB 现在大部分的计算机都有 USB 端口。而一些老式的计算机则没有 USB 端口的，只有 USB 连接器，但它是不起作用的，你可以在启动计算机时查看 BIOS，确定它是否支持 USB。你可选择 USBLegacy 支持选项（如果有该选项的话）。如果你的老式主板真的不支持 USB 设备，你只有去买一块 USB 连接卡，
13、这就可以把 USB 设备添加到你的计算机里了。 让 WINDOWS 操作系统支持 USB 现在的 WINDOWS98 对很多外设都提供了全面的支持。只有 WINDOWS3.X 及更早版本的 WINDOWS 及 WINDOWSNT 都不支持 USB，如果你想查看你的计算机是否安装了 USB 控制器，可进入 “控制面板”，双击其中的“系统”图标，然后选择“设备管理器” 选项卡。你就会看到“通用串口总线控制器” 点击该控制器，你会看到两个项目：Universal Host Controller 和 Unicersal Root Hub。如果你还没有安装 USB 的驱动程序，则从你的 WINDOWS
14、安装光盘的 OTHERUSB 文件夹中找到这些项目，双击 Usbsupp.exe 即可安装USB 驱动程序。 让计算机连接更多的 USB 设备 一般的计算机只有两个 USB 端口，如果你想连接更多的 USB 外设，则利用 USB 集线器，该集线器可提供多个 USB 端口，你只要将该集线器直接插入你的计算机即可。有了足够的 USB 端口，你就可以最多连入 127 个 USB 设备。 USB 为计算机外设输入输出提供了新的接口标准。它使设备具有热插拔，即插即用，自动配置的能力，并标准化设备连接。USB 的级联星型拓扑结构大大扩充了外设数量，使增加，使用外设更加便捷，快速。而新提出的 USB2.0
15、标准更是将数据传输速率提高到了一个新的高度，这是具有美好的应用前景。 如今，人们购买的所有计算机的后面几乎都配有一个或多个通用串行总线接口。通过这些 USB 接口，您可以将从鼠标到打印机的各种设备连接到计算机上，既方便又快捷。此外，操作系统也支持 USB，这使设备驱动程序的安装变得快捷而简单。与其他将设备与计算机相连的方式相比（包括并行接口、串行接口以及您在计算机机箱内安装的特殊卡），USB 设备真是简单至极！ 在本文中，我们将从用户和技术这两个角度来介绍 USB 接口。您将了解到 USB 系统为何如此灵活，它如何能够支持如此多的设备。您将会切实感受到，这真是一种神奇的系统！ 如果您使用计算机
16、已有两三年时间，那么一定知道，过去将设备连接到计算机上是一件让人十分头痛的事情，而这也正是通用串行接口在努力解决的问题。 过去，打印机都是连接到并行打印接口，而大多数计算机只有一个接口。诸如 Zip 驱动器之类的装置需要与计算机建立高速连接，它们也要使用并行接口，但通常成功率很低，且速度不快。 调制解调器使用的是串行接口，而一些打印机以及诸如掌上电脑和数码相机等的特殊设备也使用串行接口。大多数计算机最多有两个串行接口，而且在多数情况下它们的速度都很慢。 那些需要高速数据传输的设备会被制成专用硬卡，这就需要将它们装在计算机机箱的卡槽中。遗憾的是，这些卡槽的数目也是有限的，而且为某些硬卡安装驱动程序非常复杂，您恐怕需要请一位专家帮忙才能搞定。 USB 的目标就是结束这些令人头痛的麻烦。通用串行总线提供的方法单一、规范且易于使用，它可以将多达 127 台设备连接到计算机上。 如今生产的所有外设几乎都配有 USB 端口。下面列举了一些现在可以买到的 USB 设备： 打印机 扫描仪 鼠标 操纵
