USB 规范-01 intro

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1、欧 赛 尔 电 子 工 作 室 http:/ 电 子 资 讯 论 坛 http:/ 第 第 1 章 章 绪 论绪 论 1.1 起 因起 因 Intel 公 司 开 发 的 通 用 串 行 总 线 架 构 (USB)的 目 的 主 要 基 于 以 下 三 方 面 考 虑 ： (一 )计 算 机 与 电 话 之 间 的 连 接 ： 显 然 用 计 算 机 来 进 行 计 算 机 通 信 将 是 下 一 代 计 算 机 基 本 的 应 用 。 机 器 和 人 们 的 数 据 交 互 流 动 需 要 一 个 广 泛 而 又 便 宜 的 连 通 网 络 。 然 而 ， 由 于 目 前 产 业 间 的 相

2、 互 独 立 发 展 ,尚 未 建 立 统 一 标 准 ,而 USB 则 可 以 广 泛 的 连 接 计 算 机 和 电 话 。 (二 )易 用 性 ： 众 所 周 知 ,PC 机 的 改 装 是 极 不 灵 活 的 。 对 用 户 友 好 的 图 形 化 接 口 和 一 些 软 硬 件 机 制 的 结 合 ， 加 上 新 一 代 总 线 结 构 使 得 计 算 机 的 冲 突 大 量 减 少 ， 且 易 于 改 装 。 但 以 终 端 用 户 的 眼 光 来 看 ， PC 机 的 输 入 /输 出 ， 如 串 行 /并 行 端 口 、 键 盘 、 鼠 标 、 操 纵 杆 接 口 等 ， 均

3、还 没 有 达 到 即 插 即 用 的 特 性 ， USB 正 是 在 这 种 情 况 下 问 世 的 。 (三 )端 口 扩 充 ： 外 围 设 备 的 添 加 总 是 被 相 当 有 限 的 端 口 数 目 限 制 着 。 缺 少 一 个 双 向 、 价 廉 、 与 外 设 连 接 的 中 低 速 的 总 线 ， 限 制 了 外 围 设 备 (诸 如 电 话 /电 传 /调 制 解 调 器 的 适 配 器 、 扫 描 仪 、 键 盘 、 PDA)的 开 发 。 现 有 的 连 接 只 可 对 极 少 设 备 进 行 优 化 ， 对 于PC 机 的 新 的 功 能 部 件 的 添 加 需 定

4、 义 一 个 新 的 接 口 来 满 足 上 述 需 要 ， USB 就 应 运 而 生 。 它 是 快 速 、 双 向 、 同 步 、 动 态 连 接 且 价 格 低 廉 的 串 行 接 口 ， 可 以 满 足 PC 机 发 展 的 现 在 和 未 来 的 需 要 。 1.2 USB 规 范 的 目 标规 范 的 目 标 本 书 规 范 了USB 的 工 业 标 准 。 该 规 范 介 绍 了USB 的 总 线 特 点 、 协 议 内 容 、 事 务 种 类 、 总 线 管 理 、 接 口 编 程 的 设 计 ， 以 及 建 立 系 统 、 制 造 外 围 设 备 所 需 的 标 准 。 设

5、 计USB 的 目 标 就 是 使 不 同 厂 家 所 生 产 的 设 备 可 以 在 一 个 开 放 的 体 系 下 广 泛 的 使 用 。 该 规 范 改 进 了 便 携 商 务 或 家 用 电 脑 的 现 有 体 系 结 构 ， 进 而 为 系 统 生 产 商 和 外 设 开 发 商 提 供 了 足 够 的 空 间 来 创 造 多 功 能 的 产 品 和 开 发 广 阔 的 市 场 ， 并 不 必 使 用 陈 旧 的 接 口 ， 害 怕 失 去 兼 容 性 。 1.3 适 用 对 象适 用 对 象 该 规 范 主 要 面 向 外 设 开 发 商 和 系 统 生 产 商 。 并 且 提 供

6、 了 许 多 有 价 值 的 信 息 给 操 作 系 统 /BIOS/设 备 驱 动 平 台 、 IHVS/ISVS 适 配 器 ， 以 及 各 种 计 算 机 生 产 厂 家 使 用 。 该USB 版 本 的 规 范 可 以 用 来 设 计 开 发 新 产 品 ， 改 进 一 些 经 典 的 模 型 ， 并 开 发 相 应 的 软 件 。 所 有 的 产 品 都 应 遵 循 这 个 规 范 USB 1.1。 1.4 本 书 结 构本 书 结 构 第 一 章 至 第 四 章 为 读 者 提 供 了 一 个 纲 要 ， 第 五 章 至 第 十 章 则 提 供 了USB 的 所 有 的 具 体 技

7、 术 细 节 。 外 设 厂 家 应 着 眼 于 第 四 章 至 第 十 章 USB 的 主 机 控 制 器 应 用 主 要 参 考 第 四 章 至 第 七 章 和 第 九 、 十 章 。 USB 设 备 驱 动 厂 家 主 要 参 考 第 四 、 七 、 九 章 Universal Serial Bus Device Class Specification 一 书 可 以 作 为 本 书 的 补 充 和 参 考 。 各 种 设 备 的 规 范 是 形 形 色 色 的 ， 如 有 疑 问 ， 请 与USB Implements Forum 索 要 更 多 细 节 。 读 者 也 可 以 为 向

8、 操 作 系 统 厂 商 索 取 关 于 USB 的 一 些 具 体 特 性 。 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http:/欧 赛 尔 电 子 工 作 室 http:/ 电 子 资 讯 论 坛 http:/ 第 第 2 章 章 背 景 知 识背 景 知 识 本 章 将 对USB 背 景 知 识 作 简 单 描 述 ， 其 中 主 要 包 括 设 计 目 标 、 总 线 特 性 ， 以 及 现 行 技 术 特 点 。 2.1 USB 的 设 计 目 标的 设 计 目 标 USB 的 工 业 标 准 是 对PC 机 现 有

9、的 体 系 结 构 的 扩 充 。 USB 的 设 计 主 要 遵 循 以 下 几 个 准 则 ： 易 于 扩 充 多 个 外 围 设 备 ； 价 格 低 廉 ， 且 支 持 12M 比 特 率 的 数 据 传 输 ； 对 声 音 音 频 和 压 缩 视 频 等 实 时 数 据 的 充 分 支 持 ； 协 议 灵 活 ， 综 合 了 同 步 和 异 步 数 据 传 输 ； 兼 容 了 不 同 设 备 的 技 术 ； 综 合 了 不 同 PC 机 的 结 构 和 体 系 特 点 ； 提 供 一 个 标 准 接 口 ， 广 泛 接 纳 各 种 设 备 ； 赋 予 PC 机 新 的 功 能 ， 使

10、之 可 以 接 纳 许 多 新 设 备 。 2.2 使 用 的 分 类使 用 的 分 类 表2-1 按 照 数 据 传 输 率 (USB 可 以 达 到 )进 行 了 分 类 。 可 以 看 到 ， 12M 比 特 率 可 以 包 括 中 速 和 低 速 的 情 况 。 总 的 来 说 ， 中 速 的 传 输 是 同 步 的 ， 低 速 的 数 据 来 自 交 互 的 设 备 ， USB 设 计 的 初 衷 是 针 对 桌 面 电 脑 而 不 是 应 用 于 可 移 动 的 环 境 下 的 。 软 件 体 系 通 过 对 各 种 主 机 控 制 器 提 供 支 持 以 保 证 将 来 对 US

11、B 的 扩 充 。 性 性 能 能 应 用应 用 特 性特 性 低 速 交 互 设 备 10-20kb/s 键 盘 、 鼠 标 、 游 戏 棒 低 价 格 、 热 插 拔 、 易 用 性 中 速 电 话 、 音 频 、 压 缩 视 频 500kb/s-10Mb/s ISBN、 PBX、 POTS 低 价 格 、 易 用 性 、 动 态 插 拔 、 限 定 带 宽 和 延 迟 高 速 音 频 、 磁 盘 25-500Mb/s 音 频 、 磁 盘 高 带 宽 、 限 定 延 迟 、 易 用 性 表 2-1 2.3 特 色特 色 USB 的 规 范 能 针 对 不 同 的 性 能 价 格 比 要 求

12、 提 供 不 同 的 选 择 ， 以 满 足 不 同 的 系 统 和 部 件 及 相 应 不 同 的 功 能 ， 其 主 要 特 色 可 归 结 为 以 下 几 点 ： 终 端 用 户 的 易 用 性 ： 为 接 缆 和 连 接 头 提 供 了 单 一 模 型 ； 电 气 特 性 与 用 户 无 关 ； 自 我 检 测 外 设 ， 自 动 地 进 行 设 备 驱 动 、 设 置 ； 动 态 连 接 ， 动 态 重 置 的 外 设 。 广 泛 的 应 用 性 ： 适 应 不 同 设 备 ， 传 输 速 率 从 几 千 比 特 率 到 几 十 兆 比 特 率 ； 在 同 一 线 上 支 持 同 步

13、 、 异 步 两 种 传 输 模 式 ； 支 持 对 多 个 设 备 的 同 时 操 作 ； 可 同 时 操 作 127 个 物 理 设 备 ； 在 主 机 和 设 备 之 间 可 以 传 输 多 个 数 据 和 信 息 流 ； 支 持 多 功 能 的 设 备 ； 利 用 低 层 协 议 ， 提 高 了 总 线 利 用 率 。 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http:/欧 赛 尔 电 子 工 作 室 http:/ 电 子 资 讯 论 坛 http:/ 同 步 传 输 带 宽 ： 确 定 的 带 宽 和 低 延 迟 适 合

14、 电 话 系 统 和 音 频 的 应 用 ； 同 步 工 作 可 以 利 用 整 个 总 线 带 宽 。 灵 活 性 ： 直 接 一 系 列 大 小 的 数 据 包 ， 允 许 对 设 备 缓 冲 器 大 小 的 选 择 ； 通 过 指 定 数 据 缓 冲 区 大 小 和 执 行 时 间 ， 支 持 各 种 数 据 传 输 率 ； 通 过 协 议 对 数 据 流 进 行 缓 冲 处 理 。 健 壮 性 ： 出 错 处 理 /差 错 恢 复 机 制 在 协 议 中 使 用 ； 对 用 户 感 觉 而 言 ， 热 插 拔 是 完 全 实 时 的 ； 可 以 对 有 缺 陷 设 备 进 行 认 定

15、。 与 PC 产 业 的 一 致 性 ： 协 议 的 易 实 现 性 和 完 整 性 ； 与 PC 机 的 即 插 即 用 的 体 系 结 构 的 一 致 ； 对 现 存 操 作 系 统 接 口 的 良 好 衔 接 。 价 廉 物 美 以 低 廉 的 价 格 提 供 1.5 兆 比 特 率 的 子 通 道 设 施 ； 将 外 设 和 主 机 硬 件 进 行 了 最 优 化 的 集 成 ； 促 进 了 低 价 格 的 外 设 的 发 展 ； 廉 价 的 电 缆 和 连 接 头 ； 运 用 了 商 业 技 术 。 升 级 路 径 ： 体 系 结 构 的 可 升 级 性 支 持 了 在 一 个 系 统 中 可 以 有 多 个 USB 主 机 控 制 器 。 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http:/欧 赛 尔 电 子 工 作 室 http:/ 电 子 资 讯