USB的低层结构

USB的低层结构

USB设备
USB的设备可以接在PC上的任意的USB接口上。而使用HUB还可以扩展使更多的 USB设备连接到系统中,USB的HUB有一个上行的端口(到host),有多个的下行端口(连接其它的设备),从而可以使整个的系统可以扩展的连接 127个外设,其中HUB也酸外设。对于USB系统来说,USB的host永远是PC边,所有的其他连接到host都称为设备,在设备与设备之间是无法实 现直线通信的,只有通过host的管理与调节才能够实现数据的互相传送.在系统中,通常会有一个根HUB,这个HUB一般有两个下行的端口。
一个PC可以拥有一个或多个的USB host控制器。一般有两种类型的控制器:UHCI(USB host控制器接口),OHCI(开放的host控制器接口)。Windows的USB类驱动程序对于每一种的控制器类型都有一种miniclass驱动程序来支持。

USB的物理信号
USB的电缆有四根线,两根传送的是5V的电源,有一些直接和电源HUB相连的设备可 以直接利用它来供电。另外的两根是数据线,数据线是单工的,在整个的一个系统中的数据速率是一定的,要么是高速,要么是低速,没有一个可以中间变速的设备 来实现数据码流的变速.在这一点上,USB和1394有明显的差别。
USB的总线可以在不使用的时候被挂起,这样一来就可以节约能源。
在有些时候的总线还有可能挡机(stall),比如说象数据传送的时候突然被打断，这个时候通过host的重新配置可以实现总线的重新工作。

低层协议
USB的物理协议规定了大多数的在总线上的数据格式，通常一个全速的数据桢可以最多有的1500bytes,而对于低速的桢最多有187bytes。
桢通常是用来分配带宽给不同的数据传送方式。同时由于桢结构的规律性，桢的这种特性也可以用来做同步信号来使用。
一个最小的USB的数据块叫做包(packet)，包包括同步信号，包标识（packet ID)，CRC和传送的数据。Packet ID共有以下十种：
token OUT IN SOF SETUP
data DATA0 DATA1
handshakeACK NAK STALL
special PRE

Transactions（数据交换）
一个transaction是在host和设备（device)之间的不连续相互数据 交换，通常由host开始交换，交换的开始是由Token的包开始的，接下来是双方向上的数据包，在数据包传送完之后，就会由设备（device）返回一 个握手（handshake)包。USB系统通过IN,OUT,和SETUP的包来指定USB地址和endpoint（最多是128个，0通常被用来用做 缺省的传送配置信息的）,并且这些被指定的设备必须通过上面形式的包来回应这种形式的指定。每个SETUP的包包含8个byte的数据，数据用来指示传送 的数据类型。对于DATA数据包来说，设置两种类型的数据包是为了能够在传送数据的时候做到更加的精确。ACK handshake的包用来指示数据传送的正确性，而STALL handshake则表示数据包在传送的过程中出了故障，并且请示host重新发数据或者清除这次传送。PRE格式的包主要是用在在一个USB的系统中如 果存在不同速率的设备的时候，将不同于总线速度的设备中就会回应一个PRE的包从而会忽略该设备。
各种不同类型的包的大小是不同的，DATA的数据包最大是1023bytes.

Start of Frame(SOF)
SOF是host用来指示frame的开头的。SOF的包包括11个bit的桢序号，从0到0X7FF(i.e. USBD_ISO_START_FRAME_RANGE-1)，SOF对于所有的高速设备来说是有效的。

Power
每个设备可以从总线上获得100mA的电流，如果特殊的向系统申请，最多可以获得500mA的电流，在挂机的状态下，电流只有500uA.

驱动程序的安装步骤
Windows用设备描述字或者接口描述字来了解到底是什么样的设备被接入到系统。 Windows初始化的Hardware ID中有设备提供商的ID域（IDVendor,IDProduct,和BCDDevice）。如果你没有向系统提供一个INF文件的话，系统就会自动选 择提供一个兼容ID（可能不是工作得很好，就像你买了一个Rockswell的Modem，而你使用标准Modem的驱动程序，你的Modem可能会工作 的有很多的毛病，也可能跑得飞快，电脑的事情，什么都可能发生，就像中国足球........我在九四年就发誓不再为中国足球恼火，可是俺前不久还是骂了 一下那个叫章鱼鳞的小伙子，怎么就.......好歹还是一孩子，就原谅一回吧，哎!）

USB的新特性
共享性 一个物理设备可以使用许多不同的pipe
实时性 可以实现和一个设备之间有效的实时通信
动态性 可以实现接口间的动态切换
联合性 不同的而又有相近的特性的接口可以联合起来，
多能性 各个不同的接口可以使用不同的供电模式
自动性 缺省的pipe的使用使基系统的建立和配置变得自动并且快速