《USB2.0协议入门中文版》.pdfVIP

USB 2.0 规范 USB 体系简介 USB 是一种支持热插拔的高速串行传输总线，它使用差分信号来传输数据，最高速 度可达 480Mb/S 。USB 支持“总线供电”和“自供电”两种供电模式。在总线供电模式 下， 设备最多可以获得 500mA 的电流。USB2.0 被设计成为向下兼容的模式，当有全速 （USB 1.1 ） 或者低速（USB 1.0 ）设备连接到高速（USB 2.0 ）主机时，主机可以通过分 离传输来支持它 们。一条 USB 总线上，可达到的最高传输速度等级由该总线上最慢的 “设备”决定，该设备包括主机、HUB 以及 USB 功能设备。 USB 体系包括“主机”、“设备”以及“物理连接”三个部分。其中主机是一个提供 USB 接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体，可以是 PC ，也可以是 OTG 设 备，一个 USB 系统中仅有一个 USB 主机；设备包括 USB 功能设备和 USB HUB ，最多支持 127 个设备；物理连接即指的是 USB 的传输线。在USB 2.0 系统中，要求使用屏蔽的双绞 线。 一个 USB HOST 最多可以同时支持 128 个地址，地址 0 作为默认地址，只在设备枚举期间临时使 用，而不能被分配给任何一个设备，因此一个 USB HOST 最多可以同时支持 127 个地址，如果一个设 备只占用一个地址，那么可最多支持 127 个 USB 设备。在实际的 USB 体系中，如果要连接 127 个 USB 设备，必须要使用 USB HUB ，而 USB HUB 也是需要占用地址的，所以实际可支持的 USB 功能 设备的数量将小于 127 。 USB 体系采用分层的星型拓扑来 连接所有 USB 设备，如右图所示： 以 HOST-ROOT HUB 为起点，最多 支持 7 层 （Tier ），也就是说任何一个 USB 系统中最多可以允许 5 个 USB HUB 级联。一个复合设备(Compound Device) 将同时占据两层或更多的 层。 ROOT HUB 是一个特殊的 USB HUB ，它集成在主机控制器里，不占用地 址。ROOT HUB 不但实现了普通 USB HUB 的功能，还包括其他一些功能，具体在增强型主机控制器 的规范中有详细的介绍。 “复合设备（Compound Device ）”可以占用多个地址。所谓复合设备其实就是把多个功能设备 通过内置的 USB HUB 组合而成的设备，比如带录音话筒的 USB 摄像头等。 USB 采用轮询的广播机制传输数据，所有的传输都由主机发起，任何时刻整个 USB 体系内仅允许一个数据包的传输，即不同物理传输线上看到的数据包都是同一被广播的 数据 包。 USB 采用“令牌包”- “数据包”- “握手包”的传输机制，在令牌包中指定数据包去 向或者来源的设备地址和端点（Endpoint ），从而保证了只有一个设备对被广播的数据包/ 令牌包作出响应，“握手包”表示了传输的成功与否。 数据包：USB 总线上数据传输的最小单位，包括 SYNC 、数据及 EOP 三个部分。其中数据的格式 针对不同的包有不同的格式。但都以 8 位的 PID 开始。PID 指定了数据包的类型（共 16 种）。令牌 包 即指 PID 为 IN/OUT/SETUP 的包。 端点（Endpoint ）是 USB 设备中的可以进行数据收发的最小单元，支持单向或者双向的数据传 输。设备支持端点的数量是有限制的，除默认端点外低速设备最多支持 2 组端点（2 输入，2 输出）， 高速和全速设备最多支持 15 组端点。 管道（Pipe ）是主机和设备端点之间数据传输的模型，共有两种类型的管道：无格式 的流管道（Stream Pipe ）和有格式的信息管道（Message Pipe ）。任何 USB 设备一旦上电 就存在一个信息管道，即默认的控制管道，USB 主机通过该管道来获取设备的描述、配 置、状态，并对设备进行配置。 USB 设备连接到 HOST 时，HOST 必须通过默认的控制管道对其进行枚举，完成获得 其设备描述、进行地址分配、获得其配置描述、进行配置等操作方可正常使用。USB 设备 的即插即用特性即