ysusb上海交通大学微机原理电子讲解.ppt

* USB 总线 USB(Universal Serial Bus)通用串行总线 USB是由Intel、IBM、Microsoft、Compaq、Digital、NEC、Northern Telecom七家公司联合推出的一种串行总线规范. 背 景 1996推出USB1.0版本： 低速1．5MbPs、高速12MbPs 2000．4推出USB2.0版本： 低速1．5MbPs、全速12MbPs、 高速达480 MbPs 基本思想：利用通用连接器热插拔，即 插即用的简单快速连接，资 源自动配置，资源共享. 基本要求： 易 用 性：即插即用、热插拔 端口可扩充性：具有端口不断扩充性， 可快速、动态连接和低 价格特点 兼 容 性： 支持①高速与低速数据 ②智能与一般外设 ③有源与无源设备 主要内容： 一. USB的主要特点 二. USB设备连接器协议 三.接口信号线 四. USB系统组成 五. USB插拔接通关闭过程 六. USB拓朴结构 七. USB数据流类型和传输类型 1．即插即用，可自动识别总线上的设备并为其配置软件和硬件资源。 2．可以动态连接和重新配置外设，支持热插拔功能。 3．总线上的设备的传输带宽可以从几Kbps／到几百Mbps，速率最高可达480Mbpss。 一.USB的主要特点 4．允许最多达127台USB设备同时操作。 5．可向USB总线上设备供电，USB设备也可自备电源。 6．具有很高的容错性能，协议中规定了出错处理和差错恢复机制。 此外USB总线还具有使用灵活、 性价比高等特点。 二. USB设备连接器协议 连接器：由插头和插座构成，为A系列B系列两种。 A系列连接器：用于与主机连接 B系列连接器：用于与设备连接 USB图标：插头上提供凹凸型图标，方便用户使用。 一般由厂商提供，电缆一端为A系列插头，另一端为B系列插头（与设备上系列B插座连接）。 USB设备标准可分离电缆： 高速设备用双绞数据对，非双绞电源对的屏蔽电缆，低速设备可用平行非屏蔽电缆。 红 电源线，+5V（4.75—5.25V） 黑 地线 绿 D+高速设备端有有上拉电阻，Hub端有 下拉电阻 白 D-低速设备端有有上拉电阻，Hub端有 下拉电阻 注：△ D+ 、D-为数据的半双工差分信号线 △下拉电阻保证Hub端口无设备连接时, 电压接地为零吸入最大电流500mA 三．接口信号线（4根） 主机第一次从D+ 、D-检测到设备时,设备吸入电流100 mA D+ 、D-电压 V0.8V， 持续2.5μS, 则设备断开连接 D+ 、D-电压V2.5V，持续2.5μS，则设备连接端口 四．USB系统组成 1.硬件： ⑴ USB主控器/集线器 （USBHC/RH），于主机中。 ⑵ USB集线器（USBH） ⑶USB设备： ①Hub设备 ②功能设备 ― 接 在Hub上的外设。 ⑴ USB设备驱动程序（客户驱动软件） 用于和某一特定的USB设备进行通信，常为操作系统一部分或由厂商提供 ⑵ USBD USB系统驱动软件 一般捆绑于操作系统，用于判断决 策指挥层。 ⑶ HCD（Host controller Driver） 主控器驱动程序,完成对USB交换的调度，通过根Hub或其它Hub完成对交换的初始化。 2.软件 五．USB插拔接通关闭过程 接通过程须经过5个状态： 连接状态→→上电状态→→默认状态→→地址状态→→配置状态，设备即可使用。 关闭过程比较简单，主机测到USB设备插头拔离Hub，设备进入无能状态，即关闭端口。 ⒈USB接设备于总线Hub→Hub通知主机发生设备接入事件，设备处于连接状态，Hub 与该设备相接端口处于关闭状态。 ⒉主机检测Hub→确认设备接入事件和接入端口。 ⒊主机使能（允许）该端口→传送一个RESET命令。 ⒋Hub向端口送持续100mS RESET 信号，结束时端口被打开。 Hub提供 100 mA 电流给 USB设备，USB设备进入上电状态，响应默认地址。 ⒌ USB访问默认管道（端点0），主机读设备描述符获得有关信息（最大数据传输量）。 ⒍ 主机给USB设备分发一唯一地址， 设备进入地址状态。 ⒎主机读取设备配置信息。 ⒏主机分析读取的配置信息向设备分 发配置值。设备进入配置状态。 ⒐设备各端点就绪开始工作，设备可 使用。 如第四步上电未获总线访问权→进入挂起状态 ⒑ USB设备插头拔离Hub→Hub通知主机发生设备移走事件→设备进入无