USB系统构成 USB主机是USB系统中唯一的，由硬件及软件组成.DOC

1．USB系统构成 USB主机是USB系统中唯一的，由硬件及软件组成，提供如下的功能： ·检测USB设备的连接与断开。 ·管理主机与设备之间的标准控制流。 ·管理主机与设备之间的数据流。 ·收集状态及一些活动的统计数字。 ·给设备供电。 USB设备包括USB Hub及打印机、视频设备及存储设备。它必须带有自我标识及所属类别的信息，在使用前必须由主机分配地址，进行配置。 USB连接顾名思义就是用来连接USB主机和USB设备的介质，它在电气上和机械上都有规范，这里不作为重点讲述。图2所示为USB系统的构成图。 图2 USB系统构成图 2 3． USB热拨插的工作过程 2.3.1 USB的线缆 USB传送信号和电源是通过一种四线的电缆，如图3所示。中间的两根线是用于传送差分信号D+和D-。边上两跟线包括VBUS和GND二条线，向设备提供电源（+5V）。USB的电缆长度最长可达5米。为了保证足够的输入电压和终端阻抗，重要的终端设备应位于电缆的尾部。在每个端口都可检测外设是否连接或分离，并区分出高速，或低速设备。 图3 USB电缆 2.3.2 USB热插接工作过程 热插接从技术角度看比较复杂，当一个USB设备带电或主机处于工作状态时，将USB设备接入主机或接入与主机相连的HUB中，设备将被响应，并达到可工作的程度，这一过程可分为几个时间阶段的子过程，见图4。 图4 热插接信号波形 首先，当USB设备插到主机或者HUB上，设备开始上电过程，设备上电后开始驱动信号线D+、D-，要求设备在上电后100ms时间内提供信号线驱动信号。此外在整个插接过程中，电源电压、D+、D-的连接都可能发生断续，为了使电气和机械的连接稳定，主机或者HUB将在等待直至数据状态稳定，以持续稳定100ms作为判定插接机械过程是否结束的依据，如果这期间发生信号间断，这一判定过程将重复开始，因此无论你插接得是快是慢，它都能很好地判定。 第二个过程，当主机已经判定一个新设备稳定地插到空余的USB口上时，主机开始让该设备复位，复位是通过将D+、D-数据线都拉至逻辑低电平，复位过程需要10ms，复位后的设备处于默认状态，拥有一个默认的地址，主机与该设备的指令通讯都是通过以默认的地址，可以认为这是一个以默认的地址为末端的 “控制管道”。 第三个过程，设备在被复位后，主机D+、D-数据线被置成输入状态，用于检测设备D+、D-数据线电平状态，如果D+为高代表设备为全速设备，反之为低速设备，设备的这一状态是由设备电路设置成的。 第四个过程，主机通过“控制管道”对设备操作，首先赋予设备一个特别的地址，一个新的“控制管道”建立，原有的以默认的地址为末端的“控制管道”留给以后的设备使用。 第五个过程，主机对该设备进行设置，首先，主机从设备的USB芯片中读取设备描述，这是一个数据表，首先的内容是表的长度，然后是设备的类型，生产者的ID等，其中还提供了供主机设置的项目，正是通过读取这些数据，主机才知道供有多少项目是可设置的，然后按照索引一个接一个读取每一个设置描述表、设备末端描述表、界面描述表等内容。然后主机按照这些表的内容对设备设置和查找相应的软件驱动。 一、 USB数据信号特点 1． 不同设备的数据信号特点 一个全速USB设备的连接是通过阻抗为90Ω±15%，最大单路时延为26ns的屏蔽双绞线电缆进行的，其到达的最大速率为12Mb/s，并且每个驱动器的阻抗必须在28Ω～44Ω之间；如果全速设备作为高速设备使用，每个驱动器的阻抗必须在40.5Ω～49.5Ω之间；图5描述了全速驱动器的信号波形。 一个低速USB设备在插口端必须要有一个带有串行A口连接器的可控制电缆，其速率为1.5Mb/s。当电缆与设备相连时，在D+/D-线上必须要有一个200～450PF的单终端电容。低速电缆的传播时延必须小于18ns，从而保证信号响在其上升沿或下降沿的第一个中点处产生，以允许电缆与一块电容器相连。图6列出了低速驱器的信号波形。 2．数据包传送 通过差分信号来实现数据包的传送。 通过控制D+和D-线从空闲态到相反的逻辑电平(K态)，就可以实现源端口的包发送开始(SOP)。同步字中的第一位代表了这种在电平上的转换。当它的重新发送时间低于±5ns时，集线器必须对SOP中第一位的宽度变化有所限制。可以通过使用具有延迟输出使能的集线器来实现数据的匹配，这样可以使数据失真减小到最小。 SE0态通常用来表示包的发送结束(EOP)，可以通过控制D+和D-两位时到达SEO态，然后控制D+和D-线一位时后到达J态，就可实现EOP信号的发送。从SEO态到J态的变化表示接收端包发送的结束。J态持续一个位时，然后D+和D-上的输出驱动器均处于