【USB驱动编程培训】 USB驱动编程是嵌入式硬件、单片机开发中不可或缺的一部分,尤其是在基于STM32和ARM架构的系统中。USB(通用串行总线)是一种广泛应用于计算机和其他电子设备间的接口标准,它允许数据的高效传输,并支持即插即用和热插拔功能。 USB驱动主要涉及以下几个核心概念: 1. **USB编码及总线数据结构**: - USB编码使用NRZI(非归零反转)编码技术,确保数据传输的完整性,同时不需要独立的时钟信号。 - 总线数据结构包括包、传输事务和帧结构。包分为令牌包、数据包和握手包,传输事务由这三个包组成,而帧结构则是这些事务的组合,每个1毫秒的帧可能包含不同类型的传输。 2. **包(Package)**: - 包是USB通信的基础单元,具有特定的格式,如令牌包(用于设备识别)、数据包(传输实际数据)和握手包(确认接收或请求重传)。 3. **传输事务(Transaction)**: - 一个传输事务由多个包构成,如7个0和1个1的同步序列,确保数据传输的同步性。 4. **帧结构(Frame)**: - 每个帧内包含不同类型的传输事务,如中断传输、同步传输、控制传输和批量传输。它们按照各自的带宽需求分配,中断和同步传输占比较高,控制传输占比较低,而批量传输使用剩余带宽。 5. **USB数据流模型**: - USB协议采用轮询广播机制,通过“令牌包-数据包-握手包”的顺序进行数据传输。 - 数据流模型分为多层,包括用户应用程序、I/O管理层、驱动程序、硬件抽象层和硬件外设。 - 用户应用程序通过USB设备驱动与USB系统交互,驱动程序处理IRP(I/O请求包),并将其转化为USB协议数据传输到总线。 6. **USB协议简介**: - USB协议基于PID字段识别数据包类型,通过一系列的传输事务和帧结构实现不同传输模式。 7. **USB外设与总线**: - USB设备通过物理接口与主机连接,形成特定的拓扑结构。 - 数据流从用户应用程序出发,经过USB驱动和控制器,最终到达硬件设备。 8. **参与通信的抽象对象**: - 管道(Pipe):分为无格式流管道和有格式信息管道,定义了数据传输的路径。 - 逻辑设备、配置、接口和端点:这些对象是设备功能的抽象,端点具有唯一的地址和不同的传输特性。 9. **驱动程序与系统内核的关系**: - 驱动程序通过IRP与操作系统内核进行数据交换,PNP管理器和IO管理器负责驱动程序的中断和内存管理。 在USB驱动编程中,理解这些基本概念和模型至关重要,因为它们构成了驱动程序设计和实现的基础。开发者需要编写适当的驱动例程来处理不同类型的IRP,确保数据正确、高效地在主机和设备间传输。此外,由于USB设备的即插即用和热插拔特性,驱动程序还需要处理设备的动态连接和断开,以及电源管理等复杂情况。
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