微机原理论文USB协议及接口技术资源-CSDN文库

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USB 协议及接口技术

USB 总线协议

USBUniversal Serial Bus 总线协议是以 Intel 为主并有

CompaqMicrosoftIBMDECNorthern Telecom 等共七家公司共同制定的串行接口标准

1994 年 11 月制定了第一个草案 1996 年 2 月公布了 USB 规范版本 1.0USB 可把多达

127 个外设同时联到你的系统上所有的外设通过协议来共享 USB 的带宽其 12Mbps 的带

宽对于键盘鼠标等低中速外设是完全足够的注在 1999 年 2 月发布的 USB 规范版本 2.0 草

案中已建议将 12Mbps 的带宽提升到 120-240MbpsUSB 允许外设在主机和其它外设工

作时进行连接配置使用及移除即所谓的即插即用 Plug & Play 同时 USB 总线的应用可以清

除 PC 上过多的 I/O 端口而以一个串行通道取代使 PC 与外设之间的连接更容易。

所有总线操作都可以归结为三种包的传输：任何操作都是从主机开始的，主机以预先

排好的时序发出一个描述操作类型，方向外设地址，以及端点号(这将在以下部分给予解

释)的包。我们称之为令牌包(Token Packet)。然后在令牌中指定的数据发送者发出一个

数据包或者指出它没有数据可以传输。而数据的目的地一般要以一个确认包(Handshake

Packet)作出响应，以表明传输是否成功。

USB 接口技术

一. 总线拓扑结构

USB 总线的物理连接是一种分层的菊花链结构集线器(hub)是每个星形结构的中心 PC

机就是主机和根 Hub 用户可以将外设或附加的 Hub 与之相连这些附加的 Hub 可以连接另

外的外设以及下层 HubUSB 支持最多 5 个 Hub 层以及 127 个外设。

二. USB 的物理层

USB 的物理接口包括电气特性和机械特性：USB 通过一个四线电缆来传输信号与电源。

其中 D+和 D-是一对差模的信号线而 VBus 和 GND 则提供了 5V 的电源，它可以给一些设

备(包括 Hub)供电。当然要有一定的条件限制。USB 提供了两种数据传输率：一种是

12Mb 的高速(full speed)模式，另一种是 1.5Mb 的低速模式。这两种模式可以同时存在

于一个 USB 系统中，而引入低速模式主要是为了降低要求不高的设备的成本，比如：鼠标

键盘等等。USB 信号线在高速模式下必须使用带有屏蔽的双绞线，而且最长不能超过

5m。而在低速模式时中可以使用不带屏蔽或不是双绞的线，但最长不能超过 3m。这主要

是由于信号衰减的限制，为了提供信号电压保证以及与终端负载相匹配，在电缆的每一端

都使用了不平衡的终端负载，这种终端负载也保证了能够检测外设与端口的连接或分离并

且可以区分高速与低速设备。所有的设备都有上行的接口。上行和下行的接头是不能互换

的，这保证了不会有非法的连接出现。插头与插座有两个系列分别为 A 和 B 系列。A 用于

基本固定的外围设备，而系列 B 用于经常拔插的设备。这两个系列是不能互换的。

三.USB 设备

USB 设备包括 Hub 和功能设备，而功能设备又可以细分为定位设备字符设备等等。

为了进一步叙述，我们给出端点(endpoint)和管道(pipe)的概念。

端点：每一个 USB 设备在主机看来就是一个端点的集合。主机只能通过端点与设备进行通

讯，以使用设备的功能。每个端点实际上就是一个一定大小的数据缓冲区，这些端点在设

备出厂时就已定义好。在 USB 系统中每一个端点都有唯一的地址，这是由设备地址和端点

号给出的。每个端点都有一定的特性，其中包括传输方式，总线访问频率，带宽端点号，

数据包的最大容量等等。端点必须在设备配置后才能生效(端点 0 除外)。端点 0 通常为控

制端点，用于设备初始化参数等。端点 1，2 等一般用作数据端点，存放主机与设备间往

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q40646011

2012-12-26

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zhurutang11

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