第七章 通用串行总线技术及开发实例要点
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控制端点0：USB设备必须有的，双向的，引 导枚举。
块端点 中断端点 同步端点
2020/9/29
29
传输类型
一个给定的USB设备可能有很多的端点，每一个 端点都有特殊的性质，这些特性规定了如何访问这些 端点。USB的规范说明书定义了如下四种传输类型， 它们每一个都反映了USB设备的端点可能要求的传输 性质。
OSR2.1版本公布后，才首次在PC机上使用，外设少； 1998年6月Windows98和同年9月USB1.1版发布后，
流行；
2000年4月27日，USB2.0版发布，USB红遍全球！
2020/9/29
17
早期不受重视的原因
PC机主板的支持不够; 操作系统的支持不够; USB协议太抽象; USB接口芯片昂贵; USB外设与老式接口外设的性能无明显差异;
Device
Device
2020/9/29
PC
USB
USB
Device
Hub
USB USB USB USB
Device
Device
21
设备构架
主机系统
客户软件
USB系统软件（USB 驱动和主控制器驱动程序）
USB主控制器 /集线器
2020/9/29
物理通信数据流
USB设备
功能单元
功能层
USB逻辑设备
2020/9/29
18
报
USB概述
告
USB相关基本概念
提
USB应用实例
纲
USB系统的开发
2020/9/29
19
二、USB相关基本概念
➢ 对USB的总体认识
✓ USB拓扑体系 ✓ 设备架构 ✓ 硬件和软件元素
➢ 术语及基本概念
2020/9/29
20
USB Topology
PC
USB
USB
2020/9/29
25
一个USB传输
2020/9/29
26
主机是控制器
USB设备之间是同级 成本考虑 从主机接收数据：OUT令牌 向主机发送数据：IN令牌
2020/9/29
27
USB的传输方向
“主机是总线控制者” OUT:从主机到外设 IN:从外设到主机
2020/9/29
28
端点
虚拟仪器课程系列报告
USB简介及开发实例
邵雷 2006年4月
2020/9/29
1
报
USB概述
告
USB相关基本概念
提
USB应用实例
纲
USB系统的开发
2020/9/29
2
一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
3
USB的产生
USB接口
以太网接口 串并行接口
5
体积庞大
2020/9/29
6
接口规格不统一
2020/9/29
7
非共享式接口
标准PC的外围设备接口支持单个设备的连接。 由于一个给定的时刻只有一个外围设备可以连接， 这样，连接的灵活性就被最小化。由于这个原因， 通常是做一个专用的扩展卡插到扩展总线上（例 如ISA、EISA或PCI），通过它来为新的外设建立 一个连接点，但这样相对来说成本比较昂贵。
2020/9/29
12
USB的特点
灵活；低速1.5Mb/s，全速12Mb/s，高速480Mb/s； 低成本； 性能可靠；硬件规范抑制噪声，数据错误检测机制 提供电源；+5V@100~500mA, 3mS挂起 兼容性；USB2.0兼容USB1.1产品
2020/9/29
13
一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
8
采用传统的I/O模式
外设被映射为CPU的I/O地址空间，并且被分配一个指 定的IRQ，在某些情况下也可以是一个DMA通道。这些系 统资源被分配给指定的外设，这些地址的分配通常是由 IBM公司和其他设备制造商指定的。事实上这种地址分配 方法已经成为一种标准。这种模式会带来I/O地址冲突、 所指定的IRQ已被别的外设占用等问题。
2020/9/29
14
USB的机械特性
VBUS D+
DGND
USB电缆模型
2020/9/29
VBUS D+
DGND
A型插头 B型插头
A型插座
B型插座
15
一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
16
USB的发展历史
1994年11月11日，USB0.7版本问世； 1996年1月15日，USB1.0版发布；但Windows95的
★ 块传输
★ 中断传输
★ 同步传输
★ 控制传输
2020/9/29
30
块（bluk）传输
块传输主要用于完成主机和设备之间的大批数 据传输，由于块传输在硬件级上对传输数据进行错 误检测（若发生错误，它支持“重传”功能），因 此它能保证数据传输的可靠性，块传输支持两个方 面的数据传输（即主机到设备和设备到主机）。
➢ 术语及基本概念
2020/9/29
24
PID和令牌
PID：正在传送数据包的类型 令牌包定义了在USB上进行广播事务处理的类型。所
有的事务处理都是从一个令牌包开始的。 SOF：每毫秒发生一次，代表一个帧的开始。 SETUP：只针对控制传输，它是数据包中的前8个字
节，用来把一个请求从系统发往目标USB设备。
今天PC上使用的大多数外设仍然是基于接口实现 的，这些老式的接口最初是由IBM公司在20世纪80年代 早期提出的，设计存在很多缺陷，它们给设计者带来 了许多麻烦，也给用户带来诸多不便。目前PC接口的 缺陷：
接口采用传统的I/O模式
非共享式接口
2020/9/29
4
通用主板
PCI接口
PS/2接口
2020/9/29
USB设 备层
USB总线接口
USB总线 接口层
逻辑通信数据流
22
硬件和软件元素
基本硬件： ★ USB主控制器/根集线器 ★ USB设备
通用性软件： ★ USB客户驱动程序 ★ USB驱动程序 ★ USB主控制器驱动程序
2020/9/29
23
二、USB相关基本概念
➢ 对USB的总体认识
✓ USB拓扑体系 ✓ 设备架构 ✓ 硬件和软件元素
2020/9/29
9
USB应运而生！
快速 双向 同步 廉价 支持热插拔
USB标准图标
2020/9/29
Hale Waihona Puke Baidu
10
一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
11
USB的特点
热插拔； 即插即用Plug & Play； 共享式接口；“菊花瓣”式；126个外设； 接口体积小； 节省系统资源；只需1根IRQ线；
块端点 中断端点 同步端点
2020/9/29
29
传输类型
一个给定的USB设备可能有很多的端点，每一个 端点都有特殊的性质，这些特性规定了如何访问这些 端点。USB的规范说明书定义了如下四种传输类型， 它们每一个都反映了USB设备的端点可能要求的传输 性质。
OSR2.1版本公布后，才首次在PC机上使用，外设少； 1998年6月Windows98和同年9月USB1.1版发布后，
流行；
2000年4月27日，USB2.0版发布，USB红遍全球！
2020/9/29
17
早期不受重视的原因
PC机主板的支持不够; 操作系统的支持不够; USB协议太抽象; USB接口芯片昂贵; USB外设与老式接口外设的性能无明显差异;
Device
Device
2020/9/29
PC
USB
USB
Device
Hub
USB USB USB USB
Device
Device
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设备构架
主机系统
客户软件
USB系统软件（USB 驱动和主控制器驱动程序）
USB主控制器 /集线器
2020/9/29
物理通信数据流
USB设备
功能单元
功能层
USB逻辑设备
2020/9/29
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报
USB概述
告
USB相关基本概念
提
USB应用实例
纲
USB系统的开发
2020/9/29
19
二、USB相关基本概念
➢ 对USB的总体认识
✓ USB拓扑体系 ✓ 设备架构 ✓ 硬件和软件元素
➢ 术语及基本概念
2020/9/29
20
USB Topology
PC
USB
USB
2020/9/29
25
一个USB传输
2020/9/29
26
主机是控制器
USB设备之间是同级 成本考虑 从主机接收数据：OUT令牌 向主机发送数据：IN令牌
2020/9/29
27
USB的传输方向
“主机是总线控制者” OUT:从主机到外设 IN:从外设到主机
2020/9/29
28
端点
虚拟仪器课程系列报告
USB简介及开发实例
邵雷 2006年4月
2020/9/29
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报
USB概述
告
USB相关基本概念
提
USB应用实例
纲
USB系统的开发
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一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
3
USB的产生
USB接口
以太网接口 串并行接口
5
体积庞大
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6
接口规格不统一
2020/9/29
7
非共享式接口
标准PC的外围设备接口支持单个设备的连接。 由于一个给定的时刻只有一个外围设备可以连接， 这样，连接的灵活性就被最小化。由于这个原因， 通常是做一个专用的扩展卡插到扩展总线上（例 如ISA、EISA或PCI），通过它来为新的外设建立 一个连接点，但这样相对来说成本比较昂贵。
2020/9/29
12
USB的特点
灵活；低速1.5Mb/s，全速12Mb/s，高速480Mb/s； 低成本； 性能可靠；硬件规范抑制噪声，数据错误检测机制 提供电源；+5V@100~500mA, 3mS挂起 兼容性；USB2.0兼容USB1.1产品
2020/9/29
13
一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
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采用传统的I/O模式
外设被映射为CPU的I/O地址空间，并且被分配一个指 定的IRQ，在某些情况下也可以是一个DMA通道。这些系 统资源被分配给指定的外设，这些地址的分配通常是由 IBM公司和其他设备制造商指定的。事实上这种地址分配 方法已经成为一种标准。这种模式会带来I/O地址冲突、 所指定的IRQ已被别的外设占用等问题。
2020/9/29
14
USB的机械特性
VBUS D+
DGND
USB电缆模型
2020/9/29
VBUS D+
DGND
A型插头 B型插头
A型插座
B型插座
15
一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
16
USB的发展历史
1994年11月11日，USB0.7版本问世； 1996年1月15日，USB1.0版发布；但Windows95的
★ 块传输
★ 中断传输
★ 同步传输
★ 控制传输
2020/9/29
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块（bluk）传输
块传输主要用于完成主机和设备之间的大批数 据传输，由于块传输在硬件级上对传输数据进行错 误检测（若发生错误，它支持“重传”功能），因 此它能保证数据传输的可靠性，块传输支持两个方 面的数据传输（即主机到设备和设备到主机）。
➢ 术语及基本概念
2020/9/29
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PID和令牌
PID：正在传送数据包的类型 令牌包定义了在USB上进行广播事务处理的类型。所
有的事务处理都是从一个令牌包开始的。 SOF：每毫秒发生一次，代表一个帧的开始。 SETUP：只针对控制传输，它是数据包中的前8个字
节，用来把一个请求从系统发往目标USB设备。
今天PC上使用的大多数外设仍然是基于接口实现 的，这些老式的接口最初是由IBM公司在20世纪80年代 早期提出的，设计存在很多缺陷，它们给设计者带来 了许多麻烦，也给用户带来诸多不便。目前PC接口的 缺陷：
接口采用传统的I/O模式
非共享式接口
2020/9/29
4
通用主板
PCI接口
PS/2接口
2020/9/29
USB设 备层
USB总线接口
USB总线 接口层
逻辑通信数据流
22
硬件和软件元素
基本硬件： ★ USB主控制器/根集线器 ★ USB设备
通用性软件： ★ USB客户驱动程序 ★ USB驱动程序 ★ USB主控制器驱动程序
2020/9/29
23
二、USB相关基本概念
➢ 对USB的总体认识
✓ USB拓扑体系 ✓ 设备架构 ✓ 硬件和软件元素
2020/9/29
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USB应运而生！
快速 双向 同步 廉价 支持热插拔
USB标准图标
2020/9/29
Hale Waihona Puke Baidu
10
一、USB概述
➢ USB的产生 ➢ USB的特点 ➢ USB的机械特性 ➢ USB的发展历史
2020/9/29
11
USB的特点
热插拔； 即插即用Plug & Play； 共享式接口；“菊花瓣”式；126个外设； 接口体积小； 节省系统资源；只需1根IRQ线；