USB模块解读

USB原理简介
• USB接口技术规范中，通信双方分为：主机和设备端。 主机一般由PC机承担，嵌入式设备作为设备端。 • 按照USB协议的定义，USB设备包括两个基本类型： 集线器（HUB）：提供更多访问USB总线的接入点； 功能设备：具有特定功能的设备，如鼠标、键盘等。
USB接口
• USB定义了两种类型的连接器，下图从左到右依次是： microUSB插口、miniUSB插口、B系列插口、A系列插 座、 A系列插口。
USB网络拓扑
USB总线逻辑拓扑图
USB总线物理拓扑图
USB总线逻辑拓扑
USB传输类别
• • • • • • • 音频类（Audio） 通信类－虚拟串口类(CDC) 人机接口类(HID) 大容量存储设备类(Mass Storage) 智能卡接口设备类(CCID) 图像类(Image) 物理接口设备类(Physical Interface)
USB常用术语
• USB主机：在任何一个USB系统中，只有一个主机。主机 系统的USB控制模块叫“主机控制器”，主机控制器可由 硬件、固件和软件综合实现。 • USB设备：主机的“下行”设备，为系统提供具体的功能 。USB主机最多可以支持127个USB设备。 • USB OTG：On The Go，正在进行中的意思。USB OTG 既是USB主机也是USB设备。但是在任意时刻，只能有一 个主机。 • 集线器（Hub）：扩展USB主机所能连接设备的数量，主 要用于扩展。 • 串行接口引擎（SIE）：USB主控制器的“核心”，将二 进制码转化为字节，供控制器使用。
的传输，支持连接多达127个设备，并支持复合设备。
•同步带宽 提供保证的带宽和低延迟。 •使用灵活 支持不同大小的数据包和各种传输速率。 •鲁棒性佳 多种的错误校验和恢复机制。 •协同PC产业 协议易于实现和整合，并支持热插拔机制 •低成本实现 低成本的电缆和连接插座，商品化的实现技术 •易于升级 整体结构易于升级，能适应各类新生的应用。
技术背景
USB产生之前，外设与PC通信主要是通过PC机主板所 提供的各种接口实现。老式接口大多是在20世纪80年代设计 的，存在规格不一、不可扩展等缺陷，USB和其他接口常用 计算机接口比较：
接口类型 USB 数据格式 串行 传输速率(bps) 1.5M 最大设备数 126 电缆长度(m) 3、5
USB设备开发流程
①确认USB设备的开发类型， 是USB主机、USB设备还是 OTG ②如果是USB设备，必须明确 该设备的类型：HID、UDIO、 CDC、HUB、IMAGE等 ③查找相关设备手册，确定其描 述符 ④完成描述符后，编写USB枚 举程序，观察是否枚举成功，开 发已经完成大部分 ⑤编写应用程序，在枚举成功后 ，主要是进行数据处理，编写应 用程序
USB传输类别
• IrDA桥接设备类(IrDA Bridge) • 监视设备类(Monitor) • 人机接口类(HID) • 个人保健设备类(Personal Health Care) • 电源设备类(Power Device) • 图像类(Image)
具体请参考
/developers/devclass_docs#approved
USB 连接器(1) –Standard
USB根据应用场景不同，有多种接口类型，以下展示 最常见通用的三种：
技术背景
USB，是一种外部串行总线标准。最初是由Intel与 Microsoft等公司于1994年倡导发起的，其目的是使用USB 来取代PC机现有的各种外围接口，使外设连接单一化，其最 大特点是支持即插即拔和热插拔。
USB分层星型拓扑结构
最多支持：
7层拓扑 127个USB设备 5个USB hub级联
是否支持热插拔
是
RS232 RS485
以太网 PCI AGP
串行 串行
串行 并行 并行
20K 10M
10M、100M、1G
2 32
1024 — —
15~30 1200
500 — —
否 否
否 否 否
1056M、2112M ≥2112M
技术背景
• USB应用范围和特性
技术背景
USB特点： •简单易用 使用统一制式的电缆和连接插座，支持热插拔。 •应用广泛 支持从几kbps到几百Mbps的数据带宽，支持同步和异步
•USB，是一种外部串行总线标准。最初是由Intel与 Microsoft等公司于1994年倡导发起的，其目的是使用USB 来取代PC机现有的各种外围接口，使外设连接单一化，其最 大特点是支持即插即拔和热插拔。 •USB协议版本演进
– – – – 1.0 1.1 2.0 3.0 January 15,1996 September 23,1998 April 27,2000 November 低速 全速 高速 超高速
确定所开发的 USB系统类 型 USB主机 USB设备
设备类型HID、 UDIO、CDC等
查找手册，编写描述符
USB OTG
枚举是否成功
应ห้องสมุดไป่ตู้程序编写
USB系统架构
功能层
USB设备层
USB总线接口层
USB系统架构
USB系统架构
USB系统架构（4/）
USB系统架构（5/）
USB设备枚举
• 对于USB设备开发来说，最重要的枚举，即让主机知道设 备的相关信息。若枚举不成功，则设备无法识别、更不能 使用。 • USB设备的属性通过一组描述符来反映他们，这些描述符 是具有一定格式的数据结构，主机软件可通过 GET_DESCRIPTOR请求获取这些描述符。每一个描述符 的第一个字节表明本描述符的长度，最后一个字节的描述 符类型的信息。如果描述符中的长度域值小于描述符定义 长度，此描述符被认为是非法的，不能被主机接收；如果 返回描述符中的长度域值大于描述符的定义长度，则过长 部分被忽略。
USB通信 Universal Serial BUS通用串行总线
本节内容
• USB技术简介
– – – – 技术背景 系统架构、协议 设备的枚举、识别 传输类型
• MSP430 USB模块和函数库
– – – – 模块的特性 各类描述符解析 模块的中断源及相关的中断处理函数 模块的其他相关函数库
技术背景