USB2.0USB2.0协议概述制作：周清海导师：朱明程徐渊Email:464100513@qq.com深圳大学EDA中心2010.09.01提纲背景及特点USB系统组成通信流信息包事务处理传输类型差错控制设备状态背景USB产生之前，外设与PC机通信通过各种接口来实现：ISA,PCI,PS/2,串行接口、并行接口等，存在很多缺陷：1.非共享式-->同一时间一个接口只能连接一个外设->无法满足大量外设2.体积庞大不利于PC外设小型化3.规格不一使用时要面对种类繁多的I/O扩展槽和外部口，不方便4.采用传统的I/O模式，映射为CPU的I/O地址并分配一个IRQ(中断请求)带来I/O地址冲突、所指定的IPQ被别的外设占用特点1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出了USB1.0。与传统接口相比，优点：1）热插拔。2）即插即用。自动配置，外设接入，操作系统自动检测加载驱动3）共享式接口。USB端口支持多个外设连接，采用“菊花瓣”式连接方式，通过USB集线器，一个USB主控制器最多可连接126个外设。4）体积小。与RS232,并行接口等比较，更小且薄5）节省系统资源。一个主控制器只需一根IRQ和一些I/O地址空间6）灵活。支持三种传输速率：低速1.5Mb/s,全速12Mb/s,高速48Mb/s；4种传输类型：块传输，同步传输，中断传输，控制传输。使得能适合多种外设7）低成本。功能强大，但组件和电缆并不贵8）性能可靠。通过硬件设计和数据传输协议两方面保证可靠性9）提供电源。总线供电自供电10）向下兼容。低速外设连接在高速主机上时不影响高速外设速度USB应用范围和特性速度应用特性价格低廉低速（LS）键盘、鼠标易于使用输入笔交互设备热插拔游戏外设10~100kb/s可支持多种外设ISBN全速（FS）（同上）PBX电话、音频保证带宽POTS500K~10Mb/s保证延时音频高速（HS）视频（同上）视频、磁盘磁盘高带宽25~400Mb/sUSBUSB系统组成USB体系：主机host，设备devices，物理连接interconnect三部分主机：提供USB接口和接口管理功能的硬件、软件、固件的复合体。PC机或OTG设备。一个USB系统只能有一个主机。设备：1.集线器HUB：扩展主机接口，设备可以通过其接入主机；2.功能设备物理连接：即USB电缆。USB使用差分信号传输数据，全速/高速模式电缆必要外层屏蔽和铜漏线，且差分数据线双绞。一条USB的传输线分别由地线、电源线、D+、D-四条线构成，D+和D-是差分输入线，它使用的是3.3V的电压（注与CMOS的5V电平不同），而电源线和地线可向设备提供5V电压，最大电流为500mAUSBUSB层次星型总线拓扑结构层次星型拓扑结构，可防止环形连接，主控制器（根集线器）是结构起点以hub为中心每层都是功能设备到hub的点对点连接最多7层（包括根层）最多支持127个USB设备（包括根集线器，去掉0端点）除根集线器，最多5个HUB相连在USB2.0系统中，高速集线器有一个特殊的作用：把全速/低速信号与高速信号隔开。Hub下行端口允许直接连接全速/低速USB设备，通信也仍是全速/低速，hub与主控制器通信却始终是高速下图描述了高速、全速、低速USB设备的混合连接USBUSB系统分层主机互连USB设备客户软件功能单元功能层USB系统软件USB逻辑设备USB设备层USB总线接口USB总线接口USB总线接口层实际通信流逻辑通信流终端用户看来，USB系统是USB设备到主机的简单连接，但对开发人员说，这种连接可分为三个逻辑层：功能层，USB设备层，USB总线接口层，每一层都由主机和USB设备不同功能模块组成。这种分层简化了USB通信机制。USB主机：客户软件，系统软件，总线接口（1）客户软件：1.USB设备驱动软件负责和USB系统软件进行接口。向USB总线驱动程序发出I/O请求包（IRP）启动一次数据传输，IN或OUT。根据数据方向，提供空内存或数据。它并不知道USB的串行传输机制2.界面应用程序和1进行接口，以操纵USB设备，向用户提供可视化操作，最上层，只能看到USB设备发送和接收的原始数据USB主机：客户软件，系统软件，总线接口（2）USB系统软件1.USB总线驱动程序（USBD）USB设备使用前，要初始化，称为USB设备的配置。在该过程，USBD会检测设备特性，并与设备建立通信管