USB协议基础及S3C2410USB控制器浏览过1403次作者:深圳远峰一、USB1.1概述USB是UniversalSerialBus的简称。它是一种可以同时处理计算机与具有USB接口的多种外设之间通信的电缆总线。这些连接到计算机上的外设共同分享USB的带宽。USB的分时处理机制真正在硬件的意义上实现了计算机外设的即插即用。如果留心一下当前市场上的计算机外设，大家会发现采用USB设备的产品正在逐渐增加。键盘、鼠标、MODEM、游戏杆、音箱、扫描仪等，以前插在串行、并行等外部扩展接口上的部件，甚至一些以前要连接到计算机内部扩展槽上的设备，都开始以USB接口的接口出现，USB设备的发展势头正如日中天。本章将从技术的角度来探讨一下USB，有关它的部分请参阅USB1.1SPEC（www.usb.org）的相关文章。一个基于计算机的USB系统可以在系统层次上被分为三个部分：即USB主机（USBHost）、USB器件（USBDevice）和USB的连接。所谓USB连接实际上是指一种USB器件和USB主机进行通信的方法。它包括：（1）总线的拓扑（由一点分出多点的网络形式）：即外设和主机连接的模式。（2）各层之间的关系：即组成USB系统的各个部分在完成一个特定的USB任务时，各自之间的分工与合作。（3）数据流动的模式：即USB总线的数据传输方式。（4）USB的“分时复用”：因为USB提供的是一种共享连接方式，因而为了进行资料的同步传输，致使USB对资料的传输和处理必须采用分时处理的机。USB的总线拓扑如图9-1所示，在USB的树形拓扑中，USB集线器（HUB）处于节点（Node）的中心位置。而每一个功能部件都和USB主机形成唯一的点对点连接，USB的HUB为USB的功能部件连接到主机提供了扩展的接口。利用这种树形拓扑，USB总线支持最多127个USB外设同时连接到主计算机系统。图9-1USB的总线拓扑示意图一个USB系统仅可以有一个主机，而为USB器件连接主机系统提供主机接口的部件被称为USB主机控制器。USB主机控制器是一个由硬件、软件和固件(Firmware)组成的复合体。一块具有USB接口的主板通常集成了一个称为ROOTHUB(根集线器)的部件，它为主机提供一到多个可以连接其它USB外设的USB扩展接口，我们通常在主板上见到的USB接口都是由ROOTHUB提供的。USB器件可以分为两种:即USBHUB和USB功能器件(FunctionDevice)。作为USB总线的扩展部件，USBHUB(图9-2)必须满足以下特征:1)为自己和其它外设的连接提供可扩展的下行和上行(DownstreamandUpstream)埠。2)支持USB总线的电源管理机制。3)支持总线传输失败的检测和恢复。4)可以自动检测下行埠外设的连接和摘除，并向主机报告。5)支持低速外设和高速外设的同时连接。从以上要求出发，USBHUB在硬件上由两部分组成：HUB应答器(HUBRepeater)和HUB控制器(HUBController)。HUB应答器响应主机对USB外设的设置，以及对连接到它下行端口的USB功能部件的连接和摘除(AttachedandDetached)的检测、分类，并将其端口信息传送给主机，它也负责如“总线传输失败检测”这样的错误处理；而HUB控制器则提供主机到HUB之间数据传输的物理机制。如同我们所熟知的大多数计算机外设一样，USBHUB也有一个用来向主机表明自己身份的“BIOS”系统。这块位于USBHUB上的ROM，通过USB特征字使主机可以配置这个USBHUB，并监控它的每一个埠。USB功能器件即可以为主机系统提供某种功能的USB器件，如一个USBISDN的调制解调器、或是一只USB接口的数字摄像机、USB的键盘或鼠标等。图9-3一个典型的USB功能器件结构框图USB的功能器件作为USB外设(USBFunction)，它必须保持和USB协议的完全兼容，并可以响应标准的USB操作。同样，用于表明自己身份的“BIOS”系统对于USB外设也是必不可少的，这在USB外设上被称为协议层。在物理机制上，一个USB外设可以由四部分构成(见图9-3):1)用于实现和USB协议兼容的SIE部分。2)用于内存件特征字、存储实现外设特殊功能程序及厂家信息的协议层(ROM)。3)用于实现外设功能的传感器及对资料进行简单处理的DSP部分。4)将外设连接到主机或USBHUB的接口部分。根据传输率的不同，USB器件被分为高速和低速两种。低速外设的标准传输率为1.5Mbps，而高速外设的标准传输率为12Mbps。所有的USBHUB都为高速外设，而功能部件则可以根据外设的具体情况设计成不同的传输率，如用于视频、音频传输的外设大都采用12Mbps的传输率，而像键盘、鼠