整理 使用usb术语详解

如果您刚开始接触
USB
，那么了解一些
USB
术语
将很有帮助。本文介绍了基本的
USB
术语。



主机


USB
是一种
“
主
-
从
”
式总线，
包括一个主机和多个从机。从机称作外设，在
USB
术语中也称作功能部件。主机称作主设备。所有
USB
传输都由主机启动；外设总是响应传输，不会启动传输。最常用的主机是
PC
机，主机通过
USB-A
连
接器连接到下行设备。嵌入式主机不包括
PC
机，而是用一个微控制器作为专用主机，或许只能与一类
USB
设备通信。




功能部件


功能部件是
USB
设备，也称作
USB
外
设。
USB
外设是主机的
“
下行
”
设备，使
用
USB B
型连接器连接。




速率


USB 2.0
标准规定了以下三种传输速率：

低速模式传输速率为
1.5Mbps
，多用于键盘和鼠标。

全速模式传输速率为
12Mbps
。


高速模式传输速率为
480Mbps
。


市场上关于
“USB 2.0
兼容
”
的概念有一些混乱。这种混乱源于
USB
标准版本的升级，首先推出的是
USB
1.0
，紧接着有了比
1.0
更理想的
USB1.1
。
USB1.x
支持低速和全速两种
USB
总线速度。
2.0
版本
增加了高速模式，完全替代了
1.1
。所以，如果使用的是工作在
12Mbps
速率下的全速器件，则可认为它与
USB 2.0
兼容，即使许多人仅将
USB 2.0
用于高速
(480Mbps)
操作。




入

-

出方向


USB
系统以主机为中心。因此，解释
USB
术语时假设面向的是主机。所以，从主机侧看，
“
入
”
表示传输方向从外设到主机；同样，
“
出
”
表示传输方向从主机到外设。




端点


端点位于
USB
外设内部，所有通信数据的来源或目的都基于这些端点，是一个可寻址的
FIFO
。每个
USB
外设
有一个唯一的地址，可能包含最多十六个端点。主机通过发出器件地址和每次数据传输的端点号，向一个具体端点
(FIFO)
发送数据。




每个端点的地址为
0
到
15
，一个
端点地址对应一个方向。所以，端点
2-IN
与端点
2-OUT
完全不同。

每个器件有一个默认的双向控制端点
0
，因此不存在端点
0-IN
和
端点
0-OUT
。


外设中端点的编号是任意的。枚举期间外设向主机报告其端点号和特
征。




集线器


集线器扩展了
USB
主机所能连接设备的数量。
PC
机的
USB
控制器内置一个集线器，负责完成一些底层
USB
功能，如检测设备的插入或拔出。集线器以全速或高速连接到上行端口
(
到
PC)
，以低速、全速或高速连接到下行端口
(
到外设
)
。
PC
的根集线器可为每个
A
型连接器提供
5V
、
500mA
电
源。一个总线供电的外部集线器可为每端口提供
100mA
电流。由于
USB
为外部集线器电路分配
100mA
电
流，因此，一个总线供电的集线器可以有四个下行端口。如果集线器有自己的电源
(
自供电
)
，每个下行端口可提供高达
500mA
电
流。




枚举


插入
USB
设备时，主机获取连接通知，继而识别刚刚插入的是什么。主机需要得到一系列描述符
(
数据表
)
，该描述
符来自插入的设备，所有
USB
设备在插入
USB
端口时，主机都通过默认的
CONTROL
端点
0
与设备进行通讯。如果主机确认它从设备接收的数据正确，则配置该设
备使之开始工作。如果主机认为设备的数据不正确
(
例如，某个描述符数据有冲突或超出了规范
)
，则忽略该设备。这时会弹出一个对话窗，说明该
USB
设备出了一些问题。




第九章

(

关于枚举的更多信息

)


USB
标准的第
9
章定义了
枚举期间主机送到外设的所有请求，以及外设响应的数据格式。如果访问
USB
官方
网站，将找到一个名为
USBCV (USB
命令验证器
)
的软件工具，其中有一部分名为
“
第
9
章测试
”
。这些测试可以证明您的枚举代码是否正确。在进行
USB
实验室测试时也要用到
USBCV
。
因此，如果已在自己的实验室里通过了这一
USB
验证，则实验室测试也不成问题。



SIE


SIE
指串行接口引擎，是所有
USB
控制
器内部的
“
核心
”
。
SIE
负责
处理底层协议，如填充位，
CRC
生成和校验，并可发出错误报告。
SIE
的主要任务是将低级信号转换成字节，以供控制器使用，某些
SIE
会更加先进灵活。它处理的底层信号细节越多，控制固件越简单。例如，某些
SIE
只报告端点数据触发的结果
(
参见下文
)
，并将它留给固件以确定如何处理。



数据触发


USB
包从
PID
或
ID
开始。数据传输用到两种
PID
：
DATA0
和
DATA1
。主机和外设均包含数据触发位，每个端点一个。触发位确定这些数据
PID
中的哪一个用于数据传输。当外设脱离复位状态，主机和外设均将其内部数据触发位复位到零。因此，第一个传
送的是
DATA0 PID
数据包。当数据包传输无误时
(
发送方接收到
ACK PID
信号，表明数据传输无误
)
，发送方和接收方补偿其数据触发值。然后用
DATA1 PID
向端点发送第二个数据包。成功传输后，
DATA0 PID
和
DATA1 PID
数据包交替发送
(
或再次触
发
)
。
USB
将该机***为其误差校正的一部分。




控制传输、批量传输、中断传输、同步传输


USB
有上述四种传输类型。枚举期间外设告诉主机每个端点支持哪种传输类型。


只有主机能够发出控制传输，该传输由两个或三段组成。先通过设置数
据包
(8
字节长
)
发送具体的主机请求。然后用一个可选数据包移动描述符表等数据。最后，用握手
(
状态
)
包终止控
制传输。作为
“
关键
”
传输，控制传输有高总线优先权和最全面的误差校验。每个
USB
外设都需要一个默认的控制端点
0
。




批量传输使用流控制和误差校验移动数据。批量传输为异步方式，这意
味着预定传输时间不固定或不能保证。主机安排批量传输的优先级为低。这并不说明批量传输很慢；如果总线被轻微加载，批量传输即可在所有可用带宽上进行。




实际上，中断传输和批量传输很难区分。他们之间的唯一区别是中断点
包含轮询间隔值，用来告诉主机多长时间
“ping”
一次端点。所以批量和中断传输之间的唯一区别是主机多长时间安排
一次传输。


同步
(ISO)
传输用于数据流，例如音频或视频，此时数据必须及时到达以避免音频或视频数据中断。当器件枚举时告诉主
机其
ISO
端点对带宽的要求。如果带宽适当，主机保证每隔
1ms
发送一个
USB
帧，
包含一个发往或来自设备的
ISO
数据包。
ISO
不使用握手
(ACK/NAK)
或总线重试。同步传输仅适用于全速和高速设备。




总线复位


主机通过发出总线复位信号复位
USB
外设。全速和低速
USB
的
D+
和
D-
线上通
常使用差分信号。但也有例外，总线复位和包结束信号使用的是单端零信号，此时
D+
和
D-
均为低。




USB

驱动器


Windows
中内置了支持各种
USB
设备的驱动程序。如果固件支持这些标准设备之一，则
USB
产品不需要安装定制驱动程序
(
没人真
的想要写
Windows
驱动
)
。
Windows
包含标准设备驱动程序，如
HID (
人机接口设备
)
和大容量存储器
(
磁盘驱动
器、
CD-ROM
、存储器条
)
。