USB总线技术

USB总线技术

为了解决传统PC机在发展过程中所遇到的一些问题,如外设通

信端口数量不足,外设连接繁琐、配置困难,数据传输速率低

等,eompaq、DEe、IBM、玩telMioersoft、NEC和North彻Telecon。

七家公司共同研制开发了USB(UnviesralSerialBus,即通用串行总

线)。USB是一种快速的、双向的、同步传输的、廉价的并支持热插

拔的串行端口,它把网络的拓扑结构思想引入计算机组织结构,从而

增强了PC端口的扩展性。从1994年到USB论坛的成立到今天USB

设备的普及,事实说明USB已成为一种在实际应用具有重要地位的技

术。因此研究USB具有一定的意义。本文将简单介绍设计USB设备

所需的基本知识。

电气特性

USB数据传输采用四根电缆,其中两根(D+、D一)是用来传送数

据的串行通道,另两根(饰us、GND)是符合标准的电源线,为下游的

USB设备提供电源,如图所示。

其中,D+、D一是串行数据通信线,它支持两种数据传输速率,

对于高速且要有高带宽的外设,USB以全速12N币ps或高速480N由

ps传输数据;对于低速外设,usB1.SMbps的传输速率传输数据。usB

总线会根据外设情况在不同的传输模式中自动地动态转换。几us通

常为+SV电源,GND是地线。USB总线是基于令牌的总线,类似于令牌

环网络或DFDI基于令牌的总线。

USB电源主要包括两方面:电源分配:即USB的设备如何通过USB

总线获得USB主机提供的电源。电源管理:即通过电源管理系统,USB

系统软件和设备如何与主机协调工作。

USB数据传输类型是从USB系统软件的管理角度来描述的。传

输(肠叨sefr)指在客户软件和它的功能块之间的一个或多个消息传

输的总线事务(Bus肠叨saCtino)。传输类型决定在客户软件和它的

功能块之间的数据流的特性。USB通过管道与主机的客户软件相关

联的存储缓冲器和USB设备上的端点之间传输数据。通过消息管道

传输的数据带有USB定义的结构。但也允许在USB定义的消息数据

有效载荷(Plyaolda)之内传输设备特定的结构数据。usB也定义在

总线传输的打包的数据,但在一个总线事务的数据有效载荷之内传输

的数据格式和解释最终由客户软件和使用管道的功能块确定。然

后,USB提供的不同数据传输类型更完美的匹配了客户软件和使用管

道的功能块的服务要求。当为一个端点建立管道时,大多数管道的传

输特性就已被决定。为适应设备的多样性,USB协议定义了4种传输

类型:控制传输、同步传输、中断传输、批量传输。控制(Conort)l

传输允许对一个设备的不同部分进行访问。控制传输用于支持在客

户软件及其功能模块之间的配置信息、命令信息、状态信息等类型

的通信流。一个控制输由以下几个事务组成:(1)总线建立操作,负责

将请求信息由主机送至功能模块;(2)零个或多个数据传送事务,按照

(1)事务中指明的方向传送数据;(3)状态信息回传,将状态信息从应

用设备传到主机。当端点成功地完成了被要求的操作时,回传的状态

信息为“SUCCESS”。USB设备必须实现缺省控制管道,并将它实现

成一个消息管道。这个管道由USB系统软件使用。USB设备的确认

信息、状态信息以及控制信息由该管道传递。如果需要的话,一个应

用设备可以为端点实现额外的控制管道。

同步(loschronous)传输类型是指在主机和设备之间的同步传输,

典型的应用于时间相关的连续的且具有固定速率的信息传输。这个

传送类型也保留封装在数据中的时间概念。同步传输能保证总线访

问和固定的数据传输率以支持CT工(ComputerTelephonynIte脚

tion)和音频系统等,它所需的带宽与所传输数据的采样率有关。在

非USB环境中,对于同步传输具有一般恒定速率的容错传输。在USB

环境中,对于请求同步传输类型的请求这应提供:在限定的时间内保

证访问USB的带宽;.在数据提供给管道的时间内,保证数据以恒定速

率通过管道;.由于错误引起的传送失败的情况,不重新进行数据传送。

中断(nIetmiPt)传输类型指小数据、非周期、低频率、限定的服务

周期的从设备开始的通信,应用于告知主机设备需要服务。中断传输

支持像游戏棒、鼠标和键盘之类的人机输入设备与主机的通信。这

些设备需不经常地传送少量随机数据,

如果事件告知信号、输入字符或坐标等,它们应以不低于USB设备所

量传输通常用于发送大量数据,而分配给批量传输的带宽必须保证可

以使用,不能被其它数据传输类型所占用。它是为打印机、扫描仪和

数码相机之类的设备设计的,当总线带宽变得有效时,这些设备传送

大量数据给主机。批量传输支持在高度可变的时间内需要相当大数

据量的数据的设备的通信。对这类传输的要求是:基于带宽有效来访

问uSB;因总线错误导致传送失败的情况将重新发送;保证数据的传

USB采用分块带宽分配方案,若外设超过当前带宽分配或潜在的

要求,则拒绝进入该设备。同步和中断传输类型的终端保留带宽,并

保证数据按一定的速率传送。集中和控制终端按可用的最佳带宽来

传输数据。但是,10%的带宽为批量处理和控制传送而保留,数据批量

传输仅在带宽满足要求的情况下才会出现。

本文来源：长沙业嘉电子科技有限公司。