【正文】 通過 USB 的電纜進行，然而，在上層的水 平層之間存在邏輯的主機 設(shè)備信息流。主機上的客戶軟件和設(shè)備功能部件之間的通信是基于實際的應(yīng)用需求及設(shè)備所能提供的能力。 客戶軟件與功能部件之間的透明通信的要求，決定主機和設(shè)備下層部件的功能以及它們的界面 (interface)，圖 25 描述了從主機角度看到的客戶軟件 應(yīng)用 客戶軟件 應(yīng)用 客戶軟件 應(yīng)用 客戶 USB 系統(tǒng) 主機控制器 功能部件 USB 設(shè)備 USB總線接口 邏輯的信息流 實際的信息流 它與設(shè)備的連接。 圖 25 主機通信圖 主機在整個 USB 系統(tǒng)中是唯一的，它包括如下幾個層次。 USB 總線接口 USB 系統(tǒng) (USB System) USB 客戶 (Client) 其中， USB 總線接口處理電氣及協(xié)議層的互連。從互連的角度看， USB設(shè)備和 USB 主機都提供類似的 USB 總線接口，如串行接口引擎。由于主機在 USB 系統(tǒng)中的特殊性， USB 主機上的總線接口還必須具備主機控制器的功能，主機控制器具有一個內(nèi)集成的集線器 (根集線器 )提供與 USB 電纜的連接。 USB 系統(tǒng)使用 主機控制器來管理主機與 USB 設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。 USB 系統(tǒng)與主機控制器之間的界面基于主機控制器的硬件特性。 USB 系統(tǒng)層相對于主機控制器而言，處理的是以客戶觀點見到的數(shù)據(jù)傳輸及客戶與設(shè)備的交互。這包括附加的 USB 信息，比如協(xié)議頭。 USB 系統(tǒng)還必須管理 USB 的系統(tǒng)資源，以使得客戶的訪問成為可能。 USB 系統(tǒng)有三個主要組成部份 : 主機控制器驅(qū)動 USB 驅(qū)動 主機軟件 主機控制器驅(qū)動的存在，方便地將各種不同的主機控制器實現(xiàn)映射到USB 系統(tǒng)，客戶可以不必知道設(shè)備到底接在哪個 主機控制器上就能同設(shè)備進行通信。 USB 驅(qū)動提供了基本的面向客戶的主機界面。在 HCD 與 USB 之間的接口稱為主機控制器驅(qū)動接口 (Host Controller Driver Interface 通道，代表相應(yīng)層之間連接的抽象 USB 系統(tǒng) 硬件定義 客戶（管理界面） 硬件定義 IRPS 配置信 息 USB 驅(qū)動器 主機軟件 主機控制器驅(qū)動 主機控制器 SIE 通道組（到某一接口） 標準通道（到缺省端口地址） USB 電纜 HCDI)。這層接口不能被客戶直接訪問，所以也不是由 USB 具體來完成的。一個典型的 HCDI 是由支撐各種不同主機控制器的操作系統(tǒng)來定義的。 USBD 提供 I/O 請求包 (I/O Request Packets)形式的數(shù)據(jù)傳輸，以某一特定通道來傳輸數(shù)據(jù)。另外， USBD 為它的客戶提供一個容易被支配及配置的抽象的設(shè)備。作為這 種抽象的一部份， USBD 擁有標準通道對設(shè)備進行一些標準的控制。這標準通道實現(xiàn)了 USBD 與抽象設(shè)備之間的邏輯通信。 (見圖 25) 在有些操作系統(tǒng)中，提供了額外的非 USB 系統(tǒng)軟件以支持設(shè)備的配置及設(shè)備驅(qū)動程序的加載。在這樣的操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)使用提供的主機軟件接口而不是直接訪問 USBDI。 客戶層描述的是直接與 USB 設(shè)備進行交互所需要的軟件包。當所有的設(shè)備都已連上系統(tǒng)時，這些客戶就可以直接通設(shè)備進行通信。一個客戶不能直接訪問設(shè)備的硬件。 總而言之，主機可提供如下的功能： 檢測 USB 設(shè)備 的連接與斷開。 管理主機與設(shè)備之間的標準控制流。 管理主機與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流。 收集狀態(tài)及一些活動的統(tǒng)計數(shù)字。 控制主機控制器與 USB設(shè)備的電氣接口，包括提供有限的能源。 USB驅(qū)動 (USBD) USBD 提供了供操作系統(tǒng)組件特別是設(shè)備驅(qū)動程序訪問設(shè)備的一組接口。這些操作系統(tǒng)組件只能通過 USBD 來訪問 USB。 USBD 的具體實現(xiàn)基于不同的操作系統(tǒng)。一個 USBD 可以訪問一個或多個 HCD，而一個 HCD 可能與一個或多個主機控制器相連。某些操作系統(tǒng)可能允許對 USBD 的 初始化進行一些設(shè)置。從客戶的觀點來看，與客戶進行通信的 USBD 管理著所有連接著的 USB 設(shè)備。 1. USBD 概況 USBD 的客戶直接命令設(shè)備或從通道直接輸入和輸出數(shù)據(jù)流。 USBD 為客戶提供兩組工具。命令工具和通道工具。 命令工具允許客戶配置和控制 USBD 操作同時配置及控制 USB 設(shè)備。命令工具提供了對設(shè)備標準通道的所有訪問。 通道工具允許 USBD 客戶管理特定設(shè)備的數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的傳輸。通道工具不允客戶直接訪問設(shè)備的標準通道。 圖 26給出了 USBD 的總體框架。 圖 26 USB 驅(qū)動結(jié)構(gòu) (1) USBD 初始化 具體的 USBD 初始化工作是與操作系統(tǒng)有關(guān)的。當 USB 系統(tǒng)初始化時，USB 的管理信息被創(chuàng)建，其中包括缺省地址設(shè)備及它的標準通道。 當一個設(shè)備連上 USB 時，它響應(yīng)特殊的缺省地址，直到他的唯一地址由主機給出。為了讓 USB 系統(tǒng)能與新的設(shè)備進行通信，設(shè)備在剛連上總線時，設(shè)備的卻省地址必須是可用的。在設(shè)備的初始化期間，設(shè)備的缺省地址被修改成一個唯一的地址。 (2) USBD 通道使用 通道是設(shè)備與主機的邏輯連結(jié)。一個通道由且僅由一個客戶所擁有 。雖然通道的基本屬性不因通道的擁有者而改變，但在兩類不同客戶所擁有的通道之間還存在一定的差異： 標準通道 他們由 USBD 擁有和管理。 其他的通道 它們由 USBD 的客戶擁有和管理。 雖然標準通道經(jīng)常用于完成一些客戶通過命令接口所傳遞的請求，但是它們不能由客戶直接訪問的。 (3) USBD 服務(wù)功能 USBD 提供如下種類的服務(wù)： 通過命令工具配置設(shè)備 通過命令工具及通道工具提供傳輸服務(wù) 事件通知 服務(wù) 通道接口 命令接口 信息和流通道 配置管理 設(shè)備數(shù)據(jù)訪問 總線設(shè)備管理 能量控制 主機控制器驅(qū)動 主機控制器驅(qū)動 主機控制器 主機控制器 狀態(tài)報告及錯誤恢復(fù) 2. USBD 命令工具功能 USBD 命令工具允許客戶訪問設(shè)備。通常，這些命令允許客戶以讀寫形式訪問某個設(shè)備數(shù)據(jù)及控制部份?？蛻粢龅膬H是提供設(shè)備的標識碼和相關(guān)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或空緩沖區(qū)指針。 USBD 命令傳輸時并不需要 USB 設(shè)備是已被配置好。 USBD 提供的設(shè)備配置設(shè)施大部分使用是用命令傳輸。 下面的是有關(guān)命令工具提供的功能： （ 1）接口狀態(tài)控制 USBD 客戶必須能夠設(shè)置具體的接口。接口狀態(tài)的改變使得所有與該接口相連的通道都進入新的狀態(tài)。另外接口的所有通道都能夠被重新設(shè)置或廢棄。 （ 2）通道狀態(tài)控制 USBD 通道 狀態(tài)由兩部份組成 主機狀態(tài)。 反映的端口狀態(tài)。 通道狀態(tài)值總是包含上述兩部份。 USBD 的客戶管理由 USBD 報告通道狀態(tài)，且客戶能夠與端口交互以改變它狀態(tài)。 （ 3）獲取描述碼 USBD 提供取得標準設(shè)備描述符，設(shè)備配置描述符，字串描述符和設(shè)備類或者廠商定義的描述符的功能。 （ 4）取得當前配置參數(shù) USBD 提供取得任何設(shè)備當前配置參數(shù)的描述符的功能。如果設(shè)備沒有被配置，則不返回描述符。當客戶請求為設(shè)備設(shè)置特定的參數(shù)時也返回當前配置的描述符。返回的配置信息中包括如下一些內(nèi) 容： 所有存放在設(shè)備上的配置描述符，包括接口的所有其他可替換配置。 返回接口的當前的配置的描述符。 接口當前配置中的某一端口 (一個接口可能具有多個端口 )的通道句柄。 接口當前配置中的某一端口的最大允許包長。 另外，對于任一通道， USBDI 必須提供返回該通道的當前正使用的最大包長的值的機制。 （ 5）增加設(shè)備 USBDI 必須提供某種機制以便于當增加新的設(shè)備的時候，集成器驅(qū)動器能通知 USBD 并能取得該新 USB 設(shè)備的 USBD 標識。 USBD 的任務(wù)包括分配設(shè)備地址并且為設(shè)備準備使 用的標準通道。 （ 6）設(shè)備斷開 USBDI 必須提供某種機制以便于集線器控制器通知 USBD 特定的設(shè)備已斷開。 （ 7）管理狀態(tài) USBDI必須提供取得和清除設(shè)備或接口或通道上與設(shè)備有關(guān)的狀態(tài)的功能。 （ 8）向設(shè)備發(fā)送與設(shè)備類有關(guān)的命令 USBD 的客戶，特別是特定類的和自適應(yīng)的驅(qū)動器使用 USBD 提供的該種機制向設(shè)備送出一個或多個設(shè)備類命令。 （ 9）向設(shè)備發(fā)送特殊的廠商定義的命令 客戶使用 USBDI 提供的該種機制向設(shè)備送出一到多個廠商定義的命令。 （ 10）更改接口配置 USBDI 必須提供更改特定接口配置的機制。修改了配置后，接口的新通道句柄替換了舊的通道句柄。在上述的請求執(zhí)行的過程中，接口必須是空閑的。 （ 11）創(chuàng)建設(shè)備配置 配置軟件向 USBD 提出進行設(shè)備配置的請求時提供一個包含配置信息的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 USBD 根據(jù)提供的配置信息為設(shè)備端口請求資源。如果所有的資源請求都得到滿足， USBD 設(shè)置設(shè)備配置參數(shù)，并且返回當前設(shè)備所有活躍態(tài)接口句柄和與該接口中的某一端口相連的通道句柄。接口的設(shè)置可使用缺省參數(shù)。 （ 12）設(shè)置描述符 對于支持該項行為的設(shè)備， USBDI允許升級設(shè) 備上的描述符或者增加新的描述符。 3. USBD通道設(shè)施 USBD 的通道設(shè)施使客戶與設(shè)備之間高速的低附加信息的數(shù)據(jù)傳輸成為可能。數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝阅苁峭ㄟ^將 USBD 的一部份通道管理任務(wù)轉(zhuǎn)交給客戶來實現(xiàn)的。所以通道設(shè)施比 USBD 命令設(shè)施所提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)更直接。通道設(shè)施不允許訪問設(shè)備的標準通道。 只有在 USB 及設(shè)備的配置都順利完成后，客戶才有可能進行 USBD 的通道傳輸。當設(shè)備被配置的時候 USBD 根據(jù)配置參數(shù)為設(shè)備的所有通道請求資源。當特定的接口或通道空閑的時候，客戶可以更改配置。 客戶為輸出的通 道提供一個滿的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并且在請求完成以后取得傳輸狀態(tài)信息?？蛻艨梢愿鶕?jù)返回的狀態(tài)信息判斷傳輸是否順利完成。 客戶為輸入通道提供空的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并且在請求完成以后得到一個具有數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)及傳輸?shù)臓顟B(tài)信息。客戶可根據(jù)該狀態(tài)信息判斷傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量及質(zhì)量。 根據(jù)所支持的數(shù)據(jù)傳輸類型， USBD共有四種通道類型 :控制傳 輸、同步數(shù)據(jù)傳輸、中斷傳輸、塊傳輸。 USB設(shè)備 USB 設(shè)備可被劃分三層： 底層是傳送和接收數(shù)據(jù)包的總線接口 中間層處理總線接口與不同端點之間的數(shù)據(jù)路由端節(jié)點是數(shù) 據(jù)的終結(jié)提供處或使用處，它可被看作數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)接收端 (Sink) 最上層的功能由串行總線設(shè)備提供，比如鼠標，或 ISDN 接口。 USB設(shè)備狀態(tài) USB設(shè)備有若干可能的狀態(tài)，其中一些對于 USB與主機 (host)來 說是外置的，而另外一些對 USB設(shè)備來說是內(nèi)置的，表 21描述的 就是這些外置狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。 表 21外呈 (可見 )的設(shè)備狀態(tài) 連接 加電 缺省 編址 配置 掛起 說 明 不 _ __ __ __ __ 設(shè)備尚未連接至接口 .其他特性無關(guān) 是 不 _ _ __ __ 設(shè)備已連接 至接口，但未加電 . 其他特性無關(guān) . 是 是 不 __ _ __ 設(shè)備已連接至接口，并且已加電 .但尚未被復(fù)位 . 是 是 是 不 __ __ 設(shè)備已連接至接口，已加電 . 并被復(fù)位 . 但尚未分配地址 .設(shè)備在缺省地址處可尋址 . 是 是 是 是 不 _ 設(shè)備已連接至接口，已加電 . 并被復(fù)位 .且分配了唯一地址 .尚未被配置 . 是 是 是 是 是 不 設(shè)備已連接至接口，已加電 . 并被復(fù)位 .且分配了唯一地址，并被配置 .設(shè)備功能可被使用 . 是 是 __ __ __ 是 設(shè)備在至少 3 毫秒以內(nèi)探測不