【正文】 第十章 USB主機：硬件與軟件 USB的互連支持數(shù)據(jù)在 USB主機與 USB設備之間的流動。這一章主要講述為了簡化主機上的 客戶軟件 (Software client)與設備的功能部件 (function)之間的通信而必須的主機接口 (host interface)。在本章中所涉及的具體實現(xiàn)部份并不是必要的，這些實現(xiàn)部份是作為例子來闡述在響應 USB 設備請求時的主機系統(tǒng)的行為。只要 USB 設備并不感覺到主機行為的改變， USB主機完全可以提供一個不同的軟件系統(tǒng) 實現(xiàn)方法。 USB 主機概況 概論 圖 101展示了 USB通信模型之間基本的信息流與互連關(guān)系： 邏輯的信息流 實際的信息流 圖 101通信 模型 層次 關(guān)系 圖 由圖 101可見，主機與設備都被劃分成不同的層次。主機上垂直的箭頭是實際的信息流。設備上對應的接口是基于不同實現(xiàn)的。在主機 與設備之間的所有通信最終都是通過 USB的電纜進行，然而，在上層的水平層之間存在邏輯的主機 — 設備信息流。主機上的客戶軟件和設備功能部件之間的通信是基于實際的應用需求及設備所能提供的能力。 客戶軟件與功能部件之間的透明通信的要求，決定主機和設備下層部件的功能以及它們的界面 (interface) 這一章從主機的角度來描述上述的通信模型，圖 102描述了從主機角度看到的它與設備的連接。 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 (詳見第 7章及第 8章 )。從互連的角度看，USB設備和 USB主機都提供類似的 USB總線接口，如串行接口引擎 (Serial Interface Engine SIE)。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 (Host Controller)，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) (USB System)使用主機控制器來管理 主機與 USB設備的數(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)傳輸及客戶與設備的交互。 這包括附加的 USB 信息 ，比如協(xié)客戶 USB 系統(tǒng) 主機控制器 功能部件 USB 設備 USB總線接口 議 頭 (Protocol Wrappers)。 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。 通道 組 （ 到 某 一 接口 ） IRPS 配置 信息 標準 通道 （ 到 缺省 端 口 地址 ） 硬件 定義 USB 電纜 通道 ， 代表 相應 層 之間 連接 的 抽 象 圖 102 主機 通信 圖 USB系統(tǒng)有三個主要組成部份 : 主機控制器驅(qū)動（ Host Controller Driver） USB驅(qū)動 (USB Driver) 主機軟件 (host software) 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備到底接在哪個主機控制器上就能同設備進行通信。 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 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備。作為這種抽象的一部份， USBD擁有標準通道 (參見第 5 章及第 9 章 )對設備進行一些標準的控制。這標準通道實現(xiàn)了 USBD與抽象設備之間的邏輯通信。 (見圖 102) 在有些操作系統(tǒng)中，提供了額外的非 USB 系統(tǒng)軟件以支持設備的配置及 設備驅(qū)動程序的加載。在這樣的操作系統(tǒng)中，設備驅(qū)動程序應使用提供的主機軟件接口而不是直接訪問 客戶 （ 管理界面 ） USB 系統(tǒng) （管理通道） USB 驅(qū)動器 主機軟件 主機控制 器 驅(qū)動 硬件 定義 USB 總線 接口 主機控制器 SIE USBDI。 客戶層描述的是直接與 USB 設備進行交互所需要的軟件包。當所有的設備都已連上系統(tǒng)時，這些客戶就可以直接通設備進行通信。一個客戶不能直接訪問設備的硬件。 該言之，主機可提供如下的功能 檢測 USB設備的連接與斷開。 管理主機與設備之間的標準控制流。 管理主機與設備之間的數(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設備的電氣接口，包括提供有限的 能源。 在下面的章節(jié)中，我們將較細的闡述 USBDI 所能提供的功能。對于特定的主機平臺與操作系統(tǒng)下的實現(xiàn)接口請參照相關(guān)的操作系統(tǒng)手冊。 所有的集線器都通過狀態(tài)改變通道報告它的狀態(tài)的改變，其中包括設備的連上與斷開等。 USBD的一類特殊客戶即：集線器驅(qū)動器擁有這些狀態(tài)改變通道，接收這些狀態(tài)的改變。對于像設備連結(jié)這種狀態(tài)改變，集線器驅(qū)動器將加載設備的驅(qū)動程序。在有些系統(tǒng)中，這種集線器驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)提供的主機軟件的一部份，它用來管理設備。 10． 控制信號可通過帶內(nèi)信號（ inbandsingling）及帶外信號 (outofbardsignaling)兩種方式在主機與設備之間傳輸。帶內(nèi)信號將控制信息及數(shù)據(jù)信息混在一起用同一通道傳輸，以至于主機根本就沒有覺察到。而外帶信號是通過單獨的通道進行傳輸。 任何一個已連接的設備都有一個標準的信息通道，即標準通道。這個主機與設備之間的邏輯的連接用于傳輸 USB 的標準控制信息，比如對設備的配置信息等。這些標準通道 為USB的 設備 提供 了 標準 的 接口， 它也可以用來進行基于特定設備 而 不同 的 通信 ， 這些 通信 由擁有所有這些通道的 USBD作媒介 。 一些特定的設備可 能允許使用額外的信息通道來傳輸特定設備的控制信息。這些額外的信息通道與標準通道使用同樣的協(xié)議，但是傳遞的信息是基于特定的設備的，也不是由USB具體標準化的。 USBD 支持和它的客戶共享使用標準通道，它 還 提供 給 客戶 與 設備相連的其它控制通道的訪問。 數(shù)據(jù)流 主機控制器在主機與 USB設備之間傳遞數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被看作連續(xù)的字節(jié)流。 USB支持4種形式的數(shù)據(jù)傳輸 控制傳輸。 同步傳輸。 中斷傳輸。 塊傳輸。 有關(guān)于傳輸方式的額外信息請參見第 5章 每 個設備具有一到多個界面以用于客戶與設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。每個接口由一到多個在客戶及設備端點之間獨立傳輸?shù)耐ǖ澜M成。 USBD 根據(jù)主機軟件的請求來初始化這些通道和接口。 當這些配置請求提出后，主機控制器 將 基于主機軟件所提供的參數(shù)來提供服務 。 每個通道基于數(shù)據(jù)傳輸模式和請求的有如下幾個特性： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率。 數(shù)據(jù)是以恒定速率提供還是隨機出現(xiàn)的。 在數(shù)據(jù)傳輸前可延遲的時間。 在傳輸過程中數(shù)據(jù)的丟失是否是具有災難性。 USB設備的端口描述了與之相連接的通道的特性。 USB設 備端口的特性的具體描述可參照第 9章。 收集狀態(tài)及活動統(tǒng)計數(shù)據(jù) 作為普通的為所有主機與設備之間的控制流與數(shù)據(jù)流服務的 USB 系統(tǒng)與主機控制器，一直處于隨時接收狀態(tài)變化及活動信息的狀態(tài)，以使軟件能及時接收并處理這些狀態(tài)的變化。這里并不具體講述需要被跟蹤的狀態(tài)信息及這些狀態(tài)信息的特殊的格式。 電氣接口因素 主機為連在集線器上的 USB 設備提供能量。一個集線器口所能提供的能量具體值在第七章有詳細說明。 主機控制器功能 在所有的實現(xiàn)中，主機控制器