【文章內(nèi)容簡介】 到總線活動(dòng)，自 動(dòng)進(jìn)如掛起 .設(shè)備功能不可用 . 通用 USB設(shè)備操作 所有的 USB 設(shè)備支持通用的操作集，下面簡要地描述這些操 1. 動(dòng)態(tài)插接與拔開 USB 設(shè)備必須在任意時(shí)刻允許被插接與拔開。提供連接點(diǎn)或端口的集線器應(yīng)當(dāng)負(fù)責(zé)匯報(bào)端口的狀態(tài)改變情況。 當(dāng)主機(jī)探測(cè)到連接操作后，會(huì)使得所連的集線器端口生效，設(shè)備也會(huì)因此而復(fù)位，一個(gè)被復(fù)位了的 USB 設(shè)備有如下特性： 對(duì)缺省 USB 地址發(fā)生響應(yīng) 沒有被配置 初始狀態(tài)不是掛起 當(dāng)設(shè)備從一個(gè)集線器端口移去時(shí)，集線器會(huì)使得原來連 接的端口失效，并且通知主機(jī)設(shè)備已移去。 2. 地址分配 當(dāng) USB 設(shè)備連接以后，由主機(jī)負(fù)責(zé)給此設(shè)備分配一個(gè)唯一的地址，這個(gè)操作是在設(shè)備復(fù)位及端口使能操作以后。 3. 配置 USB 設(shè)備在正常被使用以前，必須被配置，由主機(jī)負(fù)責(zé)配置設(shè)備。主機(jī)一般會(huì)從 USB 設(shè)備獲取配置信息后再準(zhǔn)定此設(shè)備有哪些功能。 作為配置操作的一部分，主機(jī)會(huì)設(shè)置設(shè)備的配置值，并且，如果必要的話會(huì)選擇合適的接口的備選設(shè)置。 只須一個(gè)簡單配置，一個(gè)設(shè)備可能支持多重接口。一個(gè)接口是一組端結(jié)點(diǎn)集合，它們代表了設(shè)備向主機(jī)提 供的單一的功能或特性，用來與這組相關(guān)端結(jié)點(diǎn)通信的協(xié)議以及接口內(nèi)各端結(jié)點(diǎn)的目的可以作為一個(gè)設(shè)備類的一部分或者由廠商制定具體定義。 另外，一個(gè)配置中的結(jié)口可能有備選設(shè)置。這些備選設(shè)置會(huì)重定義相關(guān)端結(jié)點(diǎn)的數(shù)目或特性。如果是這樣的話，設(shè)備必須支持 GetInterface(接口請(qǐng)求 )與 Set Interface(接口設(shè)置 )請(qǐng)求，來匯報(bào)及選擇指定的接口的設(shè)備選設(shè)置。 4. 數(shù)據(jù)傳送 數(shù)據(jù)可能以四種方式在 USB 設(shè)備端結(jié)點(diǎn)與主機(jī)之間傳送。四種傳送方式參見第五章。在不同設(shè)置下，一個(gè)終端結(jié)點(diǎn)可能被用于不同的傳 輸方式，但一旦設(shè)置選定，傳送方式就選定了。 5. 電源管理 USB 總線電源是一個(gè)有限的資源，在設(shè)備標(biāo)識(shí)階段，主機(jī)估測(cè)電源的需求。如果電源的需求量超過 USB 總線所能提供的電量，主機(jī)軟件則不能選擇那個(gè)配置。 USB 設(shè)備應(yīng)將電源需求量限制在一個(gè)單元以下，直到被配置。中止 (掛起 )的設(shè)備，不管是否已經(jīng)配置過了，應(yīng)將總線耗電降到第 7 章定義的標(biāo)準(zhǔn)以下。視接到設(shè)備的端口電源負(fù)載能力而定， USB 設(shè)備在配置了以后可從 VBus 汲取達(dá) 5個(gè)單元的電量。遠(yuǎn)程喚醒能力參許一個(gè)被掛起的 USB 設(shè)備發(fā)達(dá)信號(hào)給處于掛起狀態(tài)的主機(jī) 。這個(gè)信號(hào)會(huì)使得主機(jī)醒來，處理觸發(fā)事件。 USB 設(shè)備通過配置描述來向主機(jī)匯報(bào)其遠(yuǎn)程喚醒的能力。 USB 設(shè)備的遠(yuǎn)程喚醒能力應(yīng)能被禁止的。 6. 請(qǐng)求處理 除 SetAddress( )請(qǐng)求以外，在安裝完成返回 ACK 信號(hào)以后，設(shè)備就開始處理請(qǐng)求。在某一狀態(tài)成功結(jié)束以前，設(shè)備應(yīng)當(dāng)“完成”對(duì)請(qǐng)求的處理。許多請(qǐng)求費(fèi)時(shí)較多，像這樣的請(qǐng)求，該設(shè)備類應(yīng)定義一個(gè)方法而不是等待交換狀態(tài)信息階段的結(jié)束來表示該操作已經(jīng)完成。像這樣的操作有：集線器端口的復(fù)位至少需 10ms 來完成。當(dāng)端口復(fù)位產(chǎn)生時(shí)，SetPortFeature(PORTRESET)請(qǐng)求就結(jié)束了。當(dāng)端口狀態(tài)改變并表明此端口已經(jīng)生效時(shí)，一個(gè)信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生表明復(fù)位信號(hào)已經(jīng)結(jié)束。這種技術(shù)可以防止當(dāng)主機(jī)知道某一個(gè)請(qǐng)求費(fèi)時(shí)較長的情況一直探測(cè)此請(qǐng)求是否已完成。 7. 請(qǐng)求錯(cuò)誤 如果一設(shè)備收到一個(gè)請(qǐng)求，它或是在設(shè)備中無定義，或是不適用于當(dāng)前設(shè)置，或是數(shù)值不對(duì)，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)請(qǐng)求錯(cuò)誤。設(shè)備在下一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸階段或狀態(tài)交換階段返回一個(gè)表明錯(cuò)誤的 STALL PID信號(hào)，一般在下一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸返回更好，這樣可減少不必要的總線活動(dòng)。 USB設(shè)備請(qǐng)求 所有的 USB設(shè)備在“設(shè)備的缺省控 制通道 ”處對(duì)主機(jī)的請(qǐng)求發(fā)出響應(yīng)。這些請(qǐng)求是通過使用控制傳輸來 達(dá)到的，請(qǐng)求及請(qǐng)求的參數(shù)通過 Setup包發(fā)向設(shè)備，由主機(jī)負(fù)責(zé)設(shè)置 Setup包內(nèi)的每個(gè)域的值。每個(gè) Setup包有 8個(gè)字節(jié)。見表 22。 表 22 Setup數(shù)據(jù)包的格式 偏移量 域 大小 值 描述 0 bmRequestType 1 位圖 請(qǐng)求特征 : D7: 傳輸方向 0=主機(jī)至設(shè)備 1=設(shè)備至主機(jī) D6..5: 種類 0=標(biāo)準(zhǔn) 1=類 2=廠商 3=保留 D4..0: 接受者 0=設(shè)備 1=接口 2=端點(diǎn) 3=其 他 4..31=保留 1 bRequest 1 值 具體請(qǐng)求 2 wValue 2 值 字長域，根據(jù)不同的請(qǐng)求含義改變 . 4 wIndex 2 索引或偏移 字長域，根據(jù)不同的請(qǐng)求含義改變 .典型用于傳送索引或偏移 . 6 wLength 2 如有數(shù)據(jù)傳送階段，此為數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) . USB的物理層 USB的物理接口包括電氣特性和機(jī)械特性。 USB通過一個(gè)四線電纜來傳輸信號(hào)與電源如圖 27所示。 圖 27 USB電纜定義 其中 D+和 D是一對(duì)差模的信號(hào)線而 VBus和 GND則提供了 5V的電源它可以給一些設(shè)備 (包括 Hub)供電當(dāng)然要有一定的條件限制。 12Mb的高速模式，另一種是，這兩種模式可以同時(shí)存在于一個(gè) USB系統(tǒng)中。而引入低速模式主要是為了降低要求不高的設(shè)備的成本，比如鼠標(biāo)、鍵盤等等。 USB信號(hào)線在高速模式下必須使用帶有屏蔽的雙絞線，而且最長不能超過 5m。而在低速模式時(shí)中可以使用不帶屏蔽或不是雙絞的線，但最長不能超過 30m。這主要是由于信號(hào)衰減的限制，為了提供信號(hào)電壓保證以及與終端負(fù)載相匹配，在電纜的每一端都使用了不平衡的終端負(fù)載，這 種終端負(fù)載也保證了能夠檢測(cè)外設(shè)與端口的連接或分離，并且可以區(qū)分高速與低速設(shè)備。 所有的設(shè)備都有上行的接口，上行和下行的接頭是不能互換的，這保證了不會(huì)有非法的連接出現(xiàn)。插頭與插座有兩個(gè)系列分別為 A和 B系列， A用于基本固定的外圍設(shè)備，而系列 B用于經(jīng)常拔插的設(shè)備，這兩個(gè)系列是不能互換的。 USB 數(shù)據(jù)流 從邏輯上講 USB數(shù)據(jù)的傳輸是通過管道進(jìn)行的。圖 26描述了 USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。 USB系統(tǒng)軟件通過缺省管道 (與端點(diǎn) 0相對(duì)應(yīng) )管理設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過其它的管道來管理設(shè)備的功能接口。實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸過程是這樣的：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過對(duì) USBD接口 (USB driver interface)的調(diào)用發(fā)出輸入輸出請(qǐng)求 (IRP I/O Request Packet)； USB驅(qū)動(dòng)程序接到請(qǐng)求后，調(diào)用 HCD接口 (host controller driver interface)，將 IRP轉(zhuǎn)化為 USB的傳輸，一個(gè) IRP可以包含一個(gè)或多個(gè) USB傳輸；然后 HCD將 USB傳輸分解為總線操作，由主控制器以包的形式發(fā)出。需要注意的是所有的數(shù)據(jù)傳輸都是由主機(jī)開始的，任何外設(shè)都無權(quán)開始一個(gè)傳輸。 IRP是由操作系統(tǒng)定義的，而 USB傳輸與總 線操作是 USB規(guī)范定義的。為了進(jìn)一步說明 USB傳輸，我們引出幀 (frame)的概念。 幀 ： USB總線將 1ms定義為一幀，每幀以一個(gè) SOF包為起始，在這 1ms里， USB進(jìn)行一系列的總線操作。引入幀的概念主要是為了支持與時(shí)間有關(guān)的總線操作。為了滿足不同外設(shè)和用戶的要求， USB 提供了四種傳輸方式：控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸、批傳輸。它們?cè)跀?shù)據(jù)格式、傳輸方向、數(shù)據(jù)包容量限制、總線訪問限制等方面有著各自不同的特征。 控制傳輸 (Control Transfer) 1. 通常用于配置 /命令 /狀態(tài)等情形； 2. 其中的 設(shè)置操作 (setup)和狀態(tài)操作 (status)的數(shù)據(jù)包，具有 USB定義的結(jié)構(gòu)，因此控制傳輸只能通過消息管道進(jìn)行； 3. 支持雙向傳輸； 主機(jī) 連接 物理設(shè)備 到一個(gè)接 口的通道 束 與接口 無 緩沖 沒有 USB 有關(guān) USB 格式 格式 到 0 號(hào)端點(diǎn)的 缺省通道 事務(wù) USB 幀格式 每個(gè)端 USB幀 的數(shù)據(jù) 點(diǎn)的數(shù) 結(jié)構(gòu)的 據(jù) 數(shù)據(jù) USB 主機(jī) USB線路 機(jī) 械的， 通道：兩個(gè)水平實(shí)體之間連接 電氣的， 的抽象。 數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制 被傳遞的數(shù)據(jù) 圖 28 USB 數(shù)據(jù)流 4. 對(duì)于高速設(shè)備允許數(shù)據(jù)包最大容量為 8， 16， 32或 64字節(jié)，對(duì)于低速設(shè)備只有 8 字節(jié)一種選擇； 5. 端點(diǎn)不能指定總線訪問的頻率和占用總線的時(shí)間， USB系統(tǒng)軟件會(huì)USB 設(shè)備 Client SW 管理一個(gè)接口 USB System SW 管理設(shè)備 USB USB 幀格式 接口 的數(shù)據(jù) 事務(wù) 主機(jī)控制器 SIE 應(yīng)用 接口的集合 接口X USB 邏輯設(shè) 備 端點(diǎn)的集合 端點(diǎn)0 USB 總線接口 SIE 做出限制； 6. 具有數(shù)據(jù)傳輸保證，在必要時(shí)可以重試。 同步傳輸 (Isochronous Transfer) 1. 是一種周期的連續(xù)的傳輸方式，通常用于與時(shí)間有密切關(guān)系的信息的傳輸； 2. 數(shù)據(jù)沒有 USB 定義的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流管道； 3. 單向傳輸，如果一個(gè)外設(shè)需要雙向傳輸，則必須使用另一個(gè)端點(diǎn)； 4. 只能用于高速設(shè)備，數(shù)據(jù)包的最大容量可以從 0到 1023個(gè)字節(jié)； 5. 具有帶寬保證，并且保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎愣ǎ總€(gè)同步管道每幀傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包； 6. 沒有數(shù)據(jù)重發(fā)機(jī)制要求，具有一定的容錯(cuò)性； 7. 與中斷方式一起占用總線的時(shí)間不得超過一幀的 90%。 中斷傳輸 (Interrupt Transfer) 1. 用于非周期的自然發(fā)生的數(shù)據(jù)量很小的信息的傳輸，如鍵盤、鼠標(biāo)等； 2. 數(shù)據(jù)沒有 USB 定義的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流管道； 3. 只有輸入這一種傳輸方式，即外設(shè)到主機(jī)； 4. 對(duì)于高速設(shè)備允許數(shù)據(jù)包，最大容量為小于或等于 64字節(jié)，對(duì)于低速設(shè)備只能小于或等于 8字節(jié)； 5. 具有最大服務(wù)周期保證，即在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保證有一次數(shù)據(jù)傳輸； 6. 與同步方式一起占用總線的時(shí)間不得超過一幀的 90%； 7. 具有數(shù)據(jù)傳輸保證，在必要時(shí)可以重試。 批傳輸 (Bulk Transfer) 1. 用于大量的對(duì)時(shí)間沒有要求的數(shù) 據(jù)傳輸； 2. 數(shù)據(jù)沒有 USB 定義的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流管道； 3. 單向傳輸，如果一個(gè)外設(shè)需要雙向傳輸，則必須使用另一個(gè)端點(diǎn)； 4. 只能用于高速設(shè)備，允許數(shù)據(jù)包最大容量為 8， 16， 32或 64字節(jié)； 5. 沒有帶寬的保證，只要有總線空閑就允許傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)先級(jí)小，于控制傳輸； 6. 具有數(shù)據(jù)傳輸保證，在必要時(shí)可以重試 ， 以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 圖 27 描述了輸入輸出請(qǐng)求 IRP傳輸與操作之間的關(guān)系。