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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-基于linux系統(tǒng)下usb鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)(編輯修改稿)

2024-12-22 18:29 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采用超寬帶技術(shù)進(jìn)行通信。目前無(wú)線局域網(wǎng)的 協(xié)議采用位于 附近的一小段頻帶進(jìn)行 通信,而超寬帶技術(shù)則采用從 到 的頻帶進(jìn)行通信。超寬帶的信號(hào)水平足夠低,因此對(duì)于其他無(wú)線通信技術(shù)來(lái)說(shuō),超寬帶信號(hào)的影響類似于噪聲。 USB 接口類型 圖 1 USB接口類型 Mini 型(公口)、 Mini 型(母口)、 Mini 型 USB B 型、 USB A 型(母口)、 USB A型(公口) 標(biāo)準(zhǔn) USB 接口標(biāo)準(zhǔn) USB 連接器觸點(diǎn) 觸點(diǎn) 功能(主機(jī)) 功能(設(shè)備) 1 VBUS (- V) VBUS (- V) 2 D D 3 D+ D+ 4 接地 接地 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 USB簡(jiǎn)介 5 USB 信號(hào)使用分別標(biāo)記為 D+ 和 D 的 雙絞線 傳輸,它們各自使用 半雙工 的差分信號(hào) 并協(xié)同工作,以抵消長(zhǎng)導(dǎo)線的電磁干擾。 規(guī)范 技術(shù)規(guī)范是有由 Compaq、 Hewlett Packard、 Intel、 Lucent、 Microsoft、NEC、 Philips 共同制定、發(fā)布的,規(guī)范把外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸速度提高到了 480Mbps,是USB 設(shè)備的 40 倍!但按照原定計(jì)劃新的 USB 標(biāo)準(zhǔn)只是準(zhǔn)備把這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定在240Mbps,后來(lái),經(jīng)過(guò)努力將它提高到了 480Mbps。 由于當(dāng)時(shí)制訂的標(biāo)準(zhǔn)有了變化, USB 規(guī)范就產(chǎn)生了三種速度選擇: 480Mbps、12Mbps、 。 而 2020 年 6 月份,當(dāng) 標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始逐漸深入人心之后, USB協(xié)會(huì)重新命名了 USB 的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。 重新命名了 USB 標(biāo)準(zhǔn)將原先的 USB 改成了 USB Full Speed(全速版),同時(shí)將原有的 USB 改成了 USB HighSpeed(高速版),并同時(shí)公布了新的標(biāo)識(shí)。 USB 支持的操作系統(tǒng): Microsoft Windows 7 、 Microsoft Windows Server 20 Microsoft Windows vista、 Microsoft Windows Server 2020 、 Microsoft WindowsXP(所有版本) 、 Microsoft Windows 20 Microsoft Windows 98SE 、Microsoft Windows Me 。 USB 簡(jiǎn)介 英特爾公司( Intel)和業(yè)界領(lǐng)先的公司一起攜手組建了 USB 推廣組,旨在開(kāi)發(fā)速度超過(guò)當(dāng)今 10 倍的超高效 USB 互聯(lián)技術(shù)。該技術(shù)是由英特爾,以及惠普( HP)、NEC、 NXP 半導(dǎo)體以及德州儀器( Texas Instruments)等公司共同開(kāi)發(fā)的,應(yīng) 用領(lǐng)域包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、消費(fèi)及移動(dòng)類產(chǎn)品的快速同步即時(shí)傳輸。隨著數(shù)字媒體的日益普及以及傳輸文件的不斷增大 —— 甚至超過(guò) 25GB,快速同步即時(shí)傳輸已經(jīng)成為必要的性能需求。 USB 具有后向兼容標(biāo)準(zhǔn),并兼具傳統(tǒng) USB 技術(shù)的易用性和即插即用功能。該技術(shù)的目標(biāo)是推出比目前連接水平快 10 倍以上的產(chǎn)品,采用與有線 USB 相同的架構(gòu)。除對(duì) USB 規(guī)格進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)更低的能耗和更高的協(xié)議效率之外, USB 的端口和線纜能夠?qū)崿F(xiàn)向后兼容,以及支持未來(lái)的光纖傳輸。 USB 基于半雙工二線制總線,只能提 供單向數(shù)據(jù)流傳輸,而 USB 采用了對(duì)偶單純形四線制差分信號(hào)線,故而支持雙向并發(fā)數(shù)據(jù)流傳輸,這也是新規(guī)范速度猛東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 USB簡(jiǎn)介 6 增的關(guān)鍵原因。 除此之外, USB 還引入了新的電源管理機(jī)制,支持待機(jī)、休眠和暫停等狀態(tài)。 USB 在實(shí)際設(shè)備應(yīng)用中將被稱為 “USB SuperSpeed” ,順應(yīng)此前的 USB FullSpeed 和 USB HighSpeed。 圖 2 USB 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 三 章 USB系統(tǒng)架構(gòu)與協(xié)議 7 第三章 USB 系統(tǒng)架構(gòu)與協(xié)議 USB 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖 3 USB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) a 每個(gè) USB 系統(tǒng)都有一個(gè)主控制器( Host),該( Host)主控器和一個(gè)根集線器作為一個(gè)整體。 USB 主控器在 USB 系統(tǒng)中 USB 主控器負(fù)責(zé)主機(jī)與設(shè)備之間的電氣和協(xié)議層得互聯(lián)。 USB主控器的常規(guī)規(guī)格有 OHCI、 UHCI、 EHCI。 OHCI即 Open Host Controller Interface,開(kāi)放式主機(jī)控制接口協(xié)議 。 EHCI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)成為實(shí)現(xiàn)新的高速 USB 協(xié)議的芯片提供支持。 OHCI驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)為非 PC 系統(tǒng)上的(以及帶有 SiS 和 ALi 芯片組的 PC 主板上的) USB 芯片提供支持。 UHCI驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)為大多數(shù)其它 PC 主板(包括 Intel 和 Via)上的 USB 實(shí)現(xiàn)提供支持。 一個(gè) USB HOST 最多可以同時(shí)支持 128 個(gè)地址,地址 0 作為默認(rèn)地址,只在設(shè)備枚舉期間臨時(shí)使 用,而不能被分配給 任何一個(gè)設(shè)備,因此一個(gè) USB HOST 最多可以同時(shí)支持 127 個(gè)地址,如果一個(gè)設(shè) 備只占用一個(gè)地址,那么可最多支持 127 個(gè) USB 設(shè)備。在實(shí)際的 USB 體系中,如果要連接 127 個(gè) USB 設(shè)備,必須要使用 USB HUB,而 USB HUB 也是需要占用地址的,所以實(shí)際可支持的 USB 功能設(shè)備的數(shù)量將小于 127。 USB 體系采用分層的星型拓?fù)鋪?lái)連接所有 USB 設(shè)備,如下圖所示: 主機(jī) 根集線器 根集線器 根集線器 集線器 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 三 章 USB系統(tǒng)架構(gòu)與協(xié)議 8 圖 4 USB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) b 以 HOSTROOT HUB 為起點(diǎn) ,最多支持 7層( Tier), 也就是任何一 個(gè) USB 系統(tǒng)中最多可以允許 5 個(gè) USB HUB 級(jí)聯(lián)。一個(gè)復(fù)合設(shè)備( Compound Device) 將同時(shí)占據(jù)兩層或更多的層。 ROOT HUB 是一個(gè)特殊的 USB HUB, 它集成在主機(jī)控制器里,不占用地址。 ROOT HUB 不但實(shí)現(xiàn)了普通 USB HUB 的功能,還包括其他一些功能。 USB 設(shè)備邏輯結(jié)構(gòu) 圖 5 USB設(shè)備邏輯結(jié)構(gòu) 在 USB 協(xié)議中接口由多個(gè)端點(diǎn)組成,代表一個(gè)基本的功能,是 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序控制的對(duì)象。如:配置一:音頻(接 口) +旋鈕(接口) ; 配置二:音頻(接口) +旋鈕(接口) +視頻(接口) 。 設(shè)備端點(diǎn)是 USB 設(shè)備中的唯一可尋址部分,它位于 USB 設(shè)備或主機(jī)上的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū),用來(lái)存放和發(fā)送 USB 各種數(shù)據(jù),主機(jī)和設(shè)備的通信的最終作用于設(shè)備的各個(gè)端點(diǎn)。 USB 設(shè)備有一個(gè)唯一的地址,在設(shè)備連接上主機(jī)時(shí),由主機(jī)分配,而設(shè)備終的每一個(gè)端點(diǎn)在設(shè)備內(nèi)部有唯一的端點(diǎn)號(hào),給端點(diǎn)號(hào)是設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)給定的。每個(gè)設(shè)備必設(shè)備描述符 配置 0 配置 n 接口 0 接口 0 接口 1 端點(diǎn) 0 端點(diǎn) 1 端點(diǎn) 0 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 三 章 USB系統(tǒng)架構(gòu)與協(xié)議 9 有端點(diǎn) 0,它用于設(shè)備枚舉和對(duì)設(shè)備進(jìn)行一些基本的控制功能。 USB 描述符 在每個(gè) PCI 設(shè)備中都有一組固定格式的寄存器,稱之為 PCI 寄存 器,通過(guò)訪問(wèn)這組寄存器,主機(jī)能獲得 PCI 設(shè)備的信息。同樣, USB 內(nèi)部,同樣也包含了類似于 PCI配置寄存器,這樣的固定格式的數(shù)據(jù),通過(guò)這些數(shù)據(jù),主機(jī)可以獲取 USB 設(shè)備的類型、生產(chǎn)廠商等信息。 標(biāo)準(zhǔn) USB設(shè)備有 5鐘 USB 描述符:設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、字符串描述符。一個(gè) USB 設(shè)備只有一個(gè)設(shè)備描述符,一個(gè)設(shè)備描述符可以包含多個(gè)配置描述符,一個(gè)配置描述符可以包含多個(gè)接口描述符,一個(gè)接口使用幾個(gè)端點(diǎn)就有幾個(gè)端點(diǎn)描述符。 USB 數(shù)據(jù)傳輸方式 USB 采用輪詢的廣播機(jī)制傳輸數(shù)據(jù),所有的傳輸都由主機(jī)發(fā)起 ,任何時(shí)刻整個(gè) USB 體系內(nèi)僅允許一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸,即不同物理傳輸線上看到的數(shù)據(jù)包都是同一被廣播的數(shù)據(jù)包。 USB 采用“令牌包” “數(shù)據(jù)包” “握手包”的傳輸機(jī)制,在令牌包中指定數(shù)據(jù)包去向或者來(lái)源的設(shè)備地址和端點(diǎn)( Endpoint),從而保證了只有一個(gè)設(shè)備對(duì)被廣播的數(shù)據(jù)包 /令牌包作出響應(yīng)。握手包表示了傳輸?shù)某晒εc否。 圖 6 USB傳輸方式分析 一個(gè)傳輸有一個(gè)或多個(gè)事務(wù)( transaction)構(gòu)成。事務(wù)可分為 IN 事務(wù)、 OUT 事東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 三 章 USB系統(tǒng)架構(gòu)與協(xié)議 10 務(wù), Setup 事務(wù)。一個(gè)事務(wù)由一個(gè)或多個(gè)包( packet)構(gòu)成。包又可分為 令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包、特殊包。一個(gè)包由多個(gè)域構(gòu)成:同步域( SYNC)、標(biāo)示域( PID)、地址域 (ADDR)、端點(diǎn)域 (ENDP)、幀號(hào)域 (FRAM)、數(shù)據(jù)域 (DATA)、校驗(yàn)域 (CRC)。 數(shù)據(jù)包是 USB 總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝唬? SYNC、數(shù)據(jù)及 EOP 三個(gè)部分。其中數(shù)據(jù)的格式針對(duì)不同的包有不同的格式。但都以 8 位的 PID 開(kāi)始。 PID 指定了數(shù)據(jù)包的類型(共 16 種)。令牌包即指 PID 為 IN/OUT/SETUP 的包。 端點(diǎn)( Endpoint)是 USB 設(shè)備中的可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的最小單元 ,支持單向或者雙向的數(shù)據(jù)傳 輸。設(shè)備支持端點(diǎn)的數(shù)量是有限制的,除默認(rèn)端點(diǎn)外低速設(shè)備最多支持 2 組端點(diǎn)( 2 個(gè)輸入, 2 個(gè)輸出),高速和全速設(shè)備最多支持 15 組端點(diǎn)。 管道( Pipe)是主機(jī)和設(shè)備端點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪P停灿袃煞N類型的管道:無(wú)格式的 流管道( Stream Pipe)和有格式的信息管道( Message Pipe)。任何 USB 設(shè)備一旦上電就存 在一個(gè)信息管道,即默認(rèn)的控制管道, USB 主機(jī)通過(guò)該管道來(lái)獲取設(shè)備的描述、配置、狀 態(tài),并對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置。 USB 設(shè)備連接到 HOST 時(shí), HOST 必須通過(guò)默認(rèn)的控制管道對(duì)其進(jìn)行枚舉,完成獲得 其設(shè)備描述、進(jìn)行地址分配、獲得其配置描述、進(jìn)行配置等操作方可正常使用。USB 設(shè)備 的即插即用特性即依賴于此。 枚舉是 USB 體系中一個(gè)很重要的活動(dòng),由一系列標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求組成(若設(shè)備屬于某個(gè)子類,還包含 該子類定義的特殊請(qǐng)求)。通過(guò)枚舉 HOST 可以獲得設(shè)備的基本描述信息,如支持的 USB 版本、 PID、 VID、設(shè)備分類( Class)、供電方式、最大消耗電流、配置數(shù)量、各種類型端點(diǎn)的數(shù)量及傳輸能力(最大包長(zhǎng)度)。 HOST 根據(jù) PID 和 VID 加載設(shè)備驅(qū) 動(dòng)程序,并對(duì)設(shè)備進(jìn)行合適的配置。只有經(jīng)過(guò)枚舉的設(shè)備才能正常使用。對(duì)于總線供電設(shè)備,在枚舉完成前最多可從總線獲取 100mA 的電流。枚舉的步驟為獲取設(shè)備描述符、復(fù)位、設(shè)置地址、再次獲取設(shè)備描述符、獲取配置描述符、獲取接口及端點(diǎn)描述符、獲取字符串描述符、選擇設(shè)備配置。 USB 數(shù)據(jù)流模型 USB 體系定義了四種類型的傳輸,它們是: 控制傳輸、 中斷傳輸、批量傳輸、同步傳輸。 控制傳輸 控制傳輸是一種可靠的雙向傳輸,一次控制傳輸可分為三個(gè)階段。第一階段為從 HOST 到 Device 的 SETUP 事務(wù)傳輸,這個(gè)階段指定了此次控制傳輸?shù)恼?qǐng)求類型; 第二階段為數(shù)據(jù)階段,也有些請(qǐng)求沒(méi)有數(shù)據(jù)階段;第三階段為狀態(tài)階段,通過(guò)一次 IN/OUT 傳輸表明請(qǐng)求是否成功完成。 控制傳輸通過(guò)控制管道在應(yīng)用軟件和 Device 的控制端點(diǎn)之間進(jìn)行,控制傳輸 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 三 章 USB系統(tǒng)架構(gòu)與協(xié)議 11 過(guò)程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是有格式定義的, USB 設(shè)備或主機(jī)可根據(jù)格式定義解析獲得的 數(shù)據(jù)含義。其他三種傳輸類型都沒(méi)有格式定義。 控制傳輸對(duì)于最大包長(zhǎng)度有固定的要求。對(duì)于高速設(shè)備該值為 64Byte;對(duì)于低速設(shè)備該值為 8;全速設(shè)備可以是 1 3 64。 最大包長(zhǎng) 度表征了一個(gè)端點(diǎn)單次接收 /發(fā)送數(shù)據(jù)的能力,實(shí)際上反應(yīng)的是該端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 Buffer 的大小。 Buffer 越大,單次可接收 /發(fā)送的數(shù)據(jù)包越大,反之亦反。當(dāng)通過(guò)一個(gè)端點(diǎn) 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),若數(shù)據(jù)的大小超過(guò)該端點(diǎn)的最大包長(zhǎng)度時(shí),需要將數(shù)據(jù)分成若干個(gè)數(shù)據(jù) 包傳輸,并彍要求除最后一個(gè)包外,所有的包長(zhǎng)度均等于該最大包長(zhǎng)度。這也就是說(shuō)如果 一個(gè)端點(diǎn)收到 /發(fā)送了一個(gè)長(zhǎng)度小于最大包長(zhǎng)度的包,即意味著數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束??刂苽鬏斣谠L問(wèn)總線時(shí)也受到一些限制,如:高速端點(diǎn)的控制傳輸不能占用超過(guò) 20%的微幀,全速和低速的則不能超過(guò) 10%。 在一幀內(nèi)如果有多余的未用時(shí)間,并且沒(méi)有同步和中斷傳輸,可以用來(lái)進(jìn)行控 制傳輸。 中斷傳輸 中斷傳輸是一種輪詢的傳輸方式,是一種單向的傳輸, HOST 通
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