【導(dǎo)讀】本章介紹了數(shù)據(jù)如何在USB中傳送，將涉及到系統(tǒng)中關(guān)于信號(hào)的發(fā)送和協(xié)議定義的一層。對(duì)于USB系統(tǒng)中這一層中各個(gè)定義的詳細(xì)情況可參見(jiàn)第六章和第七章。所有的實(shí)現(xiàn)者必須閱讀此章，以便了解USB. USB系統(tǒng)提出了一些重要的概念和情況來(lái)支持現(xiàn)。代個(gè)人計(jì)算機(jī)所提出的可靠性要求，所以USB的分層理解是必須的?，F(xiàn)者只關(guān)心USB相關(guān)層次的特性功能細(xì)節(jié)，而不必掌握從硬件結(jié)構(gòu)到軟件系統(tǒng)的所有細(xì)節(jié)。USB的這種層次結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，件由USB設(shè)備的提供者提供，或由操作系統(tǒng)提供。與具體的USB設(shè)備無(wú)關(guān)，也獨(dú)立于客戶軟件。這四個(gè)USB系統(tǒng)的組成部分在功能上存在相互重疊的部分。USB設(shè)備層和應(yīng)用層的通信是邏。關(guān)于USB的物理通信在第5、6章中描述，而相關(guān)的邏輯通信在第8、9章中介紹。USB以及連到USB上的設(shè)備來(lái)說(shuō)，還負(fù)有特殊責(zé)任。USB設(shè)備想要訪問(wèn)總線必須由主機(jī)給予它使用權(quán)。為了幫助主機(jī)辨認(rèn)及確定USB設(shè)備，這些設(shè)備本身需要提供用于確認(rèn)的信息。接到Hub上，而這個(gè)Hub被接到USB上。

　　

【正文】 事務(wù)跟蹤：一種 USB機(jī)制，跟蹤在 USB系統(tǒng)中的事務(wù) 總線時(shí)間：總線傳一個(gè)信息包的時(shí)間 設(shè)備 /軟件緩沖區(qū)大小：支持一個(gè)事務(wù)所需要的空間。 總線帶寬歸還：被分配給其它傳送的總線帶寬未被使用時(shí)，可以重新給控制傳送和批傳送使用。 前幾節(jié)主要著重于客戶軟件如何與它的應(yīng)用層進(jìn)行聯(lián)系和什么是兩實(shí)體之間的邏輯流。這節(jié)介紹主機(jī)上的不同部分如何相互協(xié)調(diào)工作來(lái)支持 USB 上的數(shù)據(jù)傳送，對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)者來(lái)說(shuō)，這 個(gè)信息也是有用的，他們可以由此知道當(dāng)客戶請(qǐng)求傳送時(shí)主機(jī)該做什么，以及傳送請(qǐng)求是如何被發(fā)給設(shè)備的。 傳送管理 傳送管理涉及以下幾個(gè)為不同目標(biāo)工作的部分，它們共同工作使數(shù)據(jù)能在總線上傳送： 客戶軟件：通過(guò)對(duì) USBD界面發(fā)出調(diào)用（ calls）和響應(yīng)調(diào)用（ calls backs）的 IRP請(qǐng)求，消費(fèi)從應(yīng)用端點(diǎn)來(lái)的數(shù)據(jù)或生產(chǎn)到消費(fèi)端點(diǎn)去的數(shù)據(jù)。 USBD(USB驅(qū)動(dòng)器 )：通過(guò)對(duì)合適的主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)器 (HCD)的調(diào)用（ calls）和響應(yīng)調(diào)用（ callbacks），將從設(shè)備端點(diǎn)來(lái)的或到設(shè)備端點(diǎn)去 的 IRP 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定轉(zhuǎn)換。一個(gè)客戶 IRP可能會(huì)需要幾個(gè)傳送來(lái)完成。 主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)器 (HCD)：將 IRP轉(zhuǎn)換成事務(wù)或?qū)⑹聞?wù)轉(zhuǎn)換成 IRP(按照主機(jī)控制器的要求 )，并對(duì)它們進(jìn)行組織，以使主機(jī)控制器進(jìn)行操作。 HCD 和它的硬件間的互相作用與它的實(shí)現(xiàn)有關(guān)，不在 USB說(shuō)明的范圍內(nèi)。 主機(jī)控制器：進(jìn)行事務(wù)，為每個(gè)事務(wù)在總線上通過(guò)包傳送數(shù)據(jù)。 圖 410說(shuō)明了當(dāng)在客戶軟件和 USB間有信息流動(dòng)時(shí)，這些部分是如何工作的。它們之間的界面是我們了解的目標(biāo)。 USBD 界面 HCD 界面 事務(wù)表 客戶軟件 USB 驅(qū)動(dòng)器 主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)器 事務(wù) 事務(wù) 主機(jī)控制器 USB 數(shù)據(jù) IRP 傳送 事務(wù) 包 圖 410 從客戶軟件到總線的 USB信息轉(zhuǎn)換 客戶軟件 客戶軟件決定某個(gè)應(yīng)用應(yīng)該用何種傳送類(lèi)型。它通過(guò)操作系統(tǒng)指定的界面來(lái) 請(qǐng)求 IRP?？蛻糗浖浪脕?lái)操作應(yīng)用的通道 (接口 )的存在；客戶知道總線訪問(wèn)和帶寬的限制，并且遵守它們?？蛻糗浖⒆约旱恼?qǐng)求發(fā)給 USB驅(qū)動(dòng)器接口。 有些客戶通過(guò)操作系統(tǒng)提供的另一些設(shè)備級(jí)接口來(lái)操作 USB功能，而不直接進(jìn)行 USBD的調(diào)用（ calls）。但總要有一些低級(jí)的客戶進(jìn)行直接的 USBD 的調(diào)用（ calls），以便將 IRP傳給 USBD。所有這些提交的 IRP必須遵守通道建立時(shí)定下的帶寬限制。如果一個(gè)設(shè)備從一個(gè)非 USB環(huán)境進(jìn)入 USB，客戶軟件將通過(guò)主存和 I/O訪問(wèn)直接操作這個(gè)設(shè)備的硬件。 USB系統(tǒng)中的最低 級(jí)的客戶軟件和 USBD相互作用，來(lái)操縱 USBD的 USB功能。 當(dāng)客戶軟件要求一個(gè)與它的應(yīng)用層間的數(shù)據(jù)傳送，而且又被滿足后，客戶軟件將收到一個(gè)關(guān)于 IRP 完成狀態(tài)的通知。如果傳送中有應(yīng)用層到主機(jī)的數(shù)據(jù)，客戶軟件收到 IRP 完成的通知后，可在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取到所要的數(shù)據(jù)。 USBD的接口在第 9章中介紹。 USB驅(qū)動(dòng)器 (USBD) USBD將在兩個(gè)主要的時(shí)間介入總線訪問(wèn)： 在設(shè)備接上主機(jī)的設(shè)置期間 在正常傳送中 當(dāng)設(shè)備被接上，并被設(shè)置時(shí)， USBD將確認(rèn)設(shè)備的設(shè)置是否與總線兼容 ， USBD從設(shè)置軟件處獲得設(shè)置請(qǐng)求，它描述了要進(jìn)行的設(shè)置：端點(diǎn)、傳送類(lèi)型、傳送周期、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等。 USBD根據(jù)可用帶寬的大小以及總線是否與請(qǐng)求的類(lèi)型兼容來(lái)決定接受還是不接受這個(gè)設(shè)置。如果接收， USBD就為請(qǐng)求者建立一個(gè)相應(yīng)類(lèi)型的通道，自然也帶有這個(gè)傳送類(lèi)型所應(yīng)有的各種限制。在設(shè)備設(shè)置期間，不一定必須為周期性的端點(diǎn)作帶寬分配。做過(guò)的帶寬分配也可以放棄，而并不影響設(shè)備的設(shè)置。 對(duì) USBD的設(shè)置是典型地由操作系統(tǒng)決定的，而且反過(guò)來(lái)影響操作系統(tǒng)的設(shè)置特征。這樣做可免除一些多余的接口。 一旦設(shè)備被設(shè)置，客戶軟件 就可以通過(guò) IRP來(lái)請(qǐng)求與應(yīng)用端點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)器 (HCD) HCD負(fù)責(zé)跟蹤 IRP，并確保 USB帶寬和幀最大時(shí)間不被突破。當(dāng)有 IRP要求通道時(shí)， HCD將它們加入事務(wù)表中，當(dāng) IRP 結(jié)束， HCD 將把它的完成狀態(tài)通報(bào)給發(fā)它的客戶軟件，如果IRP中涉及應(yīng)用設(shè)備向主機(jī)的傳送，來(lái)的數(shù)據(jù)將被放在客戶指定的數(shù)據(jù)緩存中。 IRP的定義依靠于一定的操作系統(tǒng)。 事務(wù)表 事務(wù)表描述了當(dāng)前需要被做的事務(wù)。它與 HC（主機(jī)控制器）的實(shí)現(xiàn)有關(guān)。只有 HCD 和它的 HC可以訪問(wèn)這些特殊的 描述。這些描述包括了事務(wù)的各種參數(shù)。例如，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 (字節(jié) )。設(shè)備地址、端點(diǎn)號(hào)，以及發(fā)出數(shù)據(jù)和存放收到數(shù)據(jù)的主存區(qū)域。 事務(wù)表和 HCD與 HC間的接口是依賴(lài)于實(shí)現(xiàn)的，不能作為 USB說(shuō)明的一個(gè)部分而作出明確的定義。 主機(jī)控制器 (HC) HC可以訪問(wèn)事務(wù)表，并根據(jù)此表引起總線的動(dòng)作。特別地， HC提供的報(bào)告機(jī)制使事務(wù)的狀態(tài) (完成、等待、中止等 )是可以知道的。 HC將事務(wù)變成相應(yīng)的總線動(dòng)作 (這種轉(zhuǎn)換依賴(lài)于具體的實(shí)現(xiàn) )，這些動(dòng)作又引起了在以根 Hub為根的總線拓樸結(jié)構(gòu)上的 USB包的傳遞。 HC 可 以保證協(xié)議規(guī)定的對(duì)總線訪問(wèn)的限制都被遵守了，例如：包間時(shí)限、超時(shí)等， HCD的接口向 HC 提供了參與決定是否允許一個(gè)新的通道訪問(wèn)總線的途徑。這是因?yàn)?HC 的實(shí)現(xiàn)中有對(duì)兩個(gè)事務(wù)間最小間隔的限制，這種限制支持了總線事務(wù)的組合。 事務(wù)表與 HC的接口是被隱藏在 HCD和 HC的實(shí)現(xiàn)中的。 事務(wù)的跟蹤 USB 應(yīng)用設(shè)備看到的總線上的數(shù)據(jù)是放在包中的。 (參見(jiàn)第 7 章 )。 HC 利用某種與實(shí)現(xiàn)有關(guān)的表示方法來(lái)跟蹤包，跟蹤的信息包括這個(gè)包是什么包，到哪個(gè)端點(diǎn)去 /從哪個(gè)端點(diǎn)來(lái)，在什么時(shí)間傳送，有什么順序。絕大多數(shù)客戶軟件不愿直 接與被打了包的數(shù)據(jù)流打交道，因?yàn)檫@造成了一定的復(fù)雜性和對(duì)連接的依賴(lài)性，從而又限制了實(shí)現(xiàn)方法。 USB系統(tǒng)軟件 (USBD和 HCD)提供了將客戶對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)的要求加到包上的方法。對(duì)組成一個(gè)客戶軟件和應(yīng)用層間的數(shù)據(jù)傳送的各個(gè)事務(wù)， HC利用 IRP來(lái)跟蹤它們。圖 511簡(jiǎn)要說(shuō)明了事務(wù)是如何被組織成四種傳送類(lèi)型的 IRP 的。關(guān)于傳送的詳細(xì)協(xié)議規(guī)定，可見(jiàn)第 7章。關(guān)于客戶軟件對(duì) IRP的使用的更詳細(xì)信息可見(jiàn)第 9章和特定操作系統(tǒng)的系統(tǒng)說(shuō)明信息。 數(shù)據(jù)流類(lèi)型 IRP 事務(wù) 事務(wù) 事務(wù) 所有的傳送都是由一個(gè)或多個(gè)事務(wù)組成。一個(gè) IRP又可由一個(gè)或多個(gè)傳送組成。 控制傳送 IRP Setup 事務(wù) 數(shù)據(jù) 事務(wù) Status 事務(wù) 額外的 控制傳送 控制傳送首先是一個(gè) OUT方向的 Setup 事務(wù)，然后是多個(gè) IN 方向或 OUT 方向的數(shù)據(jù)事務(wù)，最后是一個(gè)與數(shù)據(jù)反向的 Status事務(wù)。 中斷傳送 IRP 事務(wù) 事務(wù) 一個(gè)中斷傳送是一個(gè)或多個(gè) IN/OUT方向的數(shù)據(jù)事務(wù)。 同步傳送 IRP 事務(wù) 事務(wù) 事務(wù) 一個(gè)同步傳送是一個(gè)或多個(gè) IN/OUT方向的數(shù)據(jù)事務(wù)。 批傳送 IRP 事務(wù) 事務(wù) 事務(wù) 一 個(gè)批傳送是一個(gè)或多個(gè) IN/OUT方向的數(shù)據(jù)事務(wù)。 圖 411 通信流的傳送方式 雖然 IRP 要跟蹤傳送數(shù)據(jù)的總線事務(wù)， HC仍可自由地選擇如何傳送這些事務(wù)，但必須遵守 USB 定義的限制，即一幀內(nèi)只可有一個(gè)同步傳送的事務(wù)。一般情況下，端點(diǎn)看到的各個(gè)事務(wù)的順序與它們出現(xiàn)在 IRP中的順序是一樣的，除非發(fā)生了錯(cuò)誤。例如，圖 512表示了兩個(gè) IRP，每個(gè) IRP有 3 個(gè)事務(wù)，用 2 個(gè)通道。對(duì)任何傳送類(lèi)型， HC可在第一幀內(nèi)先傳第一個(gè) IRP的第一事務(wù)，再傳第二個(gè) IRP的第一個(gè)事務(wù)；同時(shí)在第二幀內(nèi)先傳第二 IRP 的第二事務(wù)，再傳第一 IRP的第二事務(wù)；如圖中所示。 通道 通道 圖 412 IRP 組織成事務(wù) /幀 如果有同步傳送， HC的自由度也就到此為止了。但對(duì)控制傳送和批傳送， HC可以在這兩幀中的任一幀內(nèi)多傳或少傳幾個(gè)第一 IRP或第二 IRP的事務(wù)。 計(jì)算總線事務(wù)的 時(shí)間 IRP1 事務(wù) 10 事務(wù) 11 事務(wù) 12 IRP2 事務(wù) 20 事務(wù) 21 事務(wù) 22 幀 1 令牌，數(shù)據(jù)，握手 （ 10） 令牌，數(shù)據(jù)， 握手 （ 20） 幀 2 令牌，數(shù)據(jù)， 握手 （ 21） 令牌，數(shù)據(jù)， 握手 （ 11） 當(dāng) USB 系統(tǒng)軟件允許在總線上新建一個(gè)通道，它必須計(jì)算對(duì)一個(gè)給定的事務(wù)需要多少總線時(shí)間。這個(gè)時(shí)間是按照端點(diǎn)報(bào)告的最大包長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算的，同時(shí)也必須包括協(xié)議規(guī)定的開(kāi)銷(xiāo)、信號(hào)強(qiáng)加的位填充的開(kāi)銷(xiāo)、協(xié)議規(guī)定的包間時(shí)間的開(kāi)銷(xiāo)、事務(wù)間的時(shí)間的開(kāi)銷(xiāo)等等。計(jì)算的結(jié)果用來(lái)檢查幀內(nèi)可用的時(shí)間是否夠用的，以下是計(jì)算用的各方程。 KEY: Data_bc The byte count of data payload Host_Delay The time required for the host to prepare for or recover from the transmission。 Host Controller implementationspecific Floor() The integer portion of argument Hub_LS_Setup The time provided by the Host Controller for hubs to enable lowspeed ports。 measured as the delay from the end of the PRE PID to the start of the lowspeed SYNC。 minimum of four fullspeed bit times BitStuffTime Function that calculates theoretical additional time required due to bit stuffing in signaling。 worst case is (*8*Data_bc) 由以上方程計(jì)算出的總線時(shí)間的單位是納秒，而且計(jì)算結(jié)果包含了由于主機(jī)和設(shè)備之間的延遲而造成的傳播延時(shí)，這些方程是典型的用于計(jì)算總線時(shí)間的方程，但實(shí)現(xiàn)時(shí)可選用一些較粗糙的近似計(jì)算。 某個(gè)特定的事務(wù)實(shí)際所用的總線時(shí)間總是小于計(jì)算出的總線時(shí)間，因?yàn)槲惶畛涞拈_(kāi)銷(xiāo)是與數(shù)據(jù)有關(guān)的，最糟的情況是位填充的時(shí)間是原時(shí)間的 (7/6)倍 (方程中用 8*乘以 Databc)。這就是說(shuō)，當(dāng)所有規(guī)則安排的事務(wù)完成后，總有些總線時(shí)間是未用的 (服從于數(shù)據(jù)模式的指定 )，這些未用的時(shí)間可以被重新用于別處，參見(jiàn) 。 方程中的 HostDelay項(xiàng)是與 HC及系統(tǒng)有關(guān)的，它允許 HC由于申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)造成的延遲或其它與實(shí)現(xiàn)有關(guān)的延遲的原因多要求一點(diǎn)額外時(shí)間。通過(guò) HCD 接口提供的傳送管理功能，這項(xiàng)被包括在方程的實(shí)現(xiàn)中。方程的實(shí)現(xiàn)可采用 USBD和 HCD軟件的共同工作來(lái)完成，這些方程的結(jié)果決定了一個(gè)傳送或通道是否被 USB設(shè)置所支持。 應(yīng)用層及軟件對(duì)緩沖區(qū)大小的計(jì)算 客戶軟件和應(yīng)用設(shè)備必須給正在等待傳送的數(shù)據(jù)事務(wù)提供緩沖區(qū)。對(duì)非同步傳送，這個(gè)緩沖區(qū)的大小必須恰好能裝下下一個(gè)數(shù)據(jù)包，如果不止一個(gè)事務(wù)在等待同一個(gè)端點(diǎn) ，必須為一個(gè)事務(wù)提供數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。由于在應(yīng)用層與客戶軟件間的事務(wù)的出現(xiàn)，應(yīng)用可能需要一定大小的緩沖區(qū)，關(guān)于這個(gè)區(qū)的精確的最小絕對(duì)長(zhǎng)度的計(jì)算是不在 USB說(shuō)明的范圍之內(nèi)的。 HC能夠支持的等待事務(wù)的數(shù)量應(yīng)是不受限的，但實(shí)際上，要受限于可用內(nèi)存緩沖的大小和描述器的空間大小等。對(duì)同步通道， 一些細(xì)節(jié)。一般說(shuō)來(lái)，緩沖區(qū)應(yīng)容納約等于 1ms中能傳的數(shù)據(jù)量的兩倍大小的數(shù)據(jù)。 總線帶寬歸還 USB帶寬和總線訪問(wèn)的允許都是從最糟的情況考慮的。由于不同傳送類(lèi)型的限 制以及被算作常數(shù)