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usb技術及其驅動程序開發(fā)(doc畢業(yè)設計論文)-在線瀏覽

2024-08-08 09:17本頁面
  

【正文】 表2-1 信號發(fā)送的標準 總線狀態(tài) 信 號 電 平 開始端的源連接器 (一位時端) 終端的目標連接器 需要條件 接受條件差分的“1”D+Voh(min) DVol(max)(D+)(D)200mv(D+)Vih(min)(D+)(D)200mv差分的“0”DVoh(min)D+Vol(max)(D+)(D+)200mvDVih(min)(D)(D+)200mv單終端“0”(SE0)D+和DVol(max)D+和DVil(max)D+和DVih(min)數據J態(tài):高速低速差分的“0”差分的“1”差分的“0”差分的“1”數據K態(tài):高速低速差分的“1”差分的“0”差分的“1”差分的“0空閑狀態(tài):高速低速.DVihz(min)D+Vil(max)D+Vihz(min)DVil(max)DVihz(min)D+Vih(min)D+Vihz(min)DVih(min)喚醒狀態(tài)數據K狀態(tài)數據K狀態(tài)包開始(SOP)數據線從空閑態(tài)轉到K態(tài)包結束(EOP)SE0近似的為2位時其后僅接著1位時的JSE0≥1位時其后僅接著一位時的J態(tài)SE0≥1位時其后僅接著J態(tài)包結束(EOP)SE0近似地為2位時其后僅接著1位時的JSE0≥1位時其后僅接著一位時的J態(tài)SE0≥1位時其后僅接著J態(tài)斷開(在下行端口處).連接(在上行端口處).空閑態(tài)持續(xù)時間大于等于2毫秒復位D+和D小于Vol(max)的持續(xù)時間大于等于10毫秒D+和D小于Vil(max)的持續(xù)時間大于等于10毫秒D+和D小于Vil(max)電壓分布所有USB設備的缺省電壓為低電壓,當設備要從低電壓變化到高電壓時,則是由軟件來控制的。 USB支持一定范圍的外設來提供電壓來源和電壓消耗,包括如下的部分。根端口集線器:它是直接與USB主機控制器相連的,并與其有相同的電源來源。由電池組提供電壓的系統可以支持一個或五個單位負載。 在電壓升高時,它可以接一個單位負載,經過初始設置后,它可以接五個單位負載。它的外部端口只能接一個單位負載,當集線器處于活動或掛起態(tài)時,它必須為這個端口提供電流。自給電壓集線器:它的任一內部功能設備和下形端口不再從Vbus上獲得電壓,但當它的其余部分電壓下降時,它的USB接口可接一個單位負載并從Vbus處獲得電壓,以允許該接口能工作。該種設備上的所需電壓均來自Vbus。自給電壓功能設備,如圖17,當它的其余設備電壓下降時,它可以接一個單位負載,并從Vbus上獲取所需電壓,以使USB接口處于活動狀態(tài)。 USB的數據包格式 USB外設施不管是實現什么功能,它總是傳輸的是數據, 數據位被發(fā)送到總線的時候,首先最低有效位(LSb),跟著是下一個最低有效位,最后是最高有效位(MSb)。同步字段里的最后的2位是同步字段結束的記號,并且標志了包標識符(PID)的開始。任何收到包標識符,如果含有失敗的校驗字段,或者經譯碼得到未定義的值,則該包標識符被認為是錯誤的,而且包的余項將被忽略。專用(Special)前同步(PRE)1100B主機發(fā)送的前同步字。地址字段地址字段通過其地址指定函數,至于是數據包的發(fā)出地還是目的地,則取決于標記PID的值。地址字段用于輸入,建立和輸出標記。圖24 地址字段端口字段如圖25所示,當功能部件需要一個以上的端口時,附加的4位的端口(ENDP)字段提供了更靈活的尋址方式。端口字段只對輸入,建立和輸出標記PID有定義。圖26為多字節(jié)顯示格式,每個字節(jié)的范圍內的數據位移出時都是最低位(LSb)在前。循環(huán)冗余校驗(CRC)被用來在標記和數據包中保護所有的非PID字段。PID不在含有CRC的包的CRC校驗范圍內。有2種類型的數據包,根據不同的PID:DATA0和DATA1來識別。圖27 數據包格式數據必須以整數的字節(jié)數發(fā)出。167。在消息通道中傳遞的數據具有USB定義的格式,它的數據包中包含的數據允許具有設備指定的格式。USB提供了多種數據格式,使之盡可能滿足客戶軟件和應用軟件的要求。每個傳輸類型在以下的幾個傳輸特征上會有不同:可用性,數據包大小、信息流的方向、數據傳輸的速度、錯誤處理??刂苽鬏斢糜趥魉涂刂泼睿ㄈ缈蛻糗浖退膽弥g的設置信息、命令信息、狀態(tài)信息)。將狀態(tài)信息從應用設備傳到主機。一個設備也可以有被配置為控制傳輸的其他流程,但在現實中沒有必要有多個流程。 在低速設備中,最大值是8B。一個包含了少于數據字節(jié)數最大值的事務表明這是傳輸中最后一個事務。信息流的方向 控制傳輸使用的是消息通道上的雙向信息流。 全速傳輸除了要傳輸的數據外,還有一個45B的數據頭。一個8B的單個低速控制傳輸使用一個幀的帶寬的29%,如果總線很忙,則所有的控制傳輸可能不得不共享保留的10%的帶寬。 如果主機在重試三次后沒有接收到相應,那么它通知需要這個傳輸的軟件,停止與終端的通信,知道問題得到解決。 批量傳輸批量傳輸對傳輸時間不嚴格的數據傳輸來說是很有用的。批量傳輸可用于從主機發(fā)送數據到一個打印機,從一個掃描儀發(fā)送數據到主機,對一個磁盤的讀和寫等等??捎眯?只有全速設備可以使用批量傳輸。一個批量傳輸能有一個最大的包的大小值為8,16,32或64B。如果一個數據包單個包不能發(fā)送,那么主機控制器會把這個傳輸分成多個事務。信息流的方向 這種通道總是單方向的,如果要進行雙向傳送,必須用兩個通道。 數據傳輸的速度 當總線是空閑時,批量傳輸可以使用任何類型的最大帶寬(最多95%),它們有一個很小的頭,因此它是所有傳輸中最快的。出錯處理 批量傳輸使用錯誤檢測。如果接到一個nak交換信息,則主機也會重試。 中斷傳輸中斷傳送是為這樣一類設備設計的,它們只傳或收少量數據,而且并不經常進行傳送,但它們有一個確定的服務周期,對中斷傳送有以下要求:通道的最大服務期得到保證;由于錯誤而引起的重發(fā)在下一服務期進行??捎眯?低速和全速設備都可以使用中斷傳輸。一個全速設備可以使用從1到64B之間的任何大小的數據包。 端點描述信息指明了通道的數據流方向。數據傳輸的速度 中斷傳輸沒有保證的傳輸速率,只有事務之間保證的最大間隔。在實際中,主機不可能把19個傳輸安排在一個幀中,因此實際最大速率將小于這個值。出錯處理 如果一個設備沒有返回一個預期的交換包,則pc的主機控制器將最多重試兩次。中斷傳輸可以使用數據循環(huán)值來確保所有的數據都被正確無誤的接收到。在USB環(huán)境下,要求同步傳輸能提供以下幾點: 固定的延遲下,確保對USB帶寬的訪問;只要數據能提供得上,就能保證通道上的恒定數據傳送速度;如果由于錯誤而造成傳送失敗,并不重傳數據。 設備不需要支持等時傳輸,但一個設備類可能需要支持它。USB規(guī)定的數據包的大小 USB并不對數據格式做要求。如果數據的數量一個單個包不能發(fā)送,則主機控制器會把這個傳輸分成多個事務。 在對端點的描述中指明了與它相連的通道的數據流方向。 一個等時傳輸每幀最多可以傳輸1023B,這就留下了31%的帶寬給其他傳輸使用。出錯處理 保證大塊數據的等時傳輸的代價是失去錯誤校正。167。底層是傳送和接收數據包的總線接口 驅動程序所要做的就是在這些層上編程滿足Usb外設的需要。 USB設備狀態(tài)USB設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設備來說是內置的,出于本論文的目的,現在主要講外置狀態(tài)。電源來自外部電源的USB設備被稱作自給電源式的。而這時候VBUS已經對設備產生作用了。缺省狀態(tài) 設備加電以后,在它從總線接收到復位信號之前不應對總線傳輸發(fā)生響應。每一設備在連接或復位后由主機分配一個唯一的地址。從設備的角度來看,配置包括一個將非零值寫入設備配置寄存器的操作。當中止時,USB設備保持本身的內部狀態(tài),包括它的地址及配置。表2-1列出了所有的標準請求。一個ClearFeature( )請求所指的特性如果不能被清除,不存在或指的是不存在的接口或結點號,會產生請求錯誤。 缺省狀態(tài):當設備處于缺省狀態(tài)時,對此請求的反應無定義。配置狀態(tài):在此狀態(tài)下,該請求合法。 如果返回0值表明設備未配置。 缺省狀態(tài):該請求響應無定義。 配置狀態(tài):非0的 配置值被返回。這個標準請求包括三種描述符:設備、配置、及字符串。第一個接口描述符緊跟著配置描述符,隨后是接口的端點的描述符。與類有關的描述符,或Usb外設生產廠商定義的描述符跟在標準描述符之后。 缺省狀態(tài):此請求合法。配置狀態(tài):此請求合法。 有些USB設備的接口配置有互斥的設置。 如果值或長度不依上表設置,設備響應無定義。 缺省狀態(tài):此狀態(tài)下,設備對該請求響應無定義。 配置狀態(tài):此請求合法。 如果值或長度不是上表中值,或指針在讀取設備狀態(tài)請求時非0,則設備響應無定義。 地址狀態(tài):如果所指的是接口或是一個非0號端點,設備響應返回請求出錯。f、設置地址(SetAddress ( )) 本請求為主機指定以后與設備通信的地址。設備對SetAddress(0)的響應無定義。 地址狀態(tài):如果新地址值為0,進入缺省態(tài),否則仍留在地址狀態(tài)但使用新地址。g、設置配置值(SetConfiguration( )) 此請求設置設備配置值 值的低字節(jié)指出配置,這個配置值必須為0或與配置描述符中的一個配置相一致。值的高字節(jié)保留。 缺省狀態(tài):設備響應無定義 地址狀態(tài):如果所指的配置為0,設備停留在地址狀態(tài)。否則,返回請求錯誤 配置狀態(tài):如果配置值為0,設備進入地址狀態(tài)。h、設置描述符(SetDescriptor ( )) 此請求用于更新或添加新的描述符。指針域指出了字符串描述符的語言標識,對于其它描述符來說它為0。 如果設備不支持該請求則設備返回一個請求錯誤。 地址狀態(tài):如果設備支持請求,則為合法。i、設置特性(SetFeature ( )) 這個請求用來設置或使一個特性生效。 如果SetFeature ( )指的是一個不存在的接口或端點,設備返回一個請求錯誤。 地址狀態(tài):合法、除非請求錯誤。j、設置接口(SetInterface ( )) 此請求讓主機為指定的接口選擇一個設置。此請求讓主機選擇所要的設置。 缺省狀態(tài):設備響應無定義。 配置狀態(tài):合法。 如果所指的端點不支持此請求,設備返回一個請求錯誤。 地址地址:設備返回請求錯誤。除了11種標準請求外,USB允許類和供應商也定義他們自己的請求,這里就不在贅述了。硬件設備可能是打印機,調制解調器,鍵盤,視頻顯示器或者任何連接到計算機的電子電路。設備可以是標準類型,也可以不是,也包括自定義的設備。應用程序是用戶運行的程序,包括支持自定義硬件的特殊用途的應用程序。應用程序不需要知道外設連接端口的物理地址,不需要精確監(jiān)視和控制外設需要的交換信號。167。對于這些外設,Windows包括通用驅動,這個類中的設備都可以使用。 一些外設提供接口選擇,選項中可能包括Usb。在這種情況下,minidriver可以在通用驅動和設備使用的接口之間通信。對于其他設備,Windows不支持Usb接口,因此,產品供應商必須提供完整的驅動程序。這些驅動以WDM(Windows Driver Model)為主,擴展名為sys。WDM驅動可以允許或拒絕應用程序訪問設備。把通信分成層是有效的,因為這樣可以使不同的設備在一些任務上使用相同的驅動。也可以選擇使得每個設備驅動直接與USB硬件通信,這樣就會出現很多重復的勞動。子系統有幾個層,每個層包含一個或多個處理一套相關任務的驅動。在I/O子系統中的一個重要要素使USB子系統,包括處理所有設備的USB專門通信的驅動。一般設備通信是通過IRP(IO請求包)來完成的。IO管理器接受到一個IO請求,即IRP,先初始化,然后把它傳遞到合適的驅動程序棧中的驅動程序。如圖3-1所示。例如IRP_MJ_PNP即插即用IRP有幾個次功能(如IRP_MN_START_DEVICE)。 表3-1 常用的IRP主功能代碼IRP_MJ_CREATE創(chuàng)建或打開設備文件IRP_MJ_CLOSE關閉文件IRP_MJ_WRITE寫文件IRP_MJ_READ讀文件IRP_MJ_CLEANUP取消文件句柄上的任何等待的IRPIRP_MJ_DEVICE_CONTROL設備IO控制IRP_MJ_POWER電源管理請求IRP_MJ_PNP即插即用消息IRP_MJ_SHUTDOWN關閉通知 IRP的固定部分含有IRP的固定屬性,每個棧單元(一個IO_STACK_LOCATION)事實上含有大多數有關的IRP參數。每個驅動程序從當前IRP棧單元得到它的IRP參數。向下傳遞的參數必須與正在處理的參數不同。對于寫,IRP首部IO_STACK_LOCATION含有用戶緩沖區(qū)信息。圖3-1 IRP概貌 IRP棧單元含有主要的寫參數。前面已經說過,如果調用另一個驅動程序,必須建立下一個棧單元。一般我們不這么做。在驅動程序棧中處理IRP 在實際的操作中,IO棧單元通常不用于更改這些基本的IRP參數,IRP棧單元通常用于允許一個IRP被設備棧中的所有驅動程序處理。第一個IRP到達最高層的驅動程序1,它使用函數IoGetCurrentIrpStackLocation()獲得指向當前棧單元
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