【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