USB技术白皮书

吴建敏

　　通用串行总线（Universal Serial Bus）是用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构，其主要是用在中速和低速的外设。USB是由COMPAQ、DIGITAL、IBM、INTEL、MICROSOFT、NEC以及Northern Telecom七家公司共同开发的一种新的外设连接技术.这一技术将最终解决对串行设备和并行设备如何与计算机相连的争论，大大简化计算机与外设的连接过程。USB是通过PCI总线和PC的内部系统数据线连接，实现数据的传送。USB同时又是一种通信协议，他支持主系统(host)和USB的外围设备(device)之间的数据传送。
　　USB的优点有以下几条：
; O% P0 D7 i( y　　1.USB为所有的USB外设提供了单一的、易于操作的标准的连接类型。这样一来就简化了USB外设的设计，同时也简化了用户在判断哪个插头对应哪个插槽时的任务，实现了单一的数据通用接口。
　　2.USB排除了各个设备象鼠标、调制解调器、键盘和打印机设备对去系统资源的需求，因而减少了硬件的复杂性和对端口的占用，整个的USB的系统只有一个端口和一个中断，节省了系统资源。
　　3.USB支持热插拔(hot plug)，也就是说在不关PC的情况下可以安全的插上和断开USB设备，动态的加载驱动程序。其他普通的外围连接标准，如SCSI设备等必须在关掉主机的情况下才能增加或移走外围设备。
　　4.USB支持PNP。当插入USB设备的时候，计算机系统检测该外设并且通过自动的加载相关的驱动程序来对该设备进行配置，并使其正常工作。
　　5.USB在设备供电方面提供了灵活性。USB直接连接到Hub或者是连接到Host的设备可以通过USB电缆供电，也可以通过电池或者其它的电力设备来供电，或使用两种供电方式的组合.并且支持节约能源的挂机和唤醒模式。
　　6.USB提供全速12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率来适应各种不同类型的外设。
　　7.针对不能处理突然发生的非连续传送的设备，如音频和视频设备，USB可以保证其固定带宽。
5 X4 w' I9 y/ Y' X& x　　8.为了适应各种不同类型外围设备的要求，USB提供了四种不同的数据传送类型。
　　9.USB使得多个外围设备可以跟主机通信。
% @6 z$ V0 G1 D9 V3 @! h8 R* X　　USB的目的:1,使用方便 2,可以提供实时的数据给PC 3,端口的灵活扩展性
4 c  Z  D, V$ H( M/ M* `　　USB标准可以www.usb.org/developer中找到，并且你还可以在该站点找到另外的一个USB的测试工具:usbcomp.exe,它包含一个usbcheck的工具可以检测到设备是否一些USB的高层次的要求。同时它还有一个usbcheck的工具可以检测HID(human interface device)的设备。而Win98还有一个"Ignore hubs"(Memphis only)的检测窗口。在W2K DDK中包含的一个USBView的工具可以看出系统中所有的USB总线以及USB总线上的所有的设备。
! z- l1 s3 Q0 ~6 L, U" N( M　　USB的基本特性
　　每一个设备(device)会有一个或者多个的逻辑连接点在里面,每个连接点叫endpoint.每个endpoint有四种数据传送方式:控制(Control)方式传送;同步(isochronous)方式传送;中断(interrupt)方式传送;大量(bulk)传送.但是所有的endpoint0都被用来传送配置和控制信息。
　　在host和设备的endpoint之间的连接叫作管道“pipe",endpoint0叫做缺省(default pipe)。
; M8 T1 |/ ]' w. M+ h+ _0 Q　　对于同样性质的一组的endpoint的组合叫做接口(interface),如果一个设备包含不止一个的接口就可以称之为复合设备(composite device)。
　　同样的道理,对于同样的类型的接口的组合可以称之为“配置"(configuration)。但是每次只能有一个配置是可用的,而一旦该配置激活,里面的接口和endpoint就都同时可以使用。
　　host从设备发过来的描述字(descriptors)中来判断用的是哪个配置,哪个接口等等,而这些的描述字通常是在endpoint0中传送。
　　传输方式
8 {0 _* K1 {/ T/ s2 G) [　　在USB的数据传送的方式下,有四种的传输方式:控制(Control)同步(isochronous)中断(interrupt)大量(bulk)。如果你是从硬件开始来设计整个的系统,你还要正确选择传送的方式,而作为一个驱动程序的书写者,就只需要弄清楚他是采用的什么工作方式就行了。
　　通常所有的传送方式下的主动权都在PC边,也就是host边。
　　·控制(Control)方式传送：控制传送是双向传送，数据量通常较小。USB系统软件用来主要进行查询、配置和给USB设备发送通用的命令。控制传送方式可以包括8、16、32和64字节的数据，这依赖于设备和传输速度。控制传输典型地用在主计算机和USB外设之间的端点(Endpoint)0之间的传输，但是指定供应商的控制传输可能用到其它的端点。
　　·同步(isochronous)方式传送：同步传输提供了确定的带宽和间隔时间（latency)。它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于要求恒定的数据传送率的即时应用中。例如执行即时通话的网络电话应用时，使用同步传输模式是很好的选择。同步数据要求确定的带宽值和确定的最大传送次数。对于同步传送来说，即时的数据传递比完美的精度和数据的完整性更重要一些。
　　·中断(interrupt)方式传送：中断方式传输主要用于定时查询设备是否有中断数据要传送。设备的端点模式器的结构决定了它的查询频率，从1到255ms之间。这种传输方式典型的应用在少量的分散的、不可预测数据的传输。键盘、操纵杆和鼠标就属于这一类型。中断方式传送是单向的并且对于host来说只有输入的方式。
　　·大量(bulk)传送：主要应用在数据大量传送传送和接受数据上，同时又没有带宽和间隔时间要求的情况下，要求保证传输。打印机和扫描仪属于这种类型。这种类型的设备适合于传输非常慢和大量被延迟的传输，可以等到所有其它类型的数据的传送完成之后再传送和接收数据。
　　还有很多有关USB的接口规范，以及低层的硬件接口编程，内容是非常烦杂，这里就略过，在这里只是想大家在理论的层面上对USB有一个认识，所以文章难度相对较高，适合对这方面感兴趣的高手浏览。