嵌入式系统中USB的使用指南

"本文主要探讨了在嵌入式系统中如何使用USB，涵盖了USB与不同系统交互的系统架构。由嵌入式软件工程师Yingbo Hu和MicroDigital公司的总裁Ralph Moore共同撰写，旨在作为嵌入式系统中USB应用的教程。文章介绍了USB的基本原理、角色分配以及在嵌入式环境中的实际应用。" USB（通用串行总线）是一种连接性规范，旨在为最终用户提供便利、可扩展性和良好的性能。自1995年首次应用于个人电脑以来，它已逐渐扩展到嵌入式系统，并正在取代传统的串行和并行接口，成为首选的通信链接。USB不是像以太网那样的对等协议，而是具有主从结构。一个USB设备称为USB主机，充当主控者，而其他USB设备则作为从属设备或外设，它们响应主机的指令。 USB主机负责启动所有总线传输。最多可以有127个USB设备通过最多6层级联的集线器连接到一个USB主机。在嵌入式系统中，拥有多个集线器的情况非常少见，通常是一个USB设备直接连接到一个USB主机，无需集线器。USB主机需要一个USB主机控制器以及相应的USB主机软件。这些软件层包括设备驱动程序、USB协议栈和应用程序接口，它们共同确保设备与主机之间的有效通信。 在嵌入式系统中，选择合适的USB控制器和软件堆栈至关重要。控制器决定了硬件的物理接口，而软件堆栈则处理USB协议的细节，如数据包的封装和解封装，错误检测和恢复，以及设备枚举过程。设备驱动程序是操作系统与硬件之间的桥梁，需要根据特定USB设备的特性进行编写。此外，开发者还需要了解如何配置设备的配置文件和接口描述符，以便主机正确识别和控制设备。 USB设备可以分为多种类，例如人类输入设备（如键盘和鼠标）、存储设备（如U盘）、音频设备、网络设备等。每种设备类都有特定的协议和数据格式，开发人员需要理解和实现这些协议以实现设备的正常工作。对于需要创建定制USB设备的项目，可能需要设计并实现设备固件，这涉及到更深入的USB协议知识。 在实际应用中，USB的优势在于其易用性、即插即用功能和热插拔特性。它允许用户简单地连接和断开设备，而无需每次更改设置或重启系统。然而，这也带来了挑战，例如设备识别冲突、电源管理问题和兼容性测试。开发者必须考虑到这些问题，确保系统在各种USB设备组合下都能稳定运行。 总结来说，USB在嵌入式系统中的使用涉及硬件接口、软件堆栈、设备驱动程序以及设备类协议的综合理解。为了成功地将USB集成到嵌入式系统中，开发者需要掌握USB的基础知识，熟悉USB规范，以及如何在实际项目中实施这些知识。