USB协议解析:主机与设备的交互
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更新于2024-07-15
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"USB2.0协议学习概览"
USB(通用串行总线)是一种广泛应用的接口标准,用于连接各种设备,如键盘、鼠标、打印机、硬盘等。USB协议规定了数据如何在主机和设备之间高效流动。下面将详细讨论USB系统的主要组件、角色、数据流模型以及软硬件层次。
首先,USB系统由两大角色构成:主机(Host)和设备(Device)。主机负责发起所有指令,管理设备拓扑,而设备则响应主机的指令,并可能包含内部的设备描述符,用于标识其功能和特性。USB设备通过USB端口连接,每个设备都有一个唯一的设备地址。
Hub是USB系统中的特殊设备,它扩展了USB接口的数量。根Hub(Root Hub)通常集成在主机控制器中,为系统提供初始的USB连接点。根Hub可以有多个端口,允许连接多个设备。Hub分为高速Hub和全速Hub(或低速Hub),高速Hub支持USB2.0的高速模式,全速Hub支持USB1.1的全速模式,而低速Hub则针对低速设备如鼠标和键盘。
关于USB设备的连接规则:
1. 主机控制器与主机的关系是物理层面的集成,主机控制器是实现USB协议的核心硬件。
2. 根Hub是主机控制器的一部分,两者紧密结合。
3. 根据协议,低速设备可以直接连接到主机控制器,无需通过Hub。
4. 高速设备并不一定必须通过高速Hub与主机控制器相连,但使用高速Hub可以确保最佳性能。
5. USB1.0的Hub与USB2.0的Hub主要区别在于数据传输速度和兼容性,USB2.0 Hub支持更高的数据速率。
USB软件层级方面,从上至下包括客户软件、USB驱动、USB系统软件和USB控制器驱动。USB控制器驱动与USB控制器交互,处理底层的硬件操作。USB设备端点是硬件上的数据传输点,它们具有预设的缓冲区大小、方向(输入/输出)、传输类型等属性。接口是由一组具有相同功能的端点组成,而复合设备(Composite Device)包含多个独立控制的接口,但共享一个设备地址。
管道(Pipes)是USB数据传输的抽象概念,分为控制管道和其他类型的管道。控制管道用于设备配置和状态查询,其两端端点编号为零,上电即用。其他管道在配置后使用,支持不同的传输类型如同步、批量和中断。控制传输的数据大小受到限制,一般在setup包后,主机读取设备的8字节设备描述符,且数据阶段的结束标志是根据实际需求的数据量来确定。
控制传输的总线使用有限制,比如一帧内控制传输的最大数量。当出现错误时,可以通过复位或新的setup指令进行恢复和重传。在错误或停止状态下,设备无法接受新的setup指令,需要主机进行复位操作以重新开始通信。
USB协议是一个复杂而高效的标准,它规范了设备连接、数据传输、错误处理等方面,使得各种不同类型的设备能够在一个统一的框架下工作。理解USB2.0协议的各个方面对于开发、调试或维护USB设备至关重要。
2023-02-26 上传
2023-05-26 上传
2023-05-26 上传
2023-03-21 上传
2023-05-29 上传
2023-03-30 上传
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