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USB协议详解:入门到实践指南
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《嵌入式技术基础与实践》一书中深入讲解了USB(通用串行总线)协议,这是一个对初学者十分友好的教程。USB协议是现代计算机外部设备接口的标准,它使得数据传输更为便捷和高效。本章节分为以下几个关键部分: 1. USB概述:USB协议有两代版本,即USB 1.1和USB 2.0,两者之间完全兼容。USB 1.1支持的数据传输速率较低,为12Mbps和1.5Mbps,适用于速度要求不高的设备(如慢速外设)。而USB 2.0则显著提升到480Mbps,提供更快的数据传输能力。 2. USB设备:通常,我们所说的USB设备指的是连接到PC主机的外部设备,如扫描仪、鼠标、游戏杆等。这些设备通过USB接口与主机相连,其中,USB集线器作为中间环节,可以扩展更多的连接端口。 3. USB物理特性:USB采用阶梯式星形拓扑结构,这意味着在一个USB网络中,只有一个USB主机,它通过根集线器与其他设备相连。根集线器提供最初的连接点,其他设备通过级联方式连接,形成一个层次分明的结构。 4. USB通信协议:USB协议定义了设备间的通信规则,包括上行通信(主机到设备)和下行通信(设备到主机),确保数据在各个设备之间的可靠传输。 通过学习《嵌入式技术基础与实践》中的这一章节,读者不仅能理解USB的基本概念,还能掌握如何进行USB模块的编程,这对于从事嵌入式系统开发或硬件工程师来说是非常实用的知识。无论是了解设备如何与电脑交互,还是设计和实现自己的USB接口,这部分内容都至关重要。
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《嵌入式技术基础与实践》
《嵌入式技术基础与实践》
16.2 USB
16.2 USB
系统基本概念
系统基本概念
•
16.2.2 USB
16.2.2 USB
设备
设备
•
④
④
端点
端点
端点是
端点是
USB
USB
设备中的实际物理单元,
设备中的实际物理单元,
USB
USB
数据传输就是在主机
数据传输就是在主机
和
和
USB
USB
设备各个端点之间进行的。端点一般由
设备各个端点之间进行的。端点一般由
USB
USB
接口芯片提供,
接口芯片提供,
例如
例如
Freescale
Freescale
的
的
MC68HC908JB8
MC68HC908JB8
。
。
USB
USB
设备中的每一个端点都有
设备中的每一个端点都有
唯一的端点号,每个端点所支持的数据传输方向一般而言也是确定的:
唯一的端点号,每个端点所支持的数据传输方向一般而言也是确定的:
或是输入(
或是输入(
IN
IN
)或是输出(
)或是输出(
OUT
OUT
),也有些芯片提供的端点的数据
),也有些芯片提供的端点的数据
方向是可以配置的,例如
方向是可以配置的,例如
MC68HC908JB8
MC68HC908JB8
包含有两个用于数据收发
包含有两个用于数据收发
的端点:端点
的端点:端点
1
1
和端点
和端点
2
2
。其中端点
。其中端点
1
1
只能用于数据发送,即支持输
只能用于数据发送,即支持输
入(
入(
IN
IN
),端点
),端点
2
2
既能用于数据发送也可用于数据接收,即支持输
既能用于数据发送也可用于数据接收,即支持输
入(
入(
IN
IN
)和输出(
)和输出(
OUT
OUT
)操作。需要注意的是,在这里数据的传输
)操作。需要注意的是,在这里数据的传输
方向是站在主机的立场上来看得。比如端点
方向是站在主机的立场上来看得。比如端点
1
1
只能发送数据,在主机
只能发送数据,在主机
看来是端点
看来是端点
1
1
向主机输入数据,即
向主机输入数据,即
IN
IN
操作;当端点
操作;当端点
2
2
配置为接收数
配置为接收数
据时,主机向端点
据时,主机向端点
2
2
输出数据,即
输出数据,即
OUT
OUT
操作。这一点是初学者比较
操作。这一点是初学者比较
容易产生混淆的地方。
容易产生混淆的地方。
利用设备地址、端点号和传输方向就可以指定一个端点,并和它
利用设备地址、端点号和传输方向就可以指定一个端点,并和它
进行通信。
进行通信。
0
0
号端点比较特殊,它有数据输入
号端点比较特殊,它有数据输入
IN
IN
和数据输出
和数据输出
OUT
OUT
两个物理
两个物理
单元,且只能支持控制传输。
单元,且只能支持控制传输。
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《嵌入式技术基础与实践》
《嵌入式技术基础与实践》
16.2 USB
16.2 USB
系统基本概念
系统基本概念
•
16.2.2 USB
16.2.2 USB
设备
设备
•
⑤
⑤
字符串
字符串
在
在
USB
USB
设备中通常还含有字符串描述符,以说明一些专用信息,
设备中通常还含有字符串描述符,以说明一些专用信息,
如制造商的名称、设备的序列号等。它的内容以
如制造商的名称、设备的序列号等。它的内容以
UNICODE
UNICODE
的形式给
的形式给
出,且可以被客户软件所读取。对
出,且可以被客户软件所读取。对
USB
USB
设备来说,字符串描述符是
设备来说,字符串描述符是
可选的。
可选的。
•
⑥
⑥
管道
管道
在
在
USB
USB
系统结构中,可以认为数据传输是在主机软件(
系统结构中,可以认为数据传输是在主机软件(
USB
USB
系
系
统软件或客户软件)和
统软件或客户软件)和
USB
USB
设备的各个端点之间直接进行的,它们
设备的各个端点之间直接进行的,它们
之间的连接称为管道。管道是在
之间的连接称为管道。管道是在
USB
USB
设备的配置过程中建立的。管
设备的配置过程中建立的。管
道是对主机和
道是对主机和
USB
USB
设备间通信流的抽象,它表示主机的数据缓冲区
设备间通信流的抽象,它表示主机的数据缓冲区
和
和
USB
USB
设备的端点之间存在着逻辑数据传输,而实际的数据传输是
设备的端点之间存在着逻辑数据传输,而实际的数据传输是
由
由
USB
USB
总线接口层来完成的。
总线接口层来完成的。
管道和
管道和
USB
USB
设备中的端点一一对应。一个
设备中的端点一一对应。一个
USB
USB
设备含有多少个
设备含有多少个
端点,其和主机进行通信时就可以使用多少条管道,且端点的类型决
端点,其和主机进行通信时就可以使用多少条管道,且端点的类型决
定了管道中数据的传输类型,如中断端点对应中断管道,且该管道只
定了管道中数据的传输类型,如中断端点对应中断管道,且该管道只
能进行中断传输。传输类型在后面会介绍。不论存在着多少条管道,
能进行中断传输。传输类型在后面会介绍。不论存在着多少条管道,
在各个管道中进行的数据传输都是相互独立的。
在各个管道中进行的数据传输都是相互独立的。
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《嵌入式技术基础与实践》
《嵌入式技术基础与实践》
16.3 USB
16.3 USB
物理特性
物理特性
•
16.3.1 USB
16.3.1 USB
接口
接口
USB
USB
使用一根屏蔽的
使用一根屏蔽的
4
4
线电缆与网络上的设备进行
线电缆与网络上的设备进行
互联。数据传输通过一个差分双绞线进行,这两根线分别
互联。数据传输通过一个差分双绞线进行,这两根线分别
标为
标为
D+
D+
和
和
D-
D-
,另外两根线是
,另外两根线是
Vcc
Vcc
和
和
Ground
Ground
,其中
,其中
Vcc
Vcc
向
向
USB
USB
设备供电。使用
设备供电。使用
USB
USB
电源的设备称为总线供电设
电源的设备称为总线供电设
备,而使用自己外部电源的设备叫做自供电设备。为了避
备,而使用自己外部电源的设备叫做自供电设备。为了避
免混淆,
免混淆,
USB
USB
电缆中的线都用不同的颜色标记,如表
电缆中的线都用不同的颜色标记,如表
16-
16-
1
1
所示。
所示。
引脚编号
引脚编号
信号名称
信号名称
缆线颜色
缆线颜色
1
1
Vcc
Vcc
红
红
2
2
Data-(D-)
Data-(D-)
白
白
3
3
Data+(D+)
Data+(D+)
绿
绿
4
4
Ground
Ground
黑
黑
表 16-1 USB 缆线的信号与颜色
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