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1 导论1

1.1 USB的背景1

1.1.1 起因1

1.1.2 特色2

1.1.3 USB设备的分类3

1.1.4 USB规范的目标3

1.1.5 USB规范的发展4

1.2 微机系统与总线4

1.2.1 微机系统构成4

1.2.2 外部设备分类与特点6

1.2.3 与串口、并口信息交互7

1.2.4 总线的构想9

1.2.5 总线数据传输12

1.2.6 总线仲裁14

1.2.7 PCI总线17

1.3 USB总线在PCI总线上的实现23

1.4 网络相关技术24

1.4.1 计算机网络功能24

1.4.2 网络体系结构25

1.4.4 服务质量26

1.4.3 流量控制26

2 体系结构概述28

2.1 USB系统概述28

2.1.1 总线布局28

2.1.2 USB的主机28

2.1.3 USB的设备29

2.2 物理接口29

2.2.1 电气特性29

2.3.1 电源分配30

2.3 电源30

2.2.2 机械特性30

2.3.2 电源管理31

2.4 总线协议31

2.5 容错性32

2.5.1 错误检测32

2.5.2 错误处理32

2.6 系统设置32

2.6.1 USB设备的安装32

2.6.3 总线标识33

2.7 数据流种类33

2.6.2 USB设备的拆卸33

2.7.1 控制传送34

2.7.2 批传送34

2.7.3 中断传送34

2.7.4 同步传送34

2.7.5 指定USB带宽35

2.8 USB设备35

2.8.1 设备特性35

2.8.2 设备描述36

2.9 USB主机：硬件和软件37

2.10 体系结构的扩充38

3 USB数据流模型39

3.1 USB主机与外设视图39

3.2 总线拓朴41

3.2.1 USB主机41

3.2.2 USB设备41

3.2.3 总线的物理拓朴结构42

3.2.4 总线的逻辑拓朴结构42

3.3 USB通信流44

3.3.1 设备端点45

3.3.2 通道46

3.4 传送类型48

3.5 控制传送49

3.5.1 控制传送类型的数据格式50

3.5.2 控制传送的方向50

3.5.3 控制传送对包的大小的限制50

3.5.4 控制传送对总线访问的限制51

3.5.5 控制传送的数据顺序53

3.6 同步传送53

3.6.3 同步传送对包的大小的限制54

3.6.2 同步传送的方向54

3.6.1 同步传送的数据格式54

3.6.4 同步传送对总线访问的限制55

3.6.5 同步传送的数据顺序55

3.7 中断传送56

3.7.1 中断传送的数据格式56

3.7.2 中断传送的方向56

3.7.3 中断传送对包的大小的限制56

3.7.4 中断传送对总线访问的限制57

3.8.3 批传送对包的大小的限制59

3.8.1 批传送的数据格式59

3.8.2 批传送的方向59

3.8 批传送59

3.7.5 中断传送的数据顺序59

3.8.4 批传送对总线访问的限制60

3.8.5 批传送的数据顺序61

3.9 传送的总线访问61

3.9.1 传送管理61

3.9.2 事务的跟踪64

3.9.3 计算总线事务的时间65

3.9.5 总线带宽归还67

3.9.4 应用层和客户软件对缓冲区大小的计算67

3.10 关于同步传送的一些特别考虑68

3.10.1 典型的非USB同步应用69

3.10.2 USB时钟模型71

3.10.3 时钟同步71

3.10.4 同步设备73

3.10.5 数据预缓存80

3.10.6 SOF跟踪81

3.10.7 差错处理81

3.10.8 为匹配速率而做的缓冲82

4.2 连接器协议84

4 机械特性84

4.1 结构总述84

4.3 电缆85

4.4 电缆部件85

4.4.1 可分离电缆部件86

4.4.2 全速电缆部件87

4.4.3 低速电缆部件88

4.4.4 禁止使用电缆部件的情况89

4.5 连接器的机械结构和材料要求90

4.5.1 USB图标90

4.5.3 系列A和系列B插座91

4.5.2 USB连接器终端数据91

4.5.4 系列A和系列B插头94

4.6 电缆的机械结构和材料要求97

4.6.1 概述97

4.6.2 结构98

4.6.3 电气特性100

4.6.4 电缆环境特性101

4.6.5 列表101

4.7 电气、机械、环境一致性要求标准101

4.9 印刷电路板参考图107

4.8 USB基础107

5 USB电气特性111

5.1 信号的发送111

5.1.1 USB驱动器特性111

5.1.2 数据信号的上升沿和下降沿114

5.1.3 电缆发送信号的偏移116

5.1.4 接收器特性116

5.1.5 设备速度验证117

5.1.6 输入端特性118

5.1.7 信号的发送标准119

5.1.8 数据的编码和解码128

5.1.9 位填充128

5.1.10 同步格式131

5.1.11 数据信号的传输速率131

5.1.12 帧间距及其调节131

5.1.13 数据源信号的发送132

5.1.14 集线器信号发送时序133

5.1.15 接收端数据的抖动135

5.1.16 电缆时延137

5.1.17 电缆上的信号衰减138

5.1.19 端对端最大信号延迟139

5.1.18 总线的周转时间和内部包的延时139

5.2 供电分配140

5.2.1 设备的分类140

5.2.2 电压落差的范围145

5.2.3 挂起/唤醒期间的电压控制146

5.2.4 动态加载与卸载147

5.3 物理层149

5.3.1 控制条件149

5.3.2 总线定时/电气特征149

5.3.3 时间波形157

6.3 包字段格式161

6.3.1 包标识符字段161

6 协议层161

6.2 同步字段161

6.1 位定序161

6.3.2 地址字段163

6.3.3 帧号字段164

6.3.4 数据字段164

6.3.5 循环冗余校验164

6.4 包格式165

6.4.1 标记包165

6.4.3 数据包166

6.4.4 握手包166

6.4.2 帧起始(SOF)包166

6.4.5 握手应答(Handshake Response)168

6.5 事务格式169

6.5.1 批处理事务169

6.5.2 控制传送171

6.5.3 中断事务174

6.5.4 同步事务175

6.6.1 通过建立标记初始化176

6.6.2 成功的数据事务176

6.6 数据切换同步和重试176

6.6.3 损坏、或者不被接受的数据177

6.6.4 损坏的ACK握手177

6.6.5 低速事务178

6.7 错误检测和恢复179

6.7.1 包错误种类180

6.7.2 总线周转(Turn-around)时间180

6.7.3 错误的EOP181

6.7.4 串扰(Babble)和活性丧失(Loss of Activity)的恢复182

7.1.1 基本的设备状态183

7.1 USB设备状态183

7 USB设备架构183

7.1.2 总线标识186

7.2 通用USB设备操作187

7.2.1 动态连接与移去187

7.2.2 地址分配187

7.2.3 配置187

7.2.4 数据传送188

7.2.5 电源管理188

7.2.6 请求处理188

7.3 USB设备请求190

7.2.7 请求错误190

7.3.1 bmRequest Type域191

7.3.2 bRequest域191

7.3.3 wValue域191

7.3.4 wIndex域191

7.3.5 wLength域192

7.4 标准设备请求192

7.4.1 清除特性(ClearFeature)194

7.4.2 取得配置(GetConfiguration)194

7.4.3 取得描述符(GetDescriptor)194

7.4.5 取得状态(GetStatus)195

7.4.4 取得接口设置(GetInterface)195

7.4.6 设置地址(SetAddress)197

7.4.7 设置配置值(SetConfiguration)197

7.4.8 设置描述符(SetDescriptor)197

7.4.9 设置特性(SetFeature)197

7.4.10 设置接口(SetInterface)198

7.4.11 同步帧(SynchFrame)198

7.5 描述符198

7.6 标准描述符的定义199

7.6.1 设备199

7.6.2 配置201

7.6.3 接口202

7.6.4 端点204

7.6.5 字串206

7.7 设备类定义207

7.7.1 描述符207

7.7.2 接口与端点的使用207

7.7.3 请求207

8 USB主机：硬件与软件208

8.1 USB主机概况208

8.1.1 概论208

8.1.4 收集状态及活动统计数据211

8.1.2 控制机构211

8.1.3 数据流211

8.1.5 电气接口因素212

8.2 主机控制器功能212

8.2.1 状态处理212

8.2.2 串行-并行转换213

8.2.3 帧产生213

8.2.6 差错控制214

8.2.7 远程唤醒214

8.2.5 协议引擎214

8.2.4 数据处理214

8.2.8 根集线器215

8.2.9 主机系统接口215

8.3 软件功能概论215

8.3.1 设备配置215

8.3.2 资源管理217

8.3.3 数据传送218

8.3.4 普通数据定义218

8.4 主机控制器驱动器219

8.5 USBD220

8.5.1 USBD概况220

8.5.2 USBD命令机制221

8.5.3 USBD通道机制224

8.5.4 通过USBD机制管理USB系统226

8.5.5 USB的控制权转移228

8.6 操作系统环境228

9 集线器规范229

9.1 概述229

9.1.1 集线器结构229

9.1.2 集线器连接229

9.2 集线器帧计时器231

9.2.1 帧计数器的同步232

9.2.2 EOF1和EOF2时刻233

9.3 帧结束时的主机行为235

9.3.1 最后发给主机的包235

9.3.2 包的取消235

9.3.3 事务完成预测236

9.4 内部端口237

9.4.1 不活动状态(Inactive)237

9.4.2 挂起时延(Suspend Delay)237

9.5 下行端口238

9.4.4 产生唤醒(GResume)238

9.4.3 充分挂起(Fsus)238

9.5.1 下行端口状态描述240

9.5.2 未连接检测计时器243

9.6 上行端口243

9.6.1 接收部分243

9.6.2 发送器245

9.7 集线器中断器247

9.7.2 等待来自上行端口的包结束(WFEOPFU)249

9.7.3 等待包开始(WFSOP)249

9.7.1 等待来自上行端口的包开始(WFSOPFU)249

9.7.4 等待包结束(WFEOP)250

9.8 总线状态核定250

9.8.1 端口错250

9.8.2 速度检测250

9.8.3 冲突251

9.8.4 高速和低速行为252

9.9 挂起和唤醒253

9.10 集线器重启254

9.11 集线器端口电源管理254

9.12.1 上拉和下拉电阻256

9.12.2 沿陡峭率控制(Edge Rate Control)256

9.12 集线器I/O缓冲器需求256

9.13 集线器控制器257

9.13.1 端点组织257

9.13.2 集线器信息结构和操作257

9.13.3 端口变化信息处理过程258

9.13.4 集线器和端口状态变化位图259

9.13.5 电流过载报告和恢复261

9.14 集线器配置261

9.15 描述符263

9.15.1 标准描述符263

9.15.2 集线器类的描述符264

9.16 请求265

9.16.1 标准请求265

9.16.2 类请求266

10 USB驱动程序280

10.1 Windows操作系统对USB的支持280

10.1.1 Win 32驱动模式280

10.1.2 用户模式和内核模式281

10.2 分层驱动283

10.2.1 USB驱动程序分层结构283

10.2.2 设备和总线驱动285

10.3.1 USB驱动程序接口286

10.3 USB设备驱动程序286

10.3.2 Windows使用的设备驱动类型290

10.3.3 自定义驱动292

11 USB控制器模块应用开发295

11.1 USB控制器模块295

11.1.1 USB控制芯片主体结构295

11.1.2 USB控制模块的划分296

11.1.3 USB控制模块的要素296

11.1.4 USB控制芯片的选择297

11.1.5 常用的USB控制芯片300

11.2.1 系统结构304

11.2 USB设备模块的开发304

11.2.2 PDIUSBD12芯片特性和内部结构305

11.2.3 软体设计309

11.2.4 基于USB数据采集系统316

11.3 USB主机模块的开发321

11.3.1 USB主机和设备接口321

11.3.2 ISP1160的典型连接和软件模型323

11.3.3 基于ISP1160的数码相机的可视监控系统325

附录1 USB词汇参考328

附录2 网络资源340