USB接口实验指南.doc

USB接口实验
USB串行接口简介:
全速USB是一个传输速率可达12Mbps的通用串行总线接口,目前应用已十分广泛,具有既插即用的功能,可以由不同的外围设备共享这个串行接口总线。在USB总线上必须有一个主控制机,掌握所有的主控权,负责对各个外围设备发出各种命令,其它设备为从设备。USB是以令牌为主的通信协议,通过集线器连接在USB上,主机在总线上发布一种令牌,符合这个令牌地址的设备会作出相应的操作。USB以树型结构最多可连接127个设备,一个设备内部最多包含16个端点,每个端点有自己的缓冲区。USB的传输最终落实在主机到端点的传输。
USB物理拓扑结构:
USB物理拓扑结构图
USB管线与端点的概念
连接到每一个设备的小管线,一个系统最多有127个设备
PC
主机
大USB管线
连接到每个端点的微管线,一个设备最多有16个端点,端点零是控制端点。
USB系统的通信模型
主机物理设备
应用
客户软件
USB
逻辑设备
USB
系统软件
USB
总线接口
USB
主机控制器
图4—1 USB主机/设备的简单模型
USB硬件 USB主控制器
USB集线器
USB设备
通用性USB软件 USB设备驱动程序
USB驱动程序
USB控制器驱动程序
电气特性:
USB 的电缆
USB传送信号和电源是通过一种四线的电缆,下图中的 D+ 和 D- 这两根线是用于发送信号。存在两种数据传输率:
·USB的高速信号的比特率定为12Mbps;
·;
电缆中还包括VBUS、GND二条线,向设备提供电源。VBUS使用+5V电源。USB对电缆长度的要求很宽,最长可为几米。为了保证足够的输入电压和终端阻抗。重要的终端设备应位于电缆的尾部。在每个端口都可检测终端是否连接或分离,并区分出高速,或低速设备。
信号传输
a 数据编码
USB串行数据是用NRZI进行编码的,编码过程是在USB数据线进行传输之前进行的。
差分驱动器电缆差分驱动器
NRZI编码 D+ NRZI编码
D-

b 信息包格式
所有的USB数据都是使用信息包(packet)来传送,信息包是使用定义格式的区块信息,信息包内包含字段,每一个字段包含特定信息,信息包的字段类型包括:
1、SYNC 同步字段 8位
2、PID 信息包标识符号, 8位,0~3用来识别类型,4~7是这些位的1的补码,用来检查错误。PID有16种类型。
PID的类型:
令牌 out 0001
in 1001
sof 0101
setup 1101b
数据 data0 0011b
data1 1011b
data2 0111b
Mdata 1111b
联络 ACK 0010b
NAK 1010b
STALL 1110b
NYET 0110b
特殊 PRE 1100b
ERR 1100b
SPLIT 1000b
PING 0100b
保留 0000b

3、地址地址字段有7位,用来识别主机与之通信的设备的地址
4、端点端点字段4位,用来识别设备中的端点号码。
5、贞号码贞号码有11位,用来识别特定的贞
6、数据数据字段有0~1024个字节的大小,视传输类型、事物中的数据量而定
CRC
以下是组成执行USB通信协议所须的各种信息封包类型

令牌信息包
8位
8位
7位
4位
5位
SYNC
PID
ADDR
ENDP
CRCS
数据信息包
8位
8位
0~1023位
16位
SYNC
PID
DATA
CRC16

联络信息包
8位
8位
SYNC
PID
USB传输
USB的传输包含一个或多个事物,每一个事物可以有三个部分组成,这三个部分依序分别是令牌、数据、联络,每一个部分包含一个或两个信息包,每一个信息包是以信息包标识符(PACKET ID,PID)开头,用来作为识别之用,依据事物种类的不同,PID后面可能接着地址、数据、状态信息,或是一个帧号码,以及错误校验位。
每一个传输

………..
事物
事物
事物
事物

数据
联络
令
牌
联络
数据
令
牌
………….
传输类型: a、控制型传输: 设定阶段
数据阶段(可选)
状态阶段
* 控制传输属双向传输,用来支持主机与设备之间的配置,命令、或状态的通信,控制传输的端点必需是零端点。USB的初始配置都是在零端点进行的。
b、中断型传输:属于单项传输并仅从设备到主机。
c、批量传输:属于单项或双向传输。
d、实时性传输:可以是单项或双向。
USB的标