USB入門系列之二 —— USB的連接模型

USB是一種主從結(jié)構(gòu)。主機(jī)叫做Host，從機(jī)叫做Device（也叫做設(shè)備），集線器也被當(dāng)作一種特殊的設(shè)備處理。USB的數(shù)據(jù)交換只能發(fā)生在主機(jī)和設(shè)備之間，主機(jī)和主機(jī)，設(shè)備和設(shè)備之間不能互連。為了在物理上區(qū)分主機(jī)和設(shè)備，使用了不同的插頭和插座，這個(gè)在USB的連接器一節(jié)中會(huì)講到。所有的數(shù)據(jù)傳輸都由主機(jī)主動(dòng)發(fā)起，而設(shè)備只是被動(dòng)的負(fù)責(zé)應(yīng)答。例如，在讀數(shù)據(jù)時(shí)，USB先發(fā)出讀命令，設(shè)備收到該命令后，才返回?cái)?shù)據(jù)。在USB OTG中，一個(gè)設(shè)備可以在從機(jī)和主機(jī)之間切換，這樣就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的連接，大大增加了USB的使用范圍。但這時(shí)依然沒有脫離這種主從關(guān)系，兩個(gè)設(shè)備之間必然有一個(gè)作為主機(jī)，另一個(gè)作為從機(jī)。USB OTG增加了一種MINI USB接頭，比普通的4線USB多了一個(gè)ID表識(shí)線，用來表明它是主機(jī)還是設(shè)備，這個(gè)以后會(huì)講到。

USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為金字塔型。由一個(gè)USB主控制器出發(fā)，下面接USB集線器，USB集線器將一個(gè)USB口擴(kuò)展為多個(gè)USB口，多個(gè)USB口又可以通過集線器為更多個(gè)接口。但USB協(xié)議中對(duì)集線器的層數(shù)是有限制的，USB1.1規(guī)定最多為4層，USB2.0規(guī)定最多為6層。理論上，一個(gè)USB主控制器最多可接127個(gè)設(shè)備，這是由數(shù)據(jù)包中的7位地址位決定的，但是實(shí)際上不會(huì)接這么多的設(shè)備。我們所說的一個(gè)USB主控制器可以連接多個(gè)USB設(shè)備，并不是直接簡單的將多個(gè)設(shè)備并聯(lián)或者串聯(lián)，而是要由集線器負(fù)責(zé)端口擴(kuò)展，才能連接更多的設(shè)備。在我們的電腦上，也有一個(gè)（或者多個(gè)，視USB主控制器的個(gè)數(shù)而定）集線器，它叫做根集線器，直接連在USB主控制器上。在設(shè)備管理器中，我們可以看到USB主控制器和根集線器。如下圖所示。USB數(shù)據(jù)傳輸路徑如下：USB主控制器發(fā)出數(shù)據(jù)包，通過根集線器，再通過下面的集線器（如果有的話），再發(fā)給USB設(shè)備；設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)，交給它上層的集線器，上層的集線器再交給更上層的集線器，直到USB主控制器為止。而USB主控制器就可以跟CPU打交道了。在標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)上，USB主控制器是掛在PCI總線上的。在Windows中，USB由各種驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)管理，最后由驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生功能設(shè)備(FDO)，這就是我們所看到的實(shí)際設(shè)備了。我們的應(yīng)用程序就可以通過Windows提供的各種API進(jìn)行訪問USB設(shè)備了，例如CreateFile，ReadFile，DeviceIOControl等等。

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