USB的低層結(jié)構(gòu)

USB設(shè)備
USB的設(shè)備可以接在PC上的任意的USB接口上。而使用HUB還可以擴(kuò)展使更多的 USB設(shè)備連接到系統(tǒng)中,USB的HUB有一個(gè)上行的端口(到host),有多個(gè)的下行端口(連接其它的設(shè)備),從而可以使整個(gè)的系統(tǒng)可以擴(kuò)展的連接 127個(gè)外設(shè),其中HUB也酸外設(shè)。對(duì)于USB系統(tǒng)來(lái)說(shuō),USB的host永遠(yuǎn)是PC邊,所有的其他連接到host都稱為設(shè)備,在設(shè)備與設(shè)備之間是無(wú)法實(shí) 現(xiàn)直線通信的,只有通過(guò)host的管理與調(diào)節(jié)才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳送.在系統(tǒng)中,通常會(huì)有一個(gè)根HUB,這個(gè)HUB一般有兩個(gè)下行的端口。
一個(gè)PC可以擁有一個(gè)或多個(gè)的USB host控制器。一般有兩種類型的控制器:UHCI(USB host控制器接口),OHCI(開放的host控制器接口)。Windows的USB類驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ诿恳环N的控制器類型都有一種miniclass驅(qū)動(dòng)程序來(lái)支持。

USB的物理信號(hào)
USB的電纜有四根線,兩根傳送的是5V的電源,有一些直接和電源HUB相連的設(shè)備可 以直接利用它來(lái)供電。另外的兩根是數(shù)據(jù)線,數(shù)據(jù)線是單工的,在整個(gè)的一個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)速率是一定的,要么是高速,要么是低速,沒有一個(gè)可以中間變速的設(shè)備 來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)碼流的變速.在這一點(diǎn)上,USB和1394有明顯的差別。
USB的總線可以在不使用的時(shí)候被掛起,這樣一來(lái)就可以節(jié)約能源。
在有些時(shí)候的總線還有可能擋機(jī)(stall),比如說(shuō)象數(shù)據(jù)傳送的時(shí)候突然被打斷，這個(gè)時(shí)候通過(guò)host的重新配置可以實(shí)現(xiàn)總線的重新工作。

低層協(xié)議
USB的物理協(xié)議規(guī)定了大多數(shù)的在總線上的數(shù)據(jù)格式，通常一個(gè)全速的數(shù)據(jù)楨可以最多有的1500bytes,而對(duì)于低速的楨最多有187bytes。
楨通常是用來(lái)分配帶寬給不同的數(shù)據(jù)傳送方式。同時(shí)由于楨結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，楨的這種特性也可以用來(lái)做同步信號(hào)來(lái)使用。
一個(gè)最小的USB的數(shù)據(jù)塊叫做包(packet)，包包括同步信號(hào)，包標(biāo)識(shí)（packet ID)，CRC和傳送的數(shù)據(jù)。Packet ID共有以下十種：
token OUT IN SOF SETUP
data DATA0 DATA1
handshake ACK NAK STALL
special PRE

Transactions（數(shù)據(jù)交換）
一個(gè)transaction是在host和設(shè)備（device)之間的不連續(xù)相互數(shù)據(jù) 交換，通常由host開始交換，交換的開始是由Token的包開始的，接下來(lái)是雙方向上的數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包傳送完之后，就會(huì)由設(shè)備（device）返回一 個(gè)握手（handshake)包。USB系統(tǒng)通過(guò)IN,OUT,和SETUP的包來(lái)指定USB地址和endpoint（最多是128個(gè)，0通常被用來(lái)用做 缺省的傳送配置信息的）,并且這些被指定的設(shè)備必須通過(guò)上面形式的包來(lái)回應(yīng)這種形式的指定。每個(gè)SETUP的包包含8個(gè)byte的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)用來(lái)指示傳送 的數(shù)據(jù)類型。對(duì)于DATA數(shù)據(jù)包來(lái)說(shuō)，設(shè)置兩種類型的數(shù)據(jù)包是為了能夠在傳送數(shù)據(jù)的時(shí)候做到更加的精確。ACK handshake的包用來(lái)指示數(shù)據(jù)傳送的正確性，而STALL handshake則表示數(shù)據(jù)包在傳送的過(guò)程中出了故障，并且請(qǐng)示host重新發(fā)數(shù)據(jù)或者清除這次傳送。PRE格式的包主要是用在在一個(gè)USB的系統(tǒng)中如 果存在不同速率的設(shè)備的時(shí)候，將不同于總線速度的設(shè)備中就會(huì)回應(yīng)一個(gè)PRE的包從而會(huì)忽略該設(shè)備。
各種不同類型的包的大小是不同的，DATA的數(shù)據(jù)包最大是1023bytes.

Start of Frame(SOF)
SOF是host用來(lái)指示frame的開頭的。SOF的包包括11個(gè)bit的楨序號(hào)，從0到0X7FF(i.e. USBD_ISO_START_FRAME_RANGE-1)，SOF對(duì)于所有的高速設(shè)備來(lái)說(shuō)是有效的。

Power
每個(gè)設(shè)備可以從總線上獲得100mA的電流，如果特殊的向系統(tǒng)申請(qǐng)，最多可以獲得500mA的電流，在掛機(jī)的狀態(tài)下，電流只有500uA.

驅(qū)動(dòng)程序的安裝步驟
Windows用設(shè)備描述字或者接口描述字來(lái)了解到底是什么樣的設(shè)備被接入到系統(tǒng)。 Windows初始化的Hardware ID中有設(shè)備提供商的ID域（IDVendor,IDProduct,和BCDDevice）。如果你沒有向系統(tǒng)提供一個(gè)INF文件的話，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)選 擇提供一個(gè)兼容ID（可能不是工作得很好，就像你買了一個(gè)Rockswell的Modem，而你使用標(biāo)準(zhǔn)Modem的驅(qū)動(dòng)程序，你的Modem可能會(huì)工作 的有很多的毛病，也可能跑得飛快，電腦的事情，什么都可能發(fā)生，就像中國(guó)足球........我在九四年就發(fā)誓不再為中國(guó)足球惱火，可是俺前不久還是罵了 一下那個(gè)叫章魚鱗的小伙子，怎么就.......好歹還是一孩子，就原諒一回吧，哎!）

USB的新特性
共享性 一個(gè)物理設(shè)備可以使用許多不同的pipe
實(shí)時(shí)性 可以實(shí)現(xiàn)和一個(gè)設(shè)備之間有效的實(shí)時(shí)通信
動(dòng)態(tài)性 可以實(shí)現(xiàn)接口間的動(dòng)態(tài)切換
聯(lián)合性 不同的而又有相近的特性的接口可以聯(lián)合起來(lái)，
多能性 各個(gè)不同的接口可以使用不同的供電模式
自動(dòng)性 缺省的pipe的使用使基系統(tǒng)的建立和配置變得自動(dòng)并且快速