USB及其設(shè)備開發(fā)

USB(Universal Serial Bus)通用串行總線。是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為解決傳統(tǒng)總線的不足而推廣的一種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。同時(shí)USB又是一種通信協(xié)議，支持主系統(tǒng)與其外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。

1 USB的特點(diǎn)

(1)速度快

USB接口的傳輸速度高達(dá)4 80 Mb／s，和串口11 5 200 b／s的速度相比，相當(dāng)于串口速度的4 ooO多倍，完全能滿足需要大量數(shù)據(jù)交換的外設(shè)的要求。

(2)使用方便，支持熱插拔

其設(shè)備單獨(dú)使用自己的保留中斷，不會(huì)同其他設(shè)備爭奪PC機(jī)資源，不會(huì)涉及IRQ沖突問題。其驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件可自啟動(dòng)。

(3)無需外接電源

一些采用普通串口或并口設(shè)備比如打印機(jī)、掃描儀等都需要相應(yīng)的外接電源系統(tǒng)，而USB外部設(shè)備直接利用USB接口提供的電源，能向低壓設(shè)備提供5 V的電源，無需外接專門的交流電源。

(4)連接靈活

USB接口支持多個(gè)不同設(shè)備的串列連接，1個(gè)USB口理論上可連接127個(gè)USB設(shè)備。連接方式既可使用串行連接,也可通過中樞轉(zhuǎn)接頭(即Hub)把多個(gè)設(shè)備連接在一起再和PC機(jī)的USB口相連接。

2 USB接口針腳和信號定義

USB使用一個(gè)4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭。通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來，并且不會(huì)損失帶寬。USB接口針腳如圖1所示。

3.USB的結(jié)構(gòu)及傳輸方式

3．1 USB的結(jié)構(gòu)

USB采用菊花鏈結(jié)構(gòu)，最多可以同時(shí)連接1 2 7臺(tái)設(shè)備，由總線提供電源，并有檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能以保證數(shù)據(jù)正確傳輸。usB規(guī)范將uSB分為5個(gè)部分：控制器、控制器驅(qū)動(dòng)程序、USB芯片驅(qū)動(dòng)程序、USB設(shè)備以及針對不同USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。

(1)控制器 主要負(fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動(dòng)程序發(fā)出的命令。

(2)控制器驅(qū)動(dòng)程序 在控制器與USB設(shè)備之間建立通信信道。

(3)USB芯片驅(qū)動(dòng)程序 提供對USB的支持。

(4)USB設(shè)備 包括與PC相連的USB外圍設(shè)備，分為2類：一類設(shè)備本身可再接其他USB外圍設(shè)備；另一類設(shè)備本身不可再連接其他外圍設(shè)備。前者稱為集線器，后者稱為設(shè)備?；蛘哒f，集線器帶有連接其他外圍設(shè)備的USB端口，而設(shè)備則是連接在計(jì)算機(jī)上用來完成特定功能并符合USB規(guī)范的設(shè)備單元，如鼠標(biāo)、鍵盤等。

(5)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 就是用來驅(qū)動(dòng)USB設(shè)備的程序，通常由操作系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供。

3．2 USB的傳輸方式

針對設(shè)備對系統(tǒng)資源需求的不同，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式：

(1)等時(shí)傳輸方式 該方式用來連接需要連續(xù)傳輸，且對數(shù)據(jù)的正確性要求不高而高而對時(shí)間極為敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、音箱以及電話等。等時(shí)傳輸方式以固定的傳輸速率連續(xù)不斷地在主機(jī)與USB設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，USB并不處理這些錯(cuò)誤，而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)。

(2)中斷傳輸方式 該方式傳送的數(shù)據(jù)量很小，但這些數(shù)據(jù)需要及時(shí)處理，以達(dá)到實(shí)時(shí)效果，此方式主要用在鍵盤、鼠標(biāo)以及游戲手柄等外部設(shè)備上。

(3)控制傳輸方式 該方式用來處理主機(jī)USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。包括設(shè)備控制指令、設(shè)備狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令。當(dāng)USB設(shè)備收到這些數(shù)據(jù)和命令后，將依據(jù)先進(jìn)先出的原則按隊(duì)列方式處理到達(dá)的數(shù)據(jù)。

(4)批傳輸方式 該方式用來傳輸要求正確無誤的數(shù)據(jù)。通常打印機(jī)、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)以這種方式與主機(jī)連接。

在這4種數(shù)據(jù)傳輸方式中，除等時(shí)傳輸方式外，其他3種方式在數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，都會(huì)試圖重新發(fā)送數(shù)據(jù)以保證其準(zhǔn)確性。

4 USB接口標(biāo)準(zhǔn)

從1 9 94年11月11 IEI發(fā)布了USB V0．7版本以后，USB版本經(jīng)歷了6年的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)到了2．0的版本。

USB 1．1標(biāo)準(zhǔn)接VI傳輸速率為1 2 Mb／s，理論上可以支持1 27個(gè)裝置，通過USB Hub即USB擴(kuò)展器連接多個(gè)周邊設(shè)備，連接線纜的最大長度為5 m。

COMPAQ，Hewlett Packard， Intel，Lucent，Microsoft，NEC和Philips這7家廠商聯(lián)合制定了USB 2·0接口標(biāo)準(zhǔn)。USB 2．0將設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度增加到了480 Mb／s，~gUSB 1．1標(biāo)準(zhǔn)快40倍左右，速度的提高對于用戶的最大好處是可以使用更高效的外部設(shè)備，而且具有多種速度的周邊設(shè)備都可以連接到USB 2．0的線路上，不像USB 1．1時(shí)代，因?yàn)楦邘捠沟酶嗟脑O(shè)備無需擔(dān)心數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)生瓶頸效應(yīng)。USB 2．0可以使用原來USB定義中同樣規(guī)格的線纜，接頭的規(guī)格也完全相同，在高速的前提下同樣保持了USB 1．1的優(yōu)秀特色，也保證了向下兼容。