USB 小知識

1、即插即用(Plug-and-Play)
USB 比較于其他傳統(tǒng)接口的一個優(yōu)勢是即插即用的實現(xiàn)，即插即用（Plug-and-Play ）也可以叫做熱插拔（Hot Plugging）。對于用戶來講，第一次插入USB 外設，自動或手動安裝驅(qū)動程序，他就應該可以使用這個外設了，這是很友好的用戶體驗。如果操作系統(tǒng)提示你重新啟動電腦，說明這個外設沒有實現(xiàn)即插即用，從嚴格意義上來講，這并不是一個USB 的外設。如果告訴用戶這是應該的，就是在欺騙用戶。
對于微軟來說，如果外設沒有實現(xiàn)即插即用，就無法獲得WHQL 認證。而對于USB IF（USB 實現(xiàn)者論壇）來說，如果外設沒有實現(xiàn)即插即用，就無法獲得USB 的認證，不能使用USB 的標識。這個標識可以在USB 的官方網(wǎng)站www.usb.org 看到（本文的下面也有），由于在USB2.0 規(guī)范發(fā)布之后，USB IF 改變了原先的標識，有些制造商仍使用原先的標識，這其實也是在欺騙用戶。
USB 的外設有很多，其中有很多外設有相似的特性，這些外設被歸為某一類，例如鍵盤、鼠標等為HID 類，音響產(chǎn)品為Audio 類，硬盤、CD-ROM 、Flash 為Mass Storage 類。微軟為一些常用類提供了類驅(qū)動程序，如果一個外設設計滿足該類的規(guī)范，在第一次插入PC 時，操作系統(tǒng)可以自動識別到，并且自動調(diào)用該類驅(qū)動程序，這就是所謂的自動安裝。目前Windows 能支持的類驅(qū)動程序只有HID、Audio 和Mass Storage，除此之外制造商必須提供自己的驅(qū)動程序。很不幸，USB 轉(zhuǎn)串口的應用就屬于這種情況，這就需要所謂的手動安裝。手動安裝有兩種可能，一種是在第一次插入USB 時，系統(tǒng)會提示用戶安裝驅(qū)動程序，用戶可以根據(jù)彈出窗口的提示進行安裝，這時可能需要用戶做一些搜索，有些用戶可能會覺得這樣不太方便；所以另一種方法是提供一個安裝程序，將所有有關(guān)的應用/驅(qū)動程序打包在一起，一次性安裝完成。如果驅(qū)動程序沒有獲得WHQL 認證，在安裝過程中需要用戶用鼠標點擊一到二次“繼續(xù)”和“完成”；而如果驅(qū)動程序獲得WHQL 認證，就無需這么麻煩，這也可稱為安靜安裝（Silent Install）。
2、USB 多串口協(xié)議(UMP)
在安裝USB 轉(zhuǎn)串口設備時，用戶發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)二個步驟，一個是在接口（并串口）下有一個USB 設備，另一個就是USB 多串口協(xié)議（UMP）。其實這是正確的，首先USB 轉(zhuǎn)串口的設備是用來模擬一個串口（COM ），所以是一個虛擬的COM 口；其次這是一個USB 轉(zhuǎn)串口的橋，它必須遵循USB 多串口協(xié)議。
在外設的“設備描述器”（Device Description）中，這個設備是一個USB 轉(zhuǎn)串口的橋，每次外設接入時，操作系統(tǒng)會去讀這個“設備描述器”來了解接入的是什么設備，并把它加入到“設備管理器”中（Device Manager）。這是第一步，之后操作系統(tǒng)知道這個外設是要實現(xiàn)一個虛擬的串口，所以在COM 下會加上USB 設備。
有一些應用中，只出現(xiàn)一個虛擬串口，而沒有USB 多串口協(xié)議。其實這是在驅(qū)動程序上作了手腳，屏蔽了很關(guān)鍵的第一步，沒有向操作系統(tǒng)報告設備的屬性。這樣做看似簡單了，但根本沒有可能獲得WHQL 認證，也無法得到USB 的認證。
3、500mA 的總線供電模式
USB 的規(guī)范中規(guī)定一個USB 的根集線器（root hub）最多只能提供500mA 的電流，這一方面是為了減輕PC 機的負擔，另一方面是保護USB 的主控制器（Host Controller），目前USB 主控制器往往集成在南橋中。理論上來講，任何一個USB Hub 應該使用一個電源開關(guān)來防止過電流，但目前至少有10%以上的主板沒有使用電源開關(guān)或使用一些低性能的元器件以節(jié)省成本。
當外設需要多于500mA 的電流時，就需要采用自供電模式了。這對于USB 硬盤的應用是一個瓶頸，也是一個挑戰(zhàn)。2.5 英寸以上的硬盤本身就需要超過500mA，所以必須自供電，自供電可以使用電池，也可以使用穩(wěn)壓源，這對于移動設備來說都不是理想的方法。有一種折衷的方法是連接兩個USB 口，可以獲得兩倍的電流-1A 。這是沒有辦法的辦法，同樣無法WHQL 和USB 認證。操作起來也很麻煩，必須先接上供電口，再接上設備口等等。
好消息是硬盤的尺寸越來越小型化，耗電越來越省。1.8、1.5、1 英寸的硬盤已被廣泛應用，性能越來越穩(wěn)定，這些硬盤的耗電在300mA 之內(nèi)，如果USB 控制芯片的耗電能控制在200mA 之內(nèi)，就可以真正實現(xiàn)由總線來供電。TI 的TUSB6250 就是業(yè)界第一片實現(xiàn)總線供電的USB2.0 高速（480Mbps）轉(zhuǎn)ATA/ATAPI 的解決方案。

4、USB 與ATA/ATAPI 的沖突
USB 轉(zhuǎn)ATA/ATAPI 橋的控制器存在一些內(nèi)在的沖突，原因在于橋的兩邊都試圖要控制橋本身，例如USB 和ATA/ATAPI 都向往橋發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)，可以把這稱為競爭，這時候橋無法解決優(yōu)先權(quán)的話，數(shù)據(jù)的傳送就停了下來。更嚴重的是橋還無法把這種狀況通知PC 機和硬盤，PC 機和硬盤仍然不斷地嘗試，卻沒有出錯信息提示給用戶，用戶就會很困惑，不知道發(fā)生了什么情況。這時候除了關(guān)機重新啟動電腦，別無他法。
USB 的Mass Storage 類規(guī)范共總結(jié)出13 種不同的沖突，這些沖突從標準本身已無法解決，只能用硬件或軟件的方法來解決。TI 的TUSB6250 就很好地處理和解決了這個難題，其實就是增加了對競爭的仲裁，解決了優(yōu)先權(quán)的判斷，在同一時間只允許一個控制邏輯來控制總線，不會發(fā)生總線的堵塞。