USB接口是如何進(jìn)行通信的？

　　USB接口中既沒有握手信號，也沒有時(shí)鐘信號，它是怎樣進(jìn)行通信的呢？

　　我們已經(jīng)知道，傳統(tǒng)的串行口、并行口通過握手信號進(jìn)行通信，這些接口通常通過握手信號來聯(lián)絡(luò)主機(jī)和外設(shè)。我們也已經(jīng)知道，通信雙方可以同步或異步兩種方式進(jìn)行通信，兩者最大的區(qū)別是，同步通信接口中有時(shí)鐘信號線。

　　USB接口應(yīng)用很廣。可是，USB接口中既沒有握手信號，也沒有時(shí)鐘信號，它是怎樣在主機(jī)與外設(shè)之間建立聯(lián)系的呢？又是如何交換數(shù)據(jù)的呢？為了深入理解USB接口的通信過程，先介紹USB的硬件和軟件結(jié)構(gòu)。

　　從物理結(jié)構(gòu)上，USB系統(tǒng)是一個(gè)星形結(jié)構(gòu)。USB系統(tǒng)包含三類硬件設(shè)備： USB主機(jī)（USB HOST）、 USB設(shè)備（USB DEVICE）和USB集線器（USB HUB）。USB總線上的物理連接是一個(gè)分層的星形拓?fù)洌幱诿總€(gè)星形拓?fù)渲醒氲氖荋UB集線器，在主機(jī)與HUB之間，HUB與HUB之間，HUB與設(shè)備之間都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接。

　　圖5 USB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　USB HOST對USB系統(tǒng)進(jìn)行管理、每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)、發(fā)送配置請求對USB設(shè)備進(jìn)行配置、管理和恢復(fù)總線上的錯(cuò)誤。 USB HUB用于設(shè)備擴(kuò)展連接，所有USB DEVICE都連接在USB HUB的端口上。USB DEVICE接收USB總線上的所有數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)包的地址域來判斷是不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包：若地址不符，則簡單地丟棄該數(shù)據(jù)包；若地址相符，則通過響應(yīng)USB HOST的數(shù)據(jù)包與USB HOST進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　從邏輯結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)USB邏輯設(shè)備都直接與USB HOST進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)接口以硬件手段實(shí)現(xiàn)握手的方法不同，USB接口使用“軟握手”方法。

　　USB 的軟握手機(jī)制是透過三個(gè)層次的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的，在這中間起到關(guān)鍵作用的是設(shè)備驅(qū)動程序，該程序在主機(jī)與設(shè)備之間建立起至少一個(gè)管道。管道有兩種類型：流管道和消息管道。其中有一個(gè)最重要的消息管道是“缺省控制管道”，這個(gè)管道在設(shè)備一加電的時(shí)候就存在了，它提供設(shè)備的配置和狀態(tài)等信息。主機(jī)與設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)就是通過消息管道實(shí)現(xiàn)的。

　　圖6 USB軟件結(jié)構(gòu)

　　協(xié)議棧驅(qū)動程序的主要作用是將設(shè)備與相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序連接起來。因?yàn)閁SB支持的設(shè)備很多，而每個(gè)具體的設(shè)備都有自己對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序。對于某一具體設(shè)備來說，使用哪個(gè)驅(qū)動來管理，就要由協(xié)議棧驅(qū)動程序通過讀取設(shè)備描述符進(jìn)行挑選。選擇好驅(qū)動程序之后，協(xié)議棧驅(qū)動程序還要給USB設(shè)備分配地址。

　　管道建立起來之后，數(shù)據(jù)的傳輸控制則由USB接口驅(qū)動程序負(fù)責(zé)完成了。在這里，主機(jī)占有絕對主導(dǎo)權(quán)，設(shè)備只能是“聽命令行事”。設(shè)備發(fā)生事件時(shí)通過消息管道報(bào)告給主機(jī)，主機(jī)伺機(jī)向設(shè)備發(fā)送命令，開通流管道，發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包。主機(jī)與設(shè)備之間以數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行傳送，顯然這與網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞较嗤?，是一種異步數(shù)據(jù)傳輸模式。

　　來源：阿凡的博客，EDNC BLOG