USB及其設備開發(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準。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。同時USB又是一種通信協(xié)議，支持主系統(tǒng)與其外設之間的數(shù)據(jù)傳送。

1 USB的特點

(1)速度快

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

(2)使用方便，支持熱插拔

其設備單獨使用自己的保留中斷，不會同其他設備爭奪PC機資源，不會涉及IRQ沖突問題。其驅動程序和應用軟件可自啟動。

(3)無需外接電源

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

(4)連接靈活

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

2 USB接口針腳和信號定義

USB使用一個4針插頭作為標準插頭。通過這個標準插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設連接起來，并且不會損失帶寬。USB接口針腳如圖1所示。

3.USB的結構及傳輸方式

3．1 USB的結構

USB采用菊花鏈結構，最多可以同時連接1 2 7臺設備，由總線提供電源，并有檢錯、糾錯功能以保證數(shù)據(jù)正確傳輸。usB規(guī)范將uSB分為5個部分：控制器、控制器驅動程序、USB芯片驅動程序、USB設備以及針對不同USB設備的驅動程序。

(1)控制器 主要負責執(zhí)行由控制器驅動程序發(fā)出的命令。

(2)控制器驅動程序 在控制器與USB設備之間建立通信信道。

(3)USB芯片驅動程序 提供對USB的支持。

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

(5)設備驅動程序 就是用來驅動USB設備的程序，通常由操作系統(tǒng)或USB設備制造商提供。

3．2 USB的傳輸方式

針對設備對系統(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間極為敏感的外部設備，如麥克風、音箱以及電話等。等時傳輸方式以固定的傳輸速率連續(xù)不斷地在主機與USB設備之間傳輸數(shù)據(jù)，在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時，USB并不處理這些錯誤，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)需要及時處理，以達到實時效果，此方式主要用在鍵盤、鼠標以及游戲手柄等外部設備上。

(3)控制傳輸方式 該方式用來處理主機USB設備的數(shù)據(jù)傳輸。包括設備控制指令、設備狀態(tài)查詢及確認命令。當USB設備收到這些數(shù)據(jù)和命令后，將依據(jù)先進先出的原則按隊列方式處理到達的數(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、掃描儀和數(shù)碼相機以這種方式與主機連接。

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

4 USB接口標準

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標準接VI傳輸速率為1 2 Mb／s，理論上可以支持1 27個裝置，通過USB Hub即USB擴展器連接多個周邊設備，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接口標準。USB 2．0將設備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度增加到了480 Mb／s，~gUSB 1．1標準快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備，而且具有多種速度的周邊設備都可以連接到USB 2．0的線路上，不像USB 1．1時代，因為高帶寬使得更多的設備無需擔心數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)生瓶頸效應。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。