USB的低層結構

USB設備
USB的設備可以接在PC上的任意的USB接口上。而使用HUB還可以擴展使更多的 USB設備連接到系統中,USB的HUB有一個(gè)上行的端口(到host),有多個(gè)的下行端口(連接其它的設備),從而可以使整個(gè)的系統可以擴展的連接 127個(gè)外設,其中HUB也酸外設。對于USB系統來(lái)說(shuō),USB的host永遠是PC邊,所有的其他連接到host都稱(chēng)為設備,在設備與設備之間是無(wú)法實(shí) 現直線(xiàn)通信的,只有通過(guò)host的管理與調節才能夠實(shí)現數據的互相傳送.在系統中,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(lèi)型的控制器:UHCI(USB host控制器接口),OHCI(開(kāi)放的host控制器接口)。Windows的USB類(lèi)驅動(dòng)程序對于每一種的控制器類(lèi)型都有一種miniclass驅動(dòng)程序來(lái)支持。

USB的物理信號
USB的電纜有四根線(xiàn),兩根傳送的是5V的電源,有一些直接和電源HUB相連的設備可 以直接利用它來(lái)供電。另外的兩根是數據線(xiàn),數據線(xiàn)是單工的,在整個(gè)的一個(gè)系統中的數據速率是一定的,要么是高速,要么是低速,沒(méi)有一個(gè)可以中間變速的設備 來(lái)實(shí)現數據碼流的變速.在這一點(diǎn)上,USB和1394有明顯的差別。
USB的總線(xiàn)可以在不使用的時(shí)候被掛起,這樣一來(lái)就可以節約能源。
在有些時(shí)候的總線(xiàn)還有可能擋機(stall),比如說(shuō)象數據傳送的時(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)現總線(xiàn)的重新工作。

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

Transactions（數據交換）
一個(gè)transaction是在host和設備（device)之間的不連續相互數據 交換，通常由host開(kāi)始交換，交換的開(kāi)始是由Token的包開(kāi)始的，接下來(lái)是雙方向上的數據包，在數據包傳送完之后，就會(huì )由設備（device）返回一 個(gè)握手（handshake)包。USB系統通過(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備必須通過(guò)上面形式的包來(lái)回應這種形式的指定。每個(gè)SETUP的包包含8個(gè)byte的數據，數據用來(lái)指示傳送 的數據類(lèi)型。對于DATA數據包來(lái)說(shuō)，設置兩種類(lèi)型的數據包是為了能夠在傳送數據的時(shí)候做到更加的精確。ACK handshake的包用來(lái)指示數據傳送的正確性，而STALL handshake則表示數據包在傳送的過(guò)程中出了故障，并且請示host重新發(fā)數據或者清除這次傳送。PRE格式的包主要是用在在一個(gè)USB的系統中如 果存在不同速率的設備的時(shí)候，將不同于總線(xiàn)速度的設備中就會(huì )回應一個(gè)PRE的包從而會(huì )忽略該設備。
各種不同類(lèi)型的包的大小是不同的，DATA的數據包最大是1023bytes.

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

Power
每個(gè)設備可以從總線(xiàn)上獲得100mA的電流，如果特殊的向系統申請，最多可以獲得500mA的電流，在掛機的狀態(tài)下，電流只有500uA.

驅動(dòng)程序的安裝步驟
Windows用設備描述字或者接口描述字來(lái)了解到底是什么樣的設備被接入到系統。 Windows初始化的Hardware ID中有設備提供商的ID域（IDVendor,IDProduct,和BCDDevice）。如果你沒(méi)有向系統提供一個(gè)INF文件的話(huà)，系統就會(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(mǎi)了一個(gè)Rockswell的Modem，而你使用標準Modem的驅動(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，就像中國足球........我在九四年就發(fā)誓不再為中國足球惱火，可是俺前不久還是罵了 一下那個(gè)叫章魚(yú)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)物理設備可以使用許多不同的pipe
實(shí)時(shí)性 可以實(shí)現和一個(gè)設備之間有效的實(shí)時(shí)通信
動(dòng)態(tài)性 可以實(shí)現接口間的動(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的使用使基系統的建立和配置變得自動(dòng)并且快速