USB及其設備開(kāi)發(fā)

USB(Universal Serial Bus)通用串行總線(xiàn)。是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為解決傳統總線(xiàn)的不足而推廣的一種新型的通信標準。該總線(xiàn)接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為現代數據傳輸的發(fā)展趨勢。同時(shí)USB又是一種通信協(xié)議，支持主系統與其外設之間的數據傳送。

1 USB的特點(diǎn)

(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(mǎn)足需要大量數據交換的外設的要求。

(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(huì )同其他設備爭奪PC機資源，不會(huì )涉及IRQ沖突問(wèn)題。其驅動(dòng)程序和應用軟件可自啟動(dòng)。

(3)無(wú)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，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(wú)需外接專(zhuān)門(mén)的交流電源。

(4)連接靈活

USB接口支持多個(gè)不同設備的串列連接，1個(gè)USB口理論上可連接127個(gè)USB設備。連接方式既可使用串行連接,也可通過(guò)中樞轉接頭(即Hub)把多個(gè)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(gè)4針插頭作為標準插頭。通過(guò)這個(gè)標準插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設連接起來(lái)，并且不會(huì )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(shí)連接1 2 7臺設備，由總線(xiàn)提供電源，并有檢錯、糾錯功能以保證數據正確傳輸。usB規范將uSB分為5個(gè)部分：控制器、控制器驅動(dòng)程序、USB芯片驅動(dòng)程序、USB設備以及針對不同USB設備的驅動(dòng)程序。

(1)控制器 主要負責執行由控制器驅動(dòng)程序發(fā)出的命令。

(2)控制器驅動(dòng)程序 在控制器與USB設備之間建立通信信道。

(3)USB芯片驅動(dòng)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(lèi)：一類(lèi)設備本身可再接其他USB外圍設備；另一類(lèi)設備本身不可再連接其他外圍設備。前者稱(chēng)為集線(xiàn)器，后者稱(chēng)為設備?；蛘哒f(shuō)，集線(xiàn)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(lái)完成特定功能并符合USB規范的設備單元，如鼠標、鍵盤(pán)等。

(5)設備驅動(dòng)程序 就是用來(lái)驅動(dòng)USB設備的程序，通常由操作系統或USB設備制造商提供。

3．2 USB的傳輸方式

針對設備對系統資源需求的不同，在USB規范中規定了4種不同的數據傳輸方式：

(1)等時(shí)傳輸方式 該方式用來(lái)連接需要連續傳輸，且對數據的正確性要求不高而高而對時(shí)間極為敏感的外部設備，如麥克風(fēng)、音箱以及電話(huà)等。等時(shí)傳輸方式以固定的傳輸速率連續不斷地在主機與USB設備之間傳輸數據，在傳送數據發(fā)生錯誤時(shí)，USB并不處理這些錯誤，而是繼續傳送新的數據。

(2)中斷傳輸方式 該方式傳送的數據量很小，但這些數據需要及時(shí)處理，以達到實(shí)時(shí)效果，此方式主要用在鍵盤(pán)、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(lái)處理主機USB設備的數據傳輸。包括設備控制指令、設備狀態(tài)查詢(xún)及確認命令。當USB設備收到這些數據和命令后，將依據先進(jìn)先出的原則按隊列方式處理到達的數據。

(4)批傳輸方式 該方式用來(lái)傳輸要求正確無(wú)誤的數據。通常打印機、掃描儀和數碼相機以這種方式與主機連接。

在這4種數據傳輸方式中，除等時(shí)傳輸方式外，其他3種方式在數據傳輸發(fā)生錯誤時(shí)，都會(huì )試圖重新發(fā)送數據以保證其準確性。

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(gè)裝置，通過(guò)USB Hub即USB擴展器連接多個(gè)周邊設備，連接線(xiàn)纜的最大長(cháng)度為5 m。

COMPAQ，Hewlett Packard， Intel，Lucent，Microsoft，NEC和Philips這7家廠(chǎng)商聯(lián)合制定了USB 2·0接口標準。USB 2．0將設備之間的數據傳輸速度增加到了480 Mb／s，~gUSB 1．1標準快40倍左右，速度的提高對于用戶(hù)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(xiàn)路上，不像USB 1．1時(shí)代，因為高帶寬使得更多的設備無(wú)需擔心數據傳輸時(shí)發(fā)生瓶頸效應。USB 2．0可以使用原來(lái)USB定義中同樣規格的線(xiàn)纜，接頭的規格也完全相同，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。