通用串行總線(xiàn)接口USB

　　基本特性

　　1.USB的硬件結構

　　USB采用四線(xiàn)電纜，其中兩根是用來(lái)傳送數據的串行通道，另兩根為下游（Downstream)設備提供電源，對于高速且需要高帶寬的外設，USB以全速12Mbps的傳輸數據；對于低速外設，USB則以1.5Mbps的傳輸速率來(lái)傳輸數據。USB總線(xiàn)會(huì )根據外設情況在兩種傳輸模式中自動(dòng)地動(dòng)態(tài)轉換。USB是基于令牌的總線(xiàn)。類(lèi)似于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò )或FDDI基于令牌的總線(xiàn)。USB主控制器廣播令牌，總線(xiàn)上設備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過(guò)接收或發(fā)送數據給主機來(lái)響應。USB通過(guò)支持懸掛/恢復操作來(lái)管理USB總線(xiàn)電源。USB系統采用級聯(lián)星型拓撲，該拓撲由三個(gè)基本部分組成：主機（Host)，集線(xiàn)器（Hub)和功能設備。

　　主機，也稱(chēng)為根，根結或根Hub，它做在主板上或作為適配卡安裝在計算機上，主機包含有主控制器和根集線(xiàn)器（Root Hub)，控制著(zhù)USB總線(xiàn)上的數據和控制信息的流動(dòng)，每個(gè)USB系統只能有一個(gè)根集線(xiàn)器，它連接在主控制器上。
　　集線(xiàn)器是USB結構中的特定成分，它提供叫做端口（Port)的點(diǎn)將設備連接到USB總線(xiàn)上，同時(shí)檢測連接在總線(xiàn)上的設備，并為這些設備提供電源管理，負責總線(xiàn)的故障檢測和恢復。集線(xiàn)可為總線(xiàn)提供能源，亦可為自身提供能源（從外部得到電源），自身提供能源的設備可插入總線(xiàn)提供能源的集線(xiàn)器中，但總線(xiàn)提供能源的設備不能插入自身提供能源的集線(xiàn)器或支持超過(guò)四個(gè)的下游端口中，如總線(xiàn)提供能源設備的需要超過(guò)100mA電源時(shí)，不能同總線(xiàn)提供電源的集線(xiàn)器連接。

　　功能設備通過(guò)端口與總線(xiàn)連接。USB同時(shí)可做Hub使用。

　　2.USB的軟件結構

　　每個(gè)USB只有一個(gè)主機，它包括以下幾層:

　　(1)USB總線(xiàn)接口

　　USB總線(xiàn)接口處理電氣層與協(xié)議層的互連。從互連的角度來(lái)看，相似的總線(xiàn)接口由設備及主機同時(shí)給出，例如串行接口機（SIE）。USB總線(xiàn)接口由主控制器實(shí)現。

　　(2)USB系統

　　USB系統用主控制器管理主機與USB設備間的數據傳輸。它與主控制器間的接口依賴(lài)于主控制器的硬件定義。同時(shí)，USB系統也負責管理USB資源，例如帶寬和總線(xiàn)能量，這使客戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)USB成為可能。USB系統還有三個(gè)基本組件：

　　主控制器驅動(dòng)程序（HCD）這可把不同主控制器設備映射到USB系統中。HCD與USB之間的接口叫HCDI，特定的HCDI由支持不同主控制器的操作系統定義，通用主控制器驅動(dòng)器（UHCD）處于軟結構的最底層，由它來(lái)管理和控制主控制器。UHCD實(shí)現了與USB主控制器通信和控制USB主控制器，并且它對系統軟件的其他部分是隱蔽的。系統軟件中的最高層通過(guò)UHCD的軟件接口與主控制器通信。

　　USB驅動(dòng)程序（USBD）它在UHCD驅動(dòng)器之上，它提供驅動(dòng)器級的接口，滿(mǎn)足現有設備驅動(dòng)器設計的要求。USBD以I/O請求包（IRPs)的形式提供數據傳輸架構，它由通過(guò)特定管道（Pipe)傳輸數據的需求組成。此外，USBD使客戶(hù)端出現設備的一個(gè)抽象，以便于抽象和管理。作為抽象的一部分，USBD擁有缺省的管道。通過(guò)它可以訪(fǎng)問(wèn)所有的USB設備以進(jìn)行標準的USB控制。該缺省管道描述了一條USBD和USB設備間通信的邏輯通道。

　　主機軟件　在某些操作系統中，沒(méi)有提供USB系統軟件。這些軟件本來(lái)是用于向設備驅動(dòng)程序提供配置信息和裝載結構的。在這些操作系統中，設備驅動(dòng)程序將應用提供的接口而不是直接訪(fǎng)問(wèn)USBDI（USB驅動(dòng)程序接口）結構。

　?。?）USB客戶(hù)軟件

　　它是位于軟件結構的最高層，負責處理特定USB設備驅動(dòng)器?？蛻?hù)程序層描述所有直接作用于設備的軟件入口。當設備被系統檢測到后，這些客戶(hù)程序將直接作用于外圍硬件。這個(gè)共享的特性將USB系統軟件置于客戶(hù)和它的設備之間，這就要根據USBD在客戶(hù)端形成的設備映像由客戶(hù)程序對它進(jìn)行處理。
　　主機各層有以下功能：
　　檢測連接和移去的USB設備。
　　管理主機和USB設備間的數據流。
　　連接USB狀態(tài)和活動(dòng)統計。
　　控制主控制器和USB設備間的電氣接口，包括限量能量供應。
　　HCD提供了主控制器的抽象和通過(guò)USB傳輸的數據的主控制器視角的一個(gè)抽象。USBD提供了USB設備的抽象和USBD客戶(hù)與USB功能間數據傳輸的一個(gè)抽象。USB系統促進(jìn)客戶(hù)和功能間的數據傳輸，并作為USB設備的規范接口的一個(gè)控制點(diǎn)。USB系統提供緩沖區管理能力并允許數據傳輸同步于客戶(hù)和功能的需求。

　　3.USB的數據流傳輸

　　主控制器負責主機和USB設備間數據流的傳輸。這些傳輸數據被當作連續的比特流。每個(gè)設備提供了一個(gè)或多個(gè)可以與客戶(hù)程序通信的接口，每個(gè)接口由0個(gè)或多個(gè)管道組成，它們分別獨立地在客戶(hù)程序和設備的特定終端間傳輸數據。USBD為主機軟件的現實(shí)需求建立了接口和管道，當提出配置請求時(shí)，主控制器根據主機軟件提供的參數提供服務(wù)。
　　USB支持四種基本的數據傳輸模式：控制傳輸，等時(shí)傳輸，中斷傳輸及數據塊傳輸。每種傳輸模式應用到具有相同名字的終端，則具有不同的性質(zhì)。
　　控制傳輸類(lèi)型　支持外設與主機之間的控制，狀態(tài)，配置等信息的傳輸，為外設與主機之間提供一個(gè)控制通道。每種外設都支持控制傳輸類(lèi)型，這樣主機與外設之間就可以傳送配置和命令/狀態(tài)信息。
　　等時(shí)（lsochronous)傳輸類(lèi)型　支持有周期性，有限的時(shí)延和帶寬且數據傳輸速率不變的外設與主機間的數據傳輸。該類(lèi)型無(wú)差錯校驗，故不能保證正確的數據傳輸，支持像計算機－電話(huà)集成系統（CTI）和音頻系統與主機的數據傳輸。
　　中斷傳輸類(lèi)型　支持像游戲手柄，鼠標和鍵盤(pán)等輸入設備，這些設備與主機間數據傳輸量小，無(wú)周期性，但對響應時(shí)間敏感，要求馬上響應。
　　數據塊（Bulk)傳輸類(lèi)型　支持打印機，掃描儀，數碼相機等外設，這些外設與主機間傳輸的數據量大，USB在滿(mǎn)足帶寬的情況下才進(jìn)行該類(lèi)型的數據傳輸。
　　USB采用分塊帶寬分配方案，若外設超過(guò)當前帶寬分配或潛在的要求，則不能進(jìn)入該設備。同步和中斷傳輸類(lèi)型的終端保留帶寬，并保證數據按一定的速率傳送。集中和控制終端按可用的最佳帶寬來(lái)傳輸傳輸數據。

　　USB應用篇
　　USB連接器可以輕松地為計算機添加設備，同時(shí)不占用計算機的并口和串口。只要將設備一插就可以使用了。但它有時(shí)也難以使用。
　　一.讓計算機支持USB

　　現在大部分的計算機都有USB端口。而一些老式的計算機則沒(méi)有USB端口的，只有USB連接器，但它是不起作用的，你可以在啟動(dòng)計算機時(shí)查看BIOS，確定它是否支持USB。你可選擇USB　Legacy支持選項（如果有該選項的話(huà)）。如果你的老式主板真的不支持USB設備，你只有去買(mǎi)一塊USB連接卡，這就可以把USB設備添加到你的計算機里了。

　　二.讓W(xué)INDOWS系統支持USB

　　現在的WINDOWS　98對很多外設都提供了全面的支持。只有WINDOWS　3.X及更早版本的WINDOWS及WINDOWS　NT都不支持USB，如果你想查看你的計算機是否安裝了USB控制器，可進(jìn)入“控制面板”，雙擊其中的“系統”圖標，然后選擇“設備管理器”選項卡。你就會(huì )看到“通用串口總線(xiàn)控制器”點(diǎn)擊該控制器，你會(huì )看到兩個(gè)項目：Universal Host Controller和Unicersal Root Hub。如果你還沒(méi)有安裝USB的驅動(dòng)程序，則從你的WINDOWS安裝光盤(pán)的OTHERUSB文件夾中找到這些項目，雙擊Usbsupp.exe即可安裝USB驅動(dòng)程序。

　　三.讓計算機連接更多的USB設備

　　一般的計算機只有兩個(gè)USB端口，如果你想連接更多的USB外設，則利用USB集線(xiàn)器，該集線(xiàn)器可提供多個(gè)USB端口，你只要將該集線(xiàn)器直接插入你的計算機即可。有了足夠的USB端口，你就可以最多連入127個(gè)USB設備。

　　USB為計算機外設輸入輸出提供了新的接口標準。它使設備具有熱插拔，即插即用，自動(dòng)配置的能力，并標準化設備連接。USB的級聯(lián)星型拓撲結構大大擴充了外設數量，使增加，使用外設更加便捷，快速。而新提出的USB2.0標準更是將數據傳輸速率提高到了一個(gè)新的高度，這是具有美好的應用前景。