原创 USB入门系列教程（转）

USB入门系列之一USB概述
技术分类： 通信与网络   作者：computer00  发表时间：<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />2007-08-17 <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

引自EDN博客:computer00

[原创] USB入门系列之一 —— USB概述

    USB是什么呢？一说USB是You SB的意思，即“你傻B”的意思。另一种说法是USB其实是美国的弟弟，因为美国叫USA，USB当然是他的弟弟

了。

    那么USB到底是什么呢？其实USB是通用串行总线(Universal Serial Bus)的简写，它已经有了10多年的历史了。USB协议出现过的版本有

USB1.0，USB1.1，USB2.0。由于USB是主从模式，设备与设备之间、主机与主机之间不能互连，为了解决这个问题，扩大USB的使用范围，就出

现了USB OTG(On The Go)。USB OTG的做法是，同一个设备，在不同的场合下可以在主机或从机之间切换。在USB1.0和USB1.1版本中，只支持

1.5Mbps的低速(Low Speed)模式和12Mbps的全速(High Speed)模式。在USB2.0中，又加入了480Mbps的高速模式。值得注意的是，USB2.0并不是

高速设备的代名词，详述

请看《误区》一文。

    USB具有很多优点，例如即插即用，容易使用，方便携带，传输速度快，可扩展性强，标准统一，价格便宜等等。目前流行的USB设备有移动硬盘，数码相机，MP3，U盘，USB鼠标、键盘、游戏杆，USB MIDI键盘，USB摄相头，USB打印机，USB扫描仪，USB声卡，USB话筒，USB网卡，

USB显示器，USB电话，具有USB口的各种仪表仪器等等，只要是能跟电脑打交道的，就基本上可以通过USB来实现，足见USB功能的强大。

    然而USB也有一些缺点，例如传输距离短，开发、调试较困难等等。当然，它还有一个更大的缺点，那就是你发现要找出它的缺点很件很令

人头疼的事情。

    要开发USB，一个网站是开发者必须要知道的，那就是小组：http://group.ednchina.com/93/。呵呵，不好意思，搞错了，其实

是USB开发者论坛，网址是Http://www.usb.org。此外，还有其它一些USB相关的网站也不错，例如驱动程序开发网：

http://www.driverdevelop.com/，程序员联合开发网：http://www.pudn.com/等等。

    要开发USB，看书是少不了的。推荐一本叫做《计算机USB系统原理及其主/从机设计》（马伟 编著，北京航天航空大学出版社）的书，我

觉得这本书写得很不错，而且也不贵，只要29.5$，如果你去http://www.2688.com网站购书的话，还可以打7.5折，只需22$。至于协议，我

还是推荐大家看英文原版的，这样理解起来更准确。当然现在也有好多协议翻译的书，大家可以在网上搜索一下。也有很多电子版的，这样可

以节省一些钱。
    我们的口号是：“现在USB技术已经很流行了，就像以前的串口一样。以前的电子工程师不会搞串口通信就落伍了，而现在的电子工程师如

果不会搞USB通信，那就落伍了。电子工程师门，还等什么，赶紧加入小组来学习USB吧……”，恩，这个口号有点长，将就一下吧。

(来自USB小组专区：http://group.ednchina.com/93/
                       By computer00 @ 2007-07-21)

USB入门系列之二USB的连接模型
技术分类： 通信与网络   作者：computer00  发表时间：2007-08-18

引自EDN博客:computer00
   USB是一种主从结构。主机叫做Host，从机叫做Device（也叫做设备），集线器也被当作一种特殊的设备处理。USB的数据交换只能发生在主机和设备之间，主机和主机，设备和设备之间不能互连。为了在物理上区分主机和设备，使用了不同的插头和插座，这个在USB的连接器一节中会讲到。所有的数据传输都由主机主动发起，而设备只是被动的负责应答。例如，在读数据时，USB先发出读命令，设备收到该命令后，才返回数据。在USB OTG中，一个设备可以在从机和主机之间切换，这样就可以实现设备与设备之间的连接，大大增加了USB的使用范围。但这时依然没有脱离这种主从关系，两个设备之间必然有一个作为主机，另一个作为从机。USB OTG增加了一种MINI USB接头，比普通的4线USB多了一个ID表识线，用来表明它是主机还是设备，这个以后会讲到。
    USB的拓扑结构为金字塔型。由一个USB主控制器出发，下面接USB集线器，USB集线器将一个USB口扩展为多个USB口，多个USB口又可以通过集线器为更多个接口。但USB协议

中对集线器的层数是有限制的，USB1.1规定最多为4层，USB2.0规定最多为6层。理论上，一个USB主控制器最多可接127个设备，这是由数据包中的7位地址位决定的，但是实际上不会接这么多的设备。我们所说的一个USB主控制器可以连接多个USB设备，并不是直接简单的将多个设备并联或者串联，而是要由集线器负责端口扩展，才能连接更多的设备。在我们的电脑上，也有一个（或者多个，视USB主控制器的个数而定）集线器，它叫做根集线器，直接连在USB主控制器上。在设备管理器中，我们可以看到USB主控制器和根集线器。如下图所示。USB数据传输路径如下：USB主控制器发出数据包，通过根集线器，再通过下面的集线器（如果有的话），再发给USB设备；设备返回数据，交给它上层的集线器，上层的集线器再交给更上层的集线器，直到USB主控制器为止。而USB主控制器就可以跟CPU打交道了。在标准的PC机上，USB主控制器是挂在PCI总线上的。在Windows中，USB由各种驱动程序负责管理，最后由驱动程序产生功能设备(FDO)，这就是我们所看到的实际设备了。我们的应用程序就可以通过Windows提供的各种API进行访问USB设备了，例如CreateFile，ReadFile，DeviceIOControl等等。

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(来自USB小组专区：http://group.ednchina.com/93/
                       By computer00 @ 2007-07-22)

USB入门系列之三USB的电气特性
技术分类： 通信与网络   作者：computer00  发表时间：2007-08-19

引自EDN博客:computer00

[原创] USB入门系列之三 —— USB的电气特性

   标准的USB使用4根线：5V电源线(Vbus),差分数据线负(D-)，差分数据线正(D+)，地(Gnd)。在USB OTG中，又增加了一种mini接口，使用的是5根线，比标准的USB多了一根身份识别(ID)线。USB使用的是差分传输模式，有两根数据线，分别是D+和D-。在USB的低速和全速模式中，采用的是电压传输模式。而在高速模式下，则是电流传输模式。关于具体的高低电平门限值，请参看USB协议。为了防止出现长时间的0或者1(这样不利于时钟信号的提取)，在发送数据前要经过位填充处理。然后再将数据串行化，发送到数据线上，由两根数据线的差分值来表示0或者1。而在接收端，则刚好是相反的过程。接收端采样数据线，将数据并行化，并同时去掉未填充，然后解析数据。通常，我们使用现成的USB芯片，像位填充，串行化这些芯片内部的硬件已经帮我们做好了，因此通常我们并不用关心这些细节。在设备接收数据时，芯片的串行接口引擎(SIE)会接收属于自己地址的数据，并根据相应的端口号，放到相应的缓冲

区内，并返回ACK给主机进行确认，然后产生中断请求，通知我们的程序，已经收到数据包了。在我们还未处理完缓冲区的数据之前，如果再收到对该端点的输出请求，USB芯片将会使用NAK返回，告诉主机端点现在忙，主机检测到NAK后，过段时间会重试输出数据，直到超时为止；发送数据时，用户将数据写入USB芯片的缓冲区，并通知USB芯片缓冲区内数据可用，然后USB芯片检测到主机请求对应的端点输入时，它就会将数据返回，数据发送完毕并收到主机的ACK确认之后，产生中断请求通知应用程序数据已经发送完毕。如果USB芯片已经收到了输入请求，但是用户程序还未填充好缓冲区，它也会用NAK返回，告诉主机数据还未准备好。主机收到NAK后，过段时间会重试，直到超时为止。
    在USB协议中规定，设备在未配置之前，可以从Vbus上最多获取100mA的电流；在配置之后，最多可从Vbus上获取500mA的电流。Vbus是5V的电压，具体的参数请参看USB协议。

(来自USB小组专区：http://group.ednchina.com/93/
                       By computer00 @ 2007-08-17)