智能儀器設(shè)計(jì)：6-4 USB通用串行總線

1、16.4 USB通用串行總線2USB的開發(fā)背景傳統(tǒng)接口存在的問題USB出現(xiàn)前，個(gè)人電腦的外接規(guī)格十分混亂 線路都不是可以隨意插拔的,必須在開機(jī)前裝妥才能正常使用 由于計(jì)算機(jī)的IRQ的中斷控制以及輸入輸出的地址位資源的限制，能同時(shí)支持的外設(shè)很少串并口不僅速度有限，而且使用上很不方便：串口115kbps230kbps,一般用來連接鼠標(biāo)和外置Modem；標(biāo)準(zhǔn)并口的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps，一般用來連接打印機(jī)、掃描儀等每一個(gè)外設(shè)必須插在一個(gè)接口上 31994年，由Intel公司提出USB的構(gòu)想，獲得Digital Equipment, IBM, NEC, Microsoft, Compaq, North

2、ern Telecom的支持早期的USB規(guī)范連接PC與電話USB旨在提供可以廣泛應(yīng)用于PC到電話的互連的普遍性的連接。Plug-and-Play（即插即用）端口擴(kuò)展USB提供雙向低成本低速到中速(USB2.0可達(dá)480Mb/s)的通用外設(shè)總線,適用于連接各種各樣的外設(shè)并且易于擴(kuò)展。4USB的變革 0.7版本 于1994年11月11日發(fā)布。是USB的最早版本。1.0版本 于1995年11月13日制定了1.0規(guī)格版本,規(guī)定USB具有2種傳輸速度：Low-speed（1.5Mb/s）， Full-speed（12Mb/s）。1.1版本 針對兼容性及傳輸效率，于1998年9月23日制定了1.1規(guī)格版本

3、,速度不變。2.0 (草案)版本 于1999年10月5日發(fā)布。制定了High-speed的概念，規(guī)格 。2.0版本 于2000年4月27日由Compaq, Hewlett-PackardHP，Intel，Lucent，Microsoft, NEC, Philips制定了2.0規(guī)格版本,有3種傳輸速度Hi-speed 480Mb/s,Low-speed 1.5Mb/s, Full-speed 12Mb/s，于2001年6月21日測試規(guī)格完成。5USB的特點(diǎn) USB是一種快速的、雙向的、同步的、低成本的、可動(dòng)態(tài)加入的串行總線，它有許多優(yōu)良的性能。 USB十分靈活，易于終端用戶使用。 USB的適用范

4、圍很寬。USB對電話、音頻、視頻等設(shè)備提供了足夠的帶寬和極低的等待時(shí)間，它完全支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)操作。 USB提供了低成本的實(shí)現(xiàn)方案。USB結(jié)構(gòu)可以升級為在一個(gè)系統(tǒng)中支持多個(gè)USB主機(jī)控制器。6 由USB總線提供電源到外部設(shè)備，USB能提供+5V/500mA的電源，供低功耗USB設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)、優(yōu)盤等作電源使用；但需高功耗USB設(shè)備,如掃描儀等仍需自帶電源；USB還采用APM（Advanced Power Management）技術(shù)，可以有效地節(jié)省電源功耗。無須外接電源 USB采用星形層式結(jié)構(gòu)和Hub技術(shù)，允許一個(gè)USB主控機(jī)可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，用戶不用擔(dān)心要連接的設(shè)備數(shù)目會受到限制。兩個(gè)外

5、設(shè)間的距離可達(dá)5米，擴(kuò)充方便。擴(kuò)充外設(shè)能力強(qiáng)7USB的信號定義在USB2.0規(guī)范中，USB定義了4個(gè)信號： VBUS(電源)、GND(地)、D+(信號正端)、 D-(信號負(fù)端)。 1234正視圖3412正視圖A系列插座B系列插座USB連接器兩種常見類型的正視圖8USB的定義USB是一個(gè)通信協(xié)議，用來支持計(jì)算機(jī)與USB接口的外設(shè)之間的串行數(shù)據(jù)傳送 對于USB接口，如果D接上拉電阻，則為全速傳輸，此時(shí)傳輸速度為12Mbit/S。如果D接上拉電阻，則為低速傳輸，此時(shí)傳輸速度為1.5Mbit/S。a. 串行接口 b. USB接口 9USB的基本概念USB總線：由VCC、GND、D+、D-四根線組成，D

6、+和D-通過差分方式作為一根數(shù)據(jù)線(半雙工)使用； USB事務(wù)：USB總線上最基本的一次數(shù)據(jù)交換操作；USB邏輯地址：邏輯地址不通過連線實(shí)現(xiàn)每個(gè)USB集線器和USB設(shè)備(不連接到PCI總線)，均不占用I/O地址空間(無I/O地址)，只具有一個(gè)惟一的USB邏輯地址(USB系統(tǒng)自動(dòng)配置所分配)；USB端口：連接USB總線的連接器；USB端點(diǎn)：集線器或設(shè)備的內(nèi)部寄存器(仿照I/O端口起名，又要與USB端口區(qū)分)，編號在015之間。管道：從邏輯概念上來描述信息傳輸?shù)耐ǖ?0USB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) USB系統(tǒng)包含三類硬件設(shè)備：USB主機(jī)(USB HOST)、 USB設(shè)備(USB DEVICE)、USB集線器

7、(USB HUB) 11USB主機(jī) 在一個(gè)USB系統(tǒng)中，只一個(gè)USB主機(jī)。它有以下功能:管理USB系統(tǒng)；每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)；發(fā)送配置請求對USB設(shè)備進(jìn)行配置操作；對總線上的錯(cuò)誤進(jìn)行管理和恢復(fù)。USB HUB USB集線器用于設(shè)備擴(kuò)展連接，所有USB設(shè)備都連接在USB集線器的端口上。一個(gè)USB主機(jī)總與一個(gè)根集線器 (USB ROOT HUB)相連。USB集線器為其每個(gè)端口提供100mA電流供設(shè)備使用。端口的電氣變化設(shè)備的插拔操作通過響應(yīng)USB HOST的數(shù)據(jù)包匯報(bào)端口狀態(tài)給USB主機(jī)。一般來說，USB設(shè)備與USB集線器間的連線長度不超過5m，USB系統(tǒng)的級聯(lián)不能超過5級（包括根集線器）。12US

8、B設(shè)備 USB設(shè)備和USB集線器總數(shù)不能超過127個(gè)。USB設(shè)備接收USB總線上的所有數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)包的地址域來判斷是不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包：若地址不符，則簡單地丟棄該數(shù)據(jù)包；若地址相符，則通過響應(yīng)USB主機(jī)的數(shù)據(jù)包與USB設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。(廣播介質(zhì))從物理結(jié)構(gòu)上，USB系統(tǒng)是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)；但在邏輯結(jié)構(gòu)上，每個(gè)USB邏輯設(shè)備都是如下圖所示的直接與USB主機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男切谓Y(jié)構(gòu)。13PCI總線主機(jī)USB主控制器/根Hub全速電話高速顯示器(含集線器)高速集線器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器鍵盤(含集線器)低速麥克風(fēng)麥克風(fēng)低速高速480Mb/s全速12Mb/s低速1.5Mb/s MEM14USB的硬件 （1

9、）USB主控制器/根集線器(Host Ctrl/Root Hub) 由主控制器和根集線器組成。 主控制器： 連接到PCI總線 可作為主設(shè)備通過PCI總線直接與MEM交換數(shù)據(jù)； 功能實(shí)現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換、創(chuàng)建USB事務(wù)、管理USB事務(wù)傳輸過程(在根集線器與主機(jī)MEM間傳遞結(jié)果)。 占用一定數(shù)量I/O地址空間，受CPU控制。 根集線器：連接到主控制器 功能控制USB端口電源、啟用/禁止USB端口、識別連接的設(shè)備、設(shè)置和報(bào)告端口的狀態(tài)等。 只占用一個(gè)USB邏輯地址(0)，受主控制器控制。15（2）USB集線器(USB Hub) 由控制器和中繼器組成，最多支持4個(gè)USB端口； 有高速(支持USB2.0)和全

10、速(USB1.x)2種類型； 可集成在USB設(shè)備內(nèi)部，不作為獨(dú)立硬件出現(xiàn)。 每個(gè)USB HUB占用一個(gè)USB邏輯地址； 每個(gè)USB HUB具有一定數(shù)量的USB端點(diǎn)。（3）USB設(shè)備 可分為HUB設(shè)備(USB集線器)和功能設(shè)備兩種。 功能設(shè)備類型：有高速、全速或低速三種類型。 每個(gè)USB設(shè)備占用一個(gè)USB邏輯地址； 每個(gè)USB設(shè)備具有一定數(shù)量的端點(diǎn)。16USB軟件（1）USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 將用戶操作請求通過IRP(I/O請求包)形式，送給USB驅(qū)動(dòng)程序。（2）USB驅(qū)動(dòng)程序 功能：將I/O系統(tǒng)的操作轉(zhuǎn)換成USB系統(tǒng)的操作； 實(shí)現(xiàn)：根據(jù)USB設(shè)備特性、IRP類型等特征，將IRP組織(轉(zhuǎn)換)成幾個(gè)U

11、SB事務(wù)(用USB事務(wù)的傳輸描述符表示)，送給USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序。 傳輸描述符包括USB設(shè)備地址、USB事務(wù)類型(I/O/S等)、傳輸數(shù)據(jù)大小、處理速度(傳輸速度)、內(nèi)存緩沖區(qū)位置等。17（3）USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序 將這些USB事務(wù)調(diào)度到一系列事務(wù)列表中； USB主控制器定時(shí)讀取一個(gè)列表信息并執(zhí)行。 a.調(diào)度思想： 各USB設(shè)備在一定時(shí)長內(nèi)得到服務(wù)的機(jī)會均等。 b.調(diào)度方法： 一定時(shí)長USB 1.x為1ms，USB 2.0為125ns； 定義：該時(shí)長稱為幀/微幀 機(jī)會均等一定時(shí)長內(nèi)的事務(wù)可為不同設(shè)備的事務(wù)，即各事務(wù)占時(shí)有限(1個(gè)IRP多個(gè)USB事務(wù)的原因)。 c.調(diào)度依據(jù)： 設(shè)備速度和事

12、務(wù)類型、已等待事務(wù)類型和數(shù)量等。18USB系統(tǒng)的通信模型 I/O系統(tǒng)通信USB系統(tǒng)通信、并行通信串行通信。USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序USB驅(qū)動(dòng)程序USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序主機(jī)系統(tǒng)USB功能設(shè)備USB設(shè)備USB功能設(shè)備USB邏輯設(shè)備USB邏輯設(shè)備USB總線USB總線非USB格式數(shù)據(jù)USB格式數(shù)據(jù)USB格式數(shù)據(jù)緩沖區(qū)事務(wù)描述符調(diào)度與傳遞主控制器根集線器幀內(nèi)處理USB格式USB線缺省管道管道總線層設(shè)備層功能層 通信核心USB主控制器：DMA方式與MEM交換數(shù)據(jù)； 串行處理幀內(nèi)各事務(wù)。19USB系統(tǒng)的通信原理 USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)RP分解為幾個(gè)USB事務(wù)(描述符)； 每個(gè)事務(wù)所用時(shí)長不能太長(800ns)USB驅(qū)

13、動(dòng)程序USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序IRP1IRP2IRP1事務(wù)1-0事務(wù)1-1IRP2事務(wù)2-0事務(wù)2-1事務(wù)2-2主控制器驅(qū)動(dòng)程序幀1(事務(wù)列表1)事務(wù)1-0事務(wù)2-0幀2(事務(wù)列表2)事務(wù)1-1事務(wù)2-1 USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑦@些事務(wù)調(diào)度到各幀中； 調(diào)度依據(jù)根據(jù)已請求事務(wù)特征(類型和速度等)、當(dāng)前事務(wù)特征等進(jìn)行調(diào)度； 幀內(nèi)事務(wù)數(shù)量根據(jù)各事務(wù)耗時(shí)多少確定(數(shù)量不固定)，保證每幀執(zhí)行時(shí)長1ms。20 USB主控制器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完幀中事務(wù)； 每幀中從根HUB各端口HUB設(shè)備空閑時(shí)間越來越長USB設(shè)備1USB設(shè)備2USB設(shè)備31-0 空閑 3-0 空閑 1-1 空閑 根集線器 端口0端口1主控制器時(shí)

14、間幀1幀2空閑 2-0 空閑 2-1 空閑1-0 空閑 1-1 空閑空閑 2-0 空閑 2-1 空閑空閑 3-0 空閑1-0 2-0 3-0 1-1 2-1 每個(gè)事務(wù)的執(zhí)行通過13個(gè)包交換完成。 包類型：有標(biāo)志包、數(shù)據(jù)包、握手包、特殊包四種； 事務(wù)與包：每個(gè)事務(wù)均有標(biāo)志包或特殊包，全部由主控制器發(fā)出； 設(shè)備與事務(wù)：只有標(biāo)志包包含USB設(shè)備地址、端點(diǎn)號、事務(wù)類型。USB主控制器標(biāo)志包或特殊包USB設(shè)備數(shù)據(jù)包握手包21USB設(shè)備端點(diǎn)、管道與數(shù)據(jù)流類型 USB系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用(PNP方式)。 USB設(shè)備端點(diǎn)： 每個(gè)設(shè)備最多有16個(gè)端點(diǎn)； 配置前，端點(diǎn)0為默認(rèn)端點(diǎn)。 管道：驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備端點(diǎn)間的邏

15、輯連接 管道類型(端點(diǎn)類型)有流管道、消息管道2種。 數(shù)據(jù)流類型： 有控制信號流、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)流4種； 不同數(shù)據(jù)流類型采用不同類型管道進(jìn)行通信。22控制信號流: 控制信號流的作用是當(dāng)USB設(shè)備一旦加入系統(tǒng)時(shí)，USB系統(tǒng)軟件與設(shè)備之間建立起控制信號流來發(fā)送控制信號，這種數(shù)據(jù)不允許出錯(cuò)或丟失。塊數(shù)據(jù)流:通常用于發(fā)送大量數(shù)據(jù)。中斷數(shù)據(jù)流:用于傳輸少量隨機(jī)輸入信號。它包括事件通知信號、輸入字符或坐標(biāo)等信息。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流用于傳輸連續(xù)的固定速率的數(shù)據(jù)，它所需要的帶寬與所傳輸數(shù)據(jù)的采樣率有關(guān)。因?yàn)閷?shí)時(shí)數(shù)據(jù)流要求有固定的速率和低延時(shí)，在USB系統(tǒng)中，專門對此操作進(jìn)行了設(shè)計(jì)，盡量保證

16、有較大的緩沖區(qū)，并確保有低的誤碼率。23USB的基本傳輸類型（1）控制傳輸：雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，出錯(cuò)時(shí)重傳。（2）批傳輸：單/雙向，用于大批量數(shù)據(jù)傳輸，要求準(zhǔn)確，出錯(cuò)時(shí)重傳，時(shí)間性不強(qiáng)。（ 3）中斷傳輸：單向，用于查詢USB設(shè)備有無隨機(jī)的中斷請求，出錯(cuò)時(shí)在下一查詢周期重新傳輸。（4）等時(shí)傳輸：單/雙向，用于連續(xù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)間性強(qiáng)，出錯(cuò)時(shí)不重傳，傳輸速率固定。 所有傳輸類型均為主、從式傳輸(主控制器發(fā)起)。 思考：兩個(gè)PCI機(jī)的USB端口能否通信？24 控制傳輸是雙向的，它的傳輸有23個(gè)階段：Setup階段，Data階段（可以沒有）和Status階段。在Setup階段，主機(jī)命令給設(shè)

17、備；在Data階段，傳輸?shù)氖荢etup階段所設(shè)定的數(shù)據(jù)；Status階段，設(shè)備返回握手信號給主機(jī)。 控制傳輸25批傳輸批傳輸可以是單向，也可以是雙向。它用于傳輸大批數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間性不強(qiáng)，但要確保數(shù)據(jù)的正確性。在包的傳輸過程中，出現(xiàn)錯(cuò)誤，則需重新傳輸。其典型的應(yīng)用是掃描儀、打印機(jī)。26中斷傳輸是單向的，且僅輸入到主機(jī)，它用于不固定的、少量的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)設(shè)備需要主機(jī)為其服務(wù)時(shí)，向主機(jī)發(fā)送此類信息以通知主機(jī)，像鍵盤、鼠標(biāo)之類的輸入設(shè)備采用這方式。USB的中斷傳輸是Polling（查詢）類型。主機(jī)要頻繁地請求端點(diǎn)輸入。USB設(shè)備在全速情況下，其端點(diǎn)Polling周期為1255ms；對于低速情

18、況，Polling周期為10255ms。因此，最快的Polling頻率是1KHz。在信息的傳輸過程中，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，則需將在下一個(gè)Polling中重新傳輸。中斷傳輸27等時(shí)傳輸也稱同步傳輸，可以單向也可以雙向，用于傳輸連續(xù)性、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。這種方式的特點(diǎn)是要求傳輸速率固定，時(shí)間性強(qiáng)，忽略傳輸錯(cuò)誤，即傳輸中出錯(cuò)也不重傳。因?yàn)檫@樣會影響傳輸速率。視頻設(shè)備、數(shù)字聲音設(shè)備和數(shù)字相機(jī)采用這種方式。等時(shí)傳輸28（1）供電特性 收發(fā)器：提供4.755.25V電壓、500mA電流， D+、D-上不加電壓； USB設(shè)備：全速設(shè)備在D+線上加3.03.6V電壓， 低速設(shè)備反之(D-線)。（2）D+、D-線電壓特性

19、（低速設(shè)備反之） 發(fā)送端：VOH(max)=3.6V，VOH(min)=2.8V； VOL(max)=0.3V，VOL(min)=0.0V。 接收端：VIH(min)=2.7V，VIH(min)=2.0V； VIL(max)=0.8V，VIL(min)=0.0V。USB總線的電氣特性 29USB設(shè)備狀態(tài)和總線枚舉 主機(jī)HUB連接狀態(tài)上電狀態(tài)地址默認(rèn)狀態(tài)地址狀態(tài)配置狀態(tài)工作/空閑狀態(tài)USB設(shè)備1.1 設(shè)備接入連接狀態(tài)1.2 通知有設(shè)備接入2 檢測Hub,確認(rèn)有接入3 使能該端口，發(fā)RESET命令4 發(fā)RESET信號，供電重置狀態(tài)5.1 讀設(shè)備的描述器信息工作狀態(tài)5.2讀設(shè)備的描述器信息6.1 給

20、設(shè)備分發(fā)地址6.2 分發(fā)地址工作狀態(tài)7.1 按地址讀設(shè)備配置信息7.2 讀配置信息工作狀態(tài)8.1 按地址寫設(shè)備配置信息8.2 寫配置信息工作狀態(tài)工作/空閑狀態(tài)30NRZI編碼雙向不歸零編碼 無獨(dú)立時(shí)鐘，需通過數(shù)據(jù)變化反映時(shí)鐘寬度。 數(shù)據(jù)表示： 邏輯0在時(shí)鐘寬度內(nèi)，電平產(chǎn)生跳變(從差動(dòng)信號“1”/“0”到差動(dòng)信號“0”/“1”)； 邏輯1在時(shí)鐘寬度內(nèi)，電平不變。 時(shí)鐘寬度確定：信息包的開始幾位為邏輯“0”。 填充規(guī)則： 發(fā)送方在數(shù)據(jù)的連續(xù)6個(gè)“1”后插入1個(gè)“0”； 接收方將所收數(shù)據(jù)的連續(xù)6個(gè)“1”后1個(gè)“0”去掉。 目的： 提高信號的準(zhǔn)確性(防止漂移)。31 NRZI編碼示例：原始數(shù)據(jù)空閑填充

21、數(shù)據(jù)填充位NRZI碼0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 10 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 10 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1邏輯0：電平跳變； 邏輯1：電平不變32USB交換的包格式 USB事務(wù)的執(zhí)行通過包交換(一次傳輸)完成。 一個(gè)USB事務(wù)由13個(gè)USB包組成，包的數(shù)量由傳輸類型決定。IRP請求事務(wù)標(biāo)志包IRP請求IRP請求事務(wù)事務(wù)數(shù)據(jù)包握手包 通信幀：由幀開始包和若干事務(wù)的包組成。幀開始包 標(biāo)志包 數(shù)據(jù)包 握手包 標(biāo)志包 數(shù)據(jù)包 事務(wù)1 事務(wù)2331、包的一般格式 SYNC PID 包正文信息 CRC 包結(jié)束符8位 8位

22、n位 5位或16位 2位 所有信息段(CRC除外)均是從低位高位發(fā)送； 如SYNC、包正文信息的各字符均從bit0bit x SYNC：同步序列，并行數(shù)據(jù)為10000000；NRZI編碼：(D+、D-線)空閑 0 0 0 0 0 0 0 1 x x x串行數(shù)據(jù)： PID：包分類碼，由PID類型碼及其反碼組成，串行數(shù)據(jù)如下圖所示；PID0 PID1 PID2 PID3 PID0# PID1# PID2# PID3#PID PID反碼34PID類型PID名稱PID3:0描述TokenOUT0001b具有PID、類型檢查、設(shè)備地址、端點(diǎn)號和CRC域的宿主到功能設(shè)備的發(fā)送包IN1001b功能設(shè)備到宿主

23、的接收包，具有和發(fā)送包一樣的域SOF0101b幀開始包SETUP1101b主機(jī)發(fā)給設(shè)備的設(shè)置包，用于控制傳輸?shù)脑O(shè)置DataDATA00011b數(shù)據(jù)包0DATA11011b數(shù)據(jù)包1DATA20111b在微幀中高速、高帶寬的等時(shí)交換的數(shù)據(jù)包MDATA1111b為分離的高速和高帶寬等時(shí)交換中的數(shù)據(jù)包Hand-shakeACK0010b接收設(shè)備發(fā)的接受數(shù)據(jù)正確的應(yīng)答包NAK1010b接收設(shè)備無法接受數(shù)據(jù)或沒有數(shù)據(jù)返回個(gè)宿主STALL1110b設(shè)備已經(jīng)被掛起，需要主機(jī)插手解決故障NYET0110b接收器無應(yīng)答SpecialPRE1100b(Token)預(yù)告包，預(yù)告將以低速方式與低速設(shè)備通信ERR1100

24、b(Handshake)分離交換錯(cuò)誤的握手信號,與PRE重用SPLIT1000b高速分離交換標(biāo)志PING0100b為批或控制端點(diǎn)傳輸而設(shè)置的高速流控制探測Reserved0000b保留352、標(biāo)志包 類 型：幀開始包、接收包、發(fā)送包、設(shè)置包。 發(fā)送方：主機(jī)(主控制器)。(1)幀開始包(SOF) 發(fā)送方：主機(jī) SYNC PID FRAME NUMBER CRC 包結(jié)束符8位 8位 11位 5位 2位NRZI編碼：0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1數(shù) 據(jù)： 每一幀均以主機(jī)廣播幀開始包表示一幀的開始。36(2)接收包(IN) 發(fā)送方：主機(jī) SYNC PID ADDR EN

25、DP CRC 包結(jié)束符8位 8位 7位 4位 5位 2位說明：ADDRUSB設(shè)備地址；ENDPUSB設(shè)備端點(diǎn)編號 控制、批、中斷傳輸交換(事務(wù))：主機(jī)： 空閑設(shè)備： 空閑接收包數(shù)據(jù)包握手包空閑空閑 等時(shí)傳輸交換(事務(wù))：主機(jī)： 空閑設(shè)備： 空閑接收包數(shù)據(jù)包空閑空閑37(3)發(fā)送包 (OUT) 發(fā)送方為主機(jī)，包格式與接收包一致，PID不同。 控制、批、等時(shí)傳輸交換: （批傳輸才有握手包）主機(jī)： 空閑設(shè)備： 空閑接收包數(shù)據(jù)包握手包空閑空閑(4)設(shè)置包(SETUP) 發(fā)送方為主機(jī)，包格式與接收包一致，PID不同。 控制傳輸交換：主機(jī)： 空閑設(shè)備： 空閑接收包數(shù)據(jù)包握手包空閑空閑383、數(shù)據(jù)包 發(fā)送方

26、：主機(jī)或設(shè)備。 SYNC PID DATA CRC 包結(jié)束符8位 8位 01023位 16位 2位USB 1.1數(shù)據(jù)包格式 SYNC PID DATA CRC 包結(jié)束符8位 8位 08191位 16位 2位USB 2.0數(shù)據(jù)包格式 注意：CRC已為16位，與標(biāo)志包的5位不同。 思考：為什么數(shù)據(jù)包中無USB設(shè)備地址？394、握手包 發(fā)送方：主機(jī)或設(shè)備，即數(shù)據(jù)的接收方。 SYNC PID 包結(jié)束符8位 8位 2位5、特殊包 發(fā)送方：主機(jī)。 包格式：與握手包相同，PID不同。40 USB On-The-Go(OTG)是對USB 2.0規(guī)范的有益的擴(kuò)充。這類設(shè)備既可以作為USB設(shè)備與PC機(jī)相連，又可以

27、作為USB主機(jī)連接其它USB設(shè)備。因此，這類設(shè)備可以拋棄PC，直接進(jìn)行設(shè)備與設(shè)備之間的點(diǎn)對點(diǎn)(pear to pear)通信。 USB On-The-Go 在USB 規(guī)范基礎(chǔ)上增加了以下幾點(diǎn)雙重功能。設(shè)備既可用作主機(jī)也可用作外設(shè)主機(jī)交流協(xié)議HNP 用于轉(zhuǎn)換USB 主機(jī)和外設(shè)功能對話請求協(xié)議除小和大功率之外增加了微功率選擇超小連接器USB2.0的補(bǔ)充OTG技術(shù)41USB On-The-Go 設(shè)備定義了一個(gè)新的稱之為mini-AB 的袖珍插孔，它能接入mini-A 和mini-B 插頭。連接器的不同定義設(shè)備的初始功能。VBUSD+D-GNDID1: Slave B設(shè)備0: Master A設(shè)備mini-B 插頭mini-A 插頭VCCVCC42兩個(gè)OTG RTR(主/從雙角色)設(shè)備相連，可以用主機(jī)交流協(xié)議(HNP)隨時(shí)切換主機(jī)角色。步驟如下：A設(shè)備發(fā)出SET_FEATURE命令后，B設(shè)備可請求總線控制權(quán)。A設(shè)備掛起總線，通知B設(shè)備可占用總線。B設(shè)備發(fā)送信號，斷開A設(shè)備連接。A設(shè)備啟動(dòng)D+線本方的上拉電阻，將D+置高。此時(shí)A設(shè)備成為外設(shè)，B設(shè)備成為主機(jī)。B設(shè)備完成對總線控制后，啟動(dòng)D+線本方的上拉電阻，放棄對總線的控制。在以上電平變換的同時(shí)，通過軟件實(shí)現(xiàn)真正的對總線的控制權(quán)變化。43USB接口器件及應(yīng)用 USB專用接口芯片PDIUSBD12的主要特點(diǎn)：高性能USB接口器件,集成