第九章總線技術(shù)

微型計算機原理與接口技術(shù)

PrinciplesofMicrocomputersandInterfaceTechniques

內(nèi)蒙古大學(xué)理工學(xué)院自動化系

19.1總線的基本概念9.2ISA總線9.3EISA總線9.4PC/XT(AT、ISA、EISA)總線的特點9.5PCI總線9.6PENTIUM4總線9.7USB總線9.8IEEE1394總線第九章總線技術(shù)2主要內(nèi)容總線的基本概念I(lǐng)SA、EISA、PC/XT總線的特點及主要指標(biāo)PCI、PENTIUM4總線的特點及主要指標(biāo)USB、

IEEE1394總線的特點及主要指標(biāo)USB總線的應(yīng)用3重點內(nèi)容總線基本概念，常用的系統(tǒng)總線和局部總線，了解各類總線的特點和功能

掌握系統(tǒng)總線、局部總線的應(yīng)用

了解微機系統(tǒng)中采用的外部設(shè)備總線

49.1總線的基本概念9.1.1總線概述總線：

計算機中多個部件之間公用的一組連線，是若干互連信號線的集合，由它構(gòu)成系統(tǒng)插件間、插件的芯片間或系統(tǒng)間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。在微型計算機系統(tǒng)中，總線是各個部件信息交換的公共通道，各部件之間的聯(lián)系都是通過總線實現(xiàn)的，總線在計算機中起著重要的作用。微型計算機廣泛采用總線技術(shù)，以便簡化硬件、軟件的系統(tǒng)設(shè)計。5

隨著微型計算機的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化總線，這些標(biāo)準(zhǔn)化總線的廣泛使用，對微型計算機系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的普及和應(yīng)用起到了積極的推動作用。為了使微型計算機應(yīng)用系統(tǒng)朝模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)總線應(yīng)具有以下特點：（1）可以簡化計算機軟件和硬件的設(shè)計；（2）可以簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；（3）易于系統(tǒng)的擴展；（4）便于系統(tǒng)的更新；（5）便于系統(tǒng)的調(diào)試和維修。

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總線標(biāo)準(zhǔn)指芯片之間、擴展卡之間以及系統(tǒng)之間，通過總線進行連接和傳輸信息時，應(yīng)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。

接口標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口的規(guī)范，涉及接口信號線定義、信號傳輸速率、傳輸方向和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及電氣特性和機械特性等多個方面。79.1.2總線的分類

1)按總線功能或信號類型分類：

數(shù)據(jù)總線：雙向三態(tài)，線寬表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。地址總線：單向三態(tài)，線寬決定系統(tǒng)的尋址范圍。控制總線：可是單向或雙向。控制總線最能體現(xiàn)總線特點，決定總線功能的強弱和適應(yīng)性。82)按總線的層次結(jié)構(gòu)分類：

CPU總線：微機系統(tǒng)中速度最快的總線，在CPU內(nèi)部連接內(nèi)部部件，在CPU周圍的小范圍內(nèi)也使用該總線，提供系統(tǒng)的控制和命令。局部總線：在系統(tǒng)總線和CPU總線之間的一級總線，提供CPU和主板器件之間以及CPU與高速外設(shè)之間的快速信息通道。系統(tǒng)總線：I/O總線，通過總線擴展卡連接外部設(shè)備的總線。速度慢，其功能已經(jīng)被局部總線替代。通信總線：外部總線，是微機與微機，微機與外設(shè)之間進行通信的總線。9總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線連接方法廣泛用于微機系統(tǒng)的各個連接層次上大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)部（如微處理器的內(nèi)部總線）主機板中微處理器、存儲器及I/O接口電路之間，主機模板與各種接口模板之間微機系統(tǒng)之間以及微機系統(tǒng)與外部設(shè)備之間CPUDRAMI/OI/O系統(tǒng)總線面向總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10總線結(jié)構(gòu)CPU存儲器I/O接口系統(tǒng)總線（a）單總線結(jié)構(gòu)CPU主存儲器I/O處理器主存儲器連線I/O總線系統(tǒng)總線（b）多總線結(jié)構(gòu)CPU主存儲器系統(tǒng)總線主存儲器連線（c）多總線結(jié)構(gòu)……I/O接口I/O接口I/O接口I/O接口11微機總線層次結(jié)構(gòu)－芯片總線I/O接口ROMRAMCPU外總線內(nèi)總線主機板芯片總線擴充存儲器計算機通信接口打印機打印機接口智能儀表儀表接口局域網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口12內(nèi)總線（InternalBus）微機系統(tǒng)中模板與模板間連接的總線，是微機系統(tǒng)所特有的總線；用于模板級互連內(nèi)總線也被稱為板級總線或系統(tǒng)總線（SystemBus）多數(shù)已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，例如STD總線、ISA總線等。微機主板的各種擴展插槽多屬于內(nèi)總線13微機總線層次結(jié)構(gòu)－芯片總線I/O接口ROMRAMCPU外總線內(nèi)總線主機板芯片總線擴充存儲器計算機通信接口打印機打印機接口智能儀表儀表接口局域網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口14外總線（ExternalBus）微機系統(tǒng)之間或微機系統(tǒng)與其外設(shè)通信的總線，用于設(shè)備級互連外總線過去又稱為通信總線，主要指串行通信總線，例如RS-232現(xiàn)在，外總線的意義常延伸為外設(shè)總線，主要用于連接各種外設(shè)外總線種類較多，常與特定設(shè)備有關(guān)，例如Centronics并行打印機總線、IEEE488智能儀器儀表并行總線（又稱為GPIB總線）15微機總線層次結(jié)構(gòu)－外總線I/O接口ROMRAMCPU外總線內(nèi)總線主機板芯片總線擴充存儲器計算機通信接口打印機打印機接口智能儀表儀表接口局域網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口169.1.3總線性能參數(shù)1．總線頻率：工作頻率用（MHZ），是總線速率的一個重要參數(shù)。2．總線寬度：指數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。3．總線的數(shù)據(jù)傳輸率

總線的數(shù)據(jù)傳輸率=(總線寬度/8位)×總線頻率

例：PCI總線的總線頻率為33.3MHz，總線寬度為64位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB/s。179.1.4總線標(biāo)準(zhǔn)的特性1．物理特性:2．功能特性:3．電器特性:4．時間特性:總線物理連接方式(電纜式、蝕刻式），總線根數(shù)、插頭和插座形狀，引腳排列等。描述一組總線中每一根線的功能。定義每根線上信號的傳遞方向以及有效電平范圍。一般定義送入CPU的信號為輸入信號，從CPU中送出的信號是輸出信號。低電平有效的信號用信號名上一橫線或信號名后帶#來表示。定義每一根線在什么時候有效，這和總線操作的時序有關(guān)。189.1.5總線操作和總線傳送控制一、總線操作1．總線請求和仲裁：

主模塊向總線仲裁機構(gòu)提出使用總線請求，總線仲裁機構(gòu)決定使用總線的主模塊。2．尋址：

擁有總線使用權(quán)的主模塊發(fā)出本次要訪問的從模塊的地址及有關(guān)命令，該從模塊被選中并啟動。3．?dāng)?shù)據(jù)傳送：

主模塊和從模塊間進行雙（單）向數(shù)據(jù)傳送。4．結(jié)束：

主、從模塊均撤出總線。19二、總線傳送控制1．同步方式

優(yōu)點：1）電路簡單2）適合高速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸缺點：高速設(shè)備和低速設(shè)備間只能用低速設(shè)備的速度來傳輸數(shù)據(jù)主clk從2．半同步方式

主clk從wait/readywait/ready信號是單向的，不是互鎖的。20總線讀周期分成兩個子周期尋址子周期數(shù)據(jù)傳送子周期在兩子周期之間，退出總線，從設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。4．分離方式clkaddressdata主從3．異步方式

REQACK比同步方式慢總線頻帶窄總線傳輸周期長219.2ISA總線C18外內(nèi)A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5圖ISA總線插槽示意圖工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，在PC總線基礎(chǔ)上發(fā)展而來，最高工作頻率為8MHz，24根地址線，16位數(shù)據(jù)線，擁有大量接口卡，歷經(jīng)286、386、486和Pentium幾代微機。22ISA總線的信號

23PC/XT總線技術(shù)的微型計算機結(jié)構(gòu)圖PC和PC/XT總線的微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖24PC/ATISA總線的微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PCAT/ISA總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)25PC機上的總線PCI總線ISA總線USB總線269.2.1

ISA總線（IndustryStandardArchitecture）1、問題的提問：最早的PC總線是IBM公司于1981年推出的基于8位機PC/XT的總線，稱為PC總線。1984年IBM推出了16位PC機PC/AT，其總線稱為AT總線。然而，IBM從未公布過他們的AT總線規(guī)格。由Intel公司IEEE和EISA集團聯(lián)合開發(fā)了與IBM/AT原裝機總線意義接近的ISA總線，即8/16位的“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”總線。272、主要性能指標(biāo)（1）I/O地址空間0100H~03FFH（2）24位地址線可直接尋址的內(nèi)存空間為16MB（3）8/16位數(shù)據(jù)線（4）引腳數(shù)：62+36=98線（5）最大任意16位（bit）（6）最高時鐘頻率8MHz（7）最大傳輸率16MB/s（8）中斷功能（9）DMA通道功能（10）開放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個CPU共享系統(tǒng)資源。283、ISA總線結(jié)構(gòu)8088/386CPU總線緩沖器DRAM存儲器8087/387FPU8/16ISABUS294、ISA擴展I/O插槽8位ISA擴展I/O插槽由62個引腳組成，用于8位的插卡。8/16位ISA擴展槽①8位62線插槽②附加高8位36線插槽ISA總線擴展槽引腳及定義62線1.地址線A0～A920條2.數(shù)據(jù)線D0～D98條

3.控制線：21條4.狀態(tài)線：2條

1.地址線：7線2.數(shù)據(jù)線：8線3.其他控制線、地、電源等36線附加槽309.3

EISA總線一、EISA產(chǎn)生的背景ISA總線對286以下的PC機是方便的，但對于386DX以上的提及具有32位地址線和數(shù)據(jù)寬度的PC機來說，不能滿足要求。影響了32位微處理器的發(fā)揮。IBM推出了32位，采用MCA微通道總線技術(shù)，但由于IBM對MCA技術(shù)采用了嚴(yán)格的許可證制度，使得其他廠商不能采用。同時，MCA與PC/AT總線也不兼容，所以除了在PS/2計算機中采用，任其之兼容機中沒有得到一定推廣。因此，MCA技術(shù)是失敗的。31EISA總線的微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖EISA總線微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖32二、為了與MCA總線技術(shù)抗衡，Compaq、HP、AST、Epson、NEC等9家公司聯(lián)合起來在ISA的基礎(chǔ)上于1988年推出了32位PC機擴展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（ExtendedIndustryStandardArchitecture）即EISA總線?？偨Y(jié)：①EISA在結(jié)構(gòu)上與ISA有良好的兼容性，保護了廠商和用戶巨大的軟硬件投資。②同時又充分發(fā)揮和利用32位機的功能。③EISA的推出打破了IBMMAC結(jié)構(gòu)對PC機發(fā)展的壟斷。33三、EISA主要特點：結(jié)構(gòu)與ISA卡完全兼容。開放式結(jié)構(gòu)，與ISA卡完全兼容。全兼容ISA總線，（ISA卡可插入EISA槽中）32位數(shù)據(jù)線D0-D3132位地址直接尋址范圍為4GB.最大時鐘頻率8.3MHz最大傳輸率33MHz349.4PC/XT、PC/ATISA、EISA

總線的特點1．PC/XT總線

XT總線與8088CPU兼容，具有8根數(shù)據(jù)總線、20根地址總線、主要應(yīng)用在X86體系結(jié)構(gòu)的微機系統(tǒng)中。2．ISA總線

ISA與80286兼容，具有16位數(shù)據(jù)線，支持8位或16位的數(shù)據(jù)存取；具有24位地址線，可尋址16MB的存儲器空間，主要應(yīng)用在80286及以上的微處理器組成的微機系統(tǒng)中。353．EISA總線

EISA與32位的微處理器兼容。

EISA總線在信號定義與物理電氣連接上完全與ISA總線兼容。具有32位的數(shù)據(jù)線，支持8位、16位或32位的數(shù)據(jù)存取，支持?jǐn)?shù)據(jù)突發(fā)式傳輸。主要應(yīng)用在32位微處理器組成的微型計算機系統(tǒng)中。36PC/XT、ISA、EISA總線信號

引腳的定義圖XT、ISA、EISA總線擴展槽示意圖37表XT、ISA、EISA總線引腳A、B面信號定義38表XT、ISA、EISA總線引腳C、D面信號定義39表XT、ISA、EISA總線引腳E、F、G、H面信號定義409.5PCI總線結(jié)構(gòu)連接方式結(jié)構(gòu)1、PCI總線是一種PCI是一種先進的局部總線，已成為局部總線新標(biāo)準(zhǔn)。不依附于某個具體處理器的局部總線。2、從結(jié)構(gòu)上，PCI是在CPU與原來的系統(tǒng)之間插入的一級總線，并由橋接電路實現(xiàn)管理，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送。3、PCI總線支持總線主控技術(shù),允許智能設(shè)備取得總線控制權(quán),以加速數(shù)據(jù)傳送.41CPUPCI橋接電路DRAM存儲器CachePCI局部總線CPU總線PCI總線ISA/EISA橋接電路SCSI卡硬盤卡網(wǎng)卡南橋打印機磁帶機掃描儀ISA總線429.5.1PCI主要性能及特點支持10臺外設(shè)總線時鐘33.3MHz/66M最大數(shù)據(jù)率133MB/S時鐘同步方式總線寬度32位（5V）/64位（3.3V）能自動識別外設(shè)支持64位尋址具有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并列操作的能力。43PCI總線的特點獨立于處理器2)傳輸效率高3)多總線共存4)支持突發(fā)傳輸5)支持總線主控方式6)采用同步操作7)支持兩種電壓下的擴展卡8)具有即插即用功能9)合理的管腳安排10)預(yù)留擴展空間44PCI插槽和PCI擴展卡1.PCI插槽

5V32位插槽5V64位插槽3.3V32位插槽3.3V64位插槽連接卡口a.4種PCI卡插槽A1外內(nèi)A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b.5V32位PCI插槽452.PCI插卡ICICIC1.9160.9612.741.680外邊里邊46總線仲裁PCI總線采用集中式的同步仲裁方法中央仲裁器PCI主設(shè)備APCI主設(shè)備BREQ#REQ#GNT#GNT#47PCI總線的微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)典型PCI局部總線的PCI/ISA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖489.5.2PCI總線的繼承者—

PCIExpress1.主要關(guān)鍵技術(shù)：在兩個設(shè)備之間點對點串行互聯(lián)雙通道，高帶寬，傳輸速度快靈活擴展性低電源消耗，并有電源管理功能支持設(shè)備熱撥插和熱交換在軟件層保持與PCI以及PCI-X總線兼容使用小型連接，節(jié)約空間，減少串?dāng)_采用類似于網(wǎng)絡(luò)通信中的OSI分層模式，具有數(shù)據(jù)包和層協(xié)議架構(gòu)492.PCI-Express的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)北橋集成根組件終端PCIExpress－PCI橋終端終端終端終端終端端點PCI插槽交換器存儲器509.5.3

AGP總線的微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖AGP/PCI總線微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖51PCI、AGP總線接口槽引腳信號定義表PCI總線插槽引腳信號引線定義5253AGP總線的特點 （1）采用雙重驅(qū)動技術(shù)（2）采用帶邊信號傳送技術(shù)（3）采用內(nèi)存請求流水線技術(shù)（4）減少對PCI總線的傳輸壓力54

AGP接口二級高速緩存處理器芯片組PCI設(shè)備系統(tǒng)主存圖形控制器顯存顯示器PCI設(shè)備PCIAGP圖形系統(tǒng)AGP連接方式551、AGP的特點采用流水線技術(shù)進行內(nèi)存讀/寫采用雙泵技術(shù)采用DIME技術(shù)采用邊帶尋址顯示RAM和系統(tǒng)RAM可以并行操作緩解了PCI總線上的數(shù)據(jù)擁擠。56模式工作頻率數(shù)據(jù)傳輸率傳輸觸發(fā)方式×166MHz264MB/s上升沿×2133MHz532MB/s上升沿和下降沿×4266MHz1064MB/s上升沿和下降沿

表AGP工作模式2、AGP的工作模式573、AGPPRO高檔3D圖形加速卡中通常會有許多顯示內(nèi)存，所以需要較大的電流設(shè)計，而AGPPro總線就是為提供額外的供電插槽而設(shè)計。AGPPro總線插槽，在中央的部分，依舊是標(biāo)準(zhǔn)AGP4X插槽設(shè)計，只不過在后端以及前端，加上了12V/3V的電壓，提供一些繪圖專用顯示卡所需要的電壓。它要求鄰近AGP插槽的1、2條PCI插槽歸其使用，并且這兩條PCI插槽至少能進行33MHz／32位的操作，更理想的是提供66MHz／64位的能力。589.5.4PCI/AGP主板簡介 下頁圖為常見的PCI／AGP主板外形圖。PCI／AGP主板由CPU插座、內(nèi)存、控制邏輯芯片組、軟驅(qū)及硬盤IDE接口插座、PCI/AGP擴展插槽、鍵盤鼠標(biāo)接口插座、并行及串行接口插座、USB通用串行接口插座、聲音輸出輸入插座及電源電路等組成。該類主板支持高達160MHz的CPU外頻并且采用多外頻免跳頻率微調(diào)技術(shù)，使外頻可調(diào)，方便用戶選擇不同CPU類型。59圖PCI/AGP總線結(jié)構(gòu)的主板609.6Pentium4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

Pentium4支持400MHz的系統(tǒng)總線，圖為Pentium4微處理器的微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。i850芯片組支持400MHz的系統(tǒng)總線，支持AGP4X，通過ICH2芯片（南橋芯片）的配合支持UltraDMA/33/66/100的IDE傳輸規(guī)范。支持PCI及AGP總線，內(nèi)存支持達2GB存儲器容量。圖9-6-2為P4主板的外形圖。61

圖9-6-1Pentium4微處理器微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)62圖9-6-2P4主板的外形圖639.7.1USB系統(tǒng)組成1.USB的硬件USB主控制器/根集線器

主控制器負(fù)責(zé)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行，并將數(shù)據(jù)傳給根集線器。根集線器控制USB端口的電源，激活和禁止端口，識別與端口相連的設(shè)備，設(shè)置和報告與每個端口相連的狀態(tài)事件。

USB集線器(USBHub)完成USB設(shè)備的添加（擴展）、刪除和電源管理等。

9.7

USB總線64

USB設(shè)備

HUB設(shè)備和功能設(shè)備（外設(shè)），外設(shè)含一定數(shù)量獨立的寄存器端口（端點）。外設(shè)有一個惟一的地址。通過這個地址和端點號，主機軟件可以和每個端點通信。數(shù)據(jù)的傳送是在主機軟件和USB設(shè)備的端點之間進行的。2.USB的軟件USB設(shè)備驅(qū)動程序

在USB外設(shè)中，通過I/O請求包將請求發(fā)送給USB設(shè)備中的USB（從）控制器。65

USB驅(qū)動程序

在主機中，當(dāng)設(shè)置USB設(shè)備時讀取描述器以獲取USB設(shè)備的特征，并根據(jù)這些特征，在發(fā)生請求時組織數(shù)據(jù)傳輸。USB驅(qū)動程序可以是捆綁在操作系統(tǒng)中，也可以是以可裝載的驅(qū)動程序形式加入到操作系統(tǒng)中。

USB主控制器驅(qū)動程序

完成對USB事務(wù)交換的調(diào)度，并通過根Hub或其他的Hub完成對交換的初始化。

663.USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PCI總線宿主機USB主控制器/根Hub高速電話高速顯示器高速集線器高速麥克風(fēng)揚聲器高速揚聲器高速鍵盤高速低速麥克風(fēng)麥克風(fēng)低速高速=480Mb/s全速=12Mb/s低速=1.5Mb/sUSB的層次拓?fù)鋱D679.7.2USB系統(tǒng)的接口信號和電氣特性1.接口信號線高/低速USB收發(fā)器(主機或集線器端口)高速USB收發(fā)器(主機端口或高速設(shè)備)+5vdcD+D-地15KΩ15KΩ+3.0~3.6vdc1.5KΩD+D-高/低速USB收發(fā)器(主機或集線器端口)低速USB收發(fā)器(低速設(shè)備)+5vdcD+D-地15KΩ15KΩ+3.0~3.6vdc1.5KΩD+D-圖3.12USB集成器和設(shè)備的電阻連接USB數(shù)據(jù)線USB數(shù)據(jù)線68USB常用信號電平（高速設(shè)備，低速設(shè)備電平相反）

總線狀態(tài)信號電平發(fā)送端接受器端差分“1”D+>2.8V并且D-<0.3V(D+)-(D-)>200mV并且D+>2.0V差分“0”D->2.8V并且D+<0.3V(D-)-(D+)>200mV并且D->2.0V單端點0(SE0)D+和D-<0.3VD+和D-<0.8V數(shù)據(jù)J狀態(tài)差分“1”（不是邏輯1）差分“1”數(shù)據(jù)K狀態(tài)差分“0”（不是邏輯0）差分“0”恢復(fù)狀態(tài)數(shù)據(jù)K狀態(tài)數(shù)據(jù)K狀態(tài)閑置狀態(tài)N.A.D+>2.7V并且D-<0.8V69設(shè)備接入到端口上的過程設(shè)備從端口上斷開過程D+和D-的電壓全部下降到0.8V并維持2.5

s連接狀態(tài)斷開狀態(tài)數(shù)據(jù)包傳送結(jié)束過程保持信號線2個位的傳輸時間的SE0狀態(tài)，之后保持1個位傳輸時間的J狀態(tài)。傳送狀態(tài)閑置狀態(tài)D+或D-的電壓上升到2.5(2.7)V斷開狀態(tài)閑置狀態(tài)維持2.5

s以上連接狀態(tài)信號線跳變到其反向邏輯電平數(shù)據(jù)K狀態(tài)閑置狀態(tài)數(shù)據(jù)包傳送開始過程差分?jǐn)?shù)據(jù)線按傳送數(shù)據(jù)變換傳送狀態(tài)702.電氣特性

對地電源電壓為4.75~5.25V，設(shè)備吸入的最大電流值為500mA。第一次被主機檢測到時，設(shè)備吸入的電流<100mA自給供電總線供給713.NRZI編碼

原始數(shù)據(jù)空閑填充數(shù)據(jù)填充位NRZI碼000111111011011000111111011011位填充和NRZI編碼00011111111011

NRZI的編碼方法不需獨立的時鐘信號和數(shù)據(jù)一起發(fā)送，電平跳變代表“0”，沒有電平跳變代表“1”。在數(shù)據(jù)被編碼前，在數(shù)據(jù)流中每6個連續(xù)的“1”后插入1個“0”，從而強迫NRZI碼發(fā)生變化，也順便讓收發(fā)雙發(fā)對準(zhǔn)一次時鐘，接收端必須去掉這個插入的“0”。

729.7.3USB數(shù)據(jù)流類型和傳輸類型USB數(shù)據(jù)流類型有四種：控制信號流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)流、實時數(shù)據(jù)流。

USB有4種基本的傳輸類型2．批傳輸：單/雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準(zhǔn)確，出錯重傳。時間性不強。1．控制傳輸：雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，發(fā)生錯誤需重傳。當(dāng)USB主機檢測時，設(shè)備必須要用端點0完成和主機交換信息的控制傳送。3．中斷傳輸：單向入主機，用于隨機少量傳送。采用查詢中斷方式，出錯下一查詢周期重新傳。4．等時傳輸：單/雙向，用于連續(xù)實時的數(shù)據(jù)傳輸，時間性強，但出錯無需重傳。傳輸速率固定。739.7.4USB交換的包格式標(biāo)志包數(shù)據(jù)包握手包一次交換（事務(wù)處理）等時傳輸無握手包交換完畢，進入幀結(jié)束間隔區(qū)發(fā)送方把D+和D-上的電壓降低到0.8V以下，并保持2個位的傳輸時間，然后維持1個位傳輸時間的J狀態(tài)表示包結(jié)束，之后進入閑置狀態(tài)。每次交換均由主機發(fā)起，對中斷傳輸，亦由主機發(fā)送查詢包取得中斷信息。幀結(jié)束間隔區(qū)74表包的類型(陰影部分是USB2.0規(guī)范)PID類型PID名稱PID[3:0]描述標(biāo)志包OUT0001b具有PID、類型檢查、設(shè)備地址、端點號和CRC域的宿主到功能設(shè)備的發(fā)送包IN1001b功能設(shè)備到宿主的接收包，具有和發(fā)送包一樣的域SOF0101b幀開始包SETUP1101b主機發(fā)給設(shè)備的設(shè)置包，用于控制傳輸?shù)脑O(shè)置。數(shù)據(jù)包DATA00011b數(shù)據(jù)包0DATA11011b數(shù)據(jù)包1DATA20111b為幀中高速、高帶寬的等時交換的數(shù)據(jù)包MDATA1111b為分離的高速和高帶寬等時交換中的數(shù)據(jù)包75握手包ACK0010b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)返回個宿主STALL1110b設(shè)備已經(jīng)被掛起，需要主機插手解決故障NYET0110b接收器無應(yīng)答特殊包PRE1100b(Token)預(yù)告包，預(yù)告下面將以低速方式和低速設(shè)備通信ERR1100b(Handshake)分離交換錯誤的握手信號SPLIT1000b高速分離交換標(biāo)志PING0100b為批或控制端點傳輸而設(shè)置的高速流控制探測Reserved0000b保留76包的一般格式SYNCPID

包特定信息CRC8位8位n位5位或16位SYNC：同步序列PID：包標(biāo)識別，發(fā)送從低位到高位所有數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送都時從低位開始向高位發(fā)送數(shù)據(jù)為10000000bPID0PID1LSbPID2PID3PID0#PID1#PID2#PID3#MSb低4位放PID高4位放PID的反碼771.包的種類及格式(1)幀開始包（SOF）（一幀持續(xù)時間為1ms）SYNCPIDFRAMENUMBERCRC8位幀開始包格式8位11位5位編碼數(shù)據(jù)0000000110100101LSbMSb78SYCNPIDADDRENDPCRC8位接受和發(fā)送包的格式8位7位4位5位(2)接受包（IN）(3)發(fā)送包（OUT）接受交換包括了全部4種傳輸類型接受交換:根Hub廣播接受包目標(biāo)設(shè)備返回數(shù)據(jù)包根Hub發(fā)握手包。（等時傳輸無握手包）發(fā)送交換:根Hub廣播發(fā)送包根Hub發(fā)數(shù)據(jù)包目標(biāo)設(shè)備發(fā)握手包（批傳輸才有握手包）發(fā)送交換包括了除中斷傳輸外的其他3種傳輸類型792．?dāng)?shù)據(jù)包DATACRCSYNCPID8位USB1.1數(shù)據(jù)包格式8位0~1023位16位SYNCPIDDATACRC8位USB2.0數(shù)據(jù)包格式8位0~8192位16位(4)設(shè)置包（SETUP）控制傳輸開始由主機發(fā)設(shè)置包，后面可能由一個或多個IN或OUT交換，或只包含一個從端點傳到主機的狀態(tài)80SYCNPID8位握手包的格式8位3．握手包

4．特殊包數(shù)據(jù)接受方發(fā)向數(shù)據(jù)發(fā)送方只有SYNC和PID組成主機希望與低速設(shè)備進行低速傳輸?shù)臅r候發(fā)此包PID域應(yīng)該高速（全速）發(fā)送。PID之后，在低速數(shù)據(jù)包傳輸之前要延遲4個高速字節(jié)時間低速設(shè)備只支持控制傳輸與中斷傳輸與低速設(shè)備交換數(shù)據(jù)只有8字節(jié)819.7.5USB設(shè)備狀態(tài)和總線枚舉主機HUB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[上電狀態(tài)]5.1利用默認(rèn)端點0讀設(shè)備描述器6.2分發(fā)地址[地址狀態(tài)]7.2讀配置信息7.1按地址讀設(shè)備配置信息8.2寫配置信息[配置狀態(tài)]8.1按地址設(shè)設(shè)備配置信息6.1給設(shè)備分發(fā)地址5.2讀設(shè)備描述器[地址默認(rèn)狀態(tài)]829.7.6USB2.0的補充——

OTG技術(shù)

USBOn-The-Go(OTG)是對USB2.0規(guī)范的有益的擴充。這類設(shè)備既可以作為USB設(shè)備與PC機相連，又可以作為USB主機連接其它USB設(shè)備。因此，這類設(shè)備可以拋棄PC，直接進行設(shè)備與設(shè)備之間的點對點(peartopear)通信。

USBOn-The-Go在USB規(guī)范基礎(chǔ)上增加了以下幾點：雙重功能。設(shè)備既可用作主機也可用作外設(shè)主機交流協(xié)議HNP用于轉(zhuǎn)換USB主機和外設(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83USBOn-The-Go設(shè)備定義了一個新的稱之為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-GNDID‘1’:SlaveB設(shè)備‘0’:MasterA設(shè)備mini-B插頭mini-A插頭VCCVCC84兩個OTGRTR(主/從雙角色)設(shè)備相連，可以用主機交流協(xié)議(HNP)隨時切換主機角色。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D+線本方的上拉電阻，將D+置高。此時A設(shè)備成為外設(shè)，B設(shè)備成為主機。B設(shè)備完成對總線控制后，啟動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，通過軟件實現(xiàn)真正的對總線的控制權(quán)變化。859.7.7開發(fā)具有USB功能的設(shè)備的先期準(zhǔn)備1.分清開發(fā)的設(shè)備類型嵌入式USB主機USBHub基于HID(人機接口設(shè)備)的USB設(shè)備USBOTG設(shè)備2.選擇合適的控制芯片內(nèi)嵌USB