电气专业+适宜人群（学习USB硬软件开发）+计算机USB系统原理及其主从机设计

zhfeng

书名：计算机USB系统原理及其主从机设计
作者：马伟
出版社：北京：北京航空航天大学出版社
出版日期：2004
推荐理由：对于学习USB技术由浅入深用较为通俗易懂的语言进行了阐述，是学习USB硬软件开发的一本首选书，本人正在逐渐学习，也从中学习了不少USB开发的知识，前面也看过一些其他的书，都感觉看不懂，但是这本书却能让人一章一节的进行细读，个人感觉不错，推荐给学习USB硬软件开发的朋友们。

以下是我的学习笔记，献给需要的朋友：

USB学习一
接口层涉及的是具体的物理层，其主要实现物理信号和数据包的交互，也就是在主机端的ＵＳＢ主控制器和设备端的ＵＳＢ总线接口之问传输实际的数据流。
设备层主要提供ＵＳＢ基本的协议栈；执行通用的ＵＳＢ的各种操作和请求命令，从逻辑巳讲，就是ＵＳＢ系统软件与ＵＳＢ逻辑设备之问的数据交换。
功能层提供每个ＵＳＢ设备所需的特定的功能；主机端的这个功能由用户软件和设备类驱动程序提供，而设备端就由功能单元来实现，它们之间的这种联系看作是逻辑上的数据流。


USB硬件
  USB主控制器/根Hub
  USB Hub
  USB设备（包括USB协议栈固件）
USB软件（基于PC）
  USB核心驱动程序
  用户软件和USB设备类驱动程序
  USB控制器驱动程序

上行方向：
  而从设备到主机、从ＨＵｂ到主机或从设备到ＨＵｂ则是从下而上的方向，这里定义为上行方向。
下行方向：
  比如从主机到设备、从主机到ＨＵＬ或从ＨＵｂ到设备就是从上而下的方向，并且定义为下行方向。


插座类型：
  Ａ型插头位于ＵＳＢ电缆的一端。从方向上来说，它上行指向并连接到主机系统．来自于ＵＳＢ设备。Ａ型插座位于ＵＳＢ主机或者是ＵＳＢ Hub上，用于为下层的役备提供连接点。由此，可以得出这样一个简单的结论：如果一个ＵＳＢ的硬件系统只带有Ａ型ＵＳＢ插座那么它肯定是ＵＳＢ主机；而ＵＳＢ主机和ＵＳＢ Hub则也肯定带有Ａ型插座。Ａ型插座是ＵＳＢ主机或ＵＳＢ Hub提供给下层设备的接口。

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A型插头                      A型插座

  Ｂ型插头位子ＵＳＢ电缆的另一端。与Ａ型插头相反，从方向上来说，Ｂ型插头指向并连接到下层设备，来自于主机或ＵＳＢ Hub。Ｂ型插座位于ＵＳＢ设备或ＨＵｂ上。由此，可以得出这样一个结论：如果一个ＵＳＢ的硬件系统只带有Ｂ型插座，那么它肯定是ＵＳＢ设备；而ＵＳＢ设备和Hub则一定带有Ｂ型插座。
  此外．在ＵＳＢ协议２．０的补充版本Ｏｎ－Ｔｈｅ－Ｇｏ协议申．又定义了一种Ｍｉｎｉ型接插件，
用在～些特殊的场合。
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B型插头                     B型插座

插座的PCB封装尺寸
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A型插座尺寸                   B型插座尺寸
  详情可参见USb协议白皮书

USB电缆
  VBus：红色，编号1
  D－：白色,编号2
  D+：绿色,编号3
  GND：黑色,编号4
  全速时，D+和D-需采用带屏蔽和双绞的电缆线





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全速电缆

USB供电模式
  （1）自供电（Self-Powered）
   是指该ＵＳＢ设备或Hub能够自己提供电源，而无需从ＶBus上提取电流，这样做的好处是该设备在工作时功率不必受ＵＳＢ协议的限制，可以根据自身电源的能力任意提取电流；但局限性也是显而易见的，该设备必须带有额外的电源设备，增加了体积和成本。
  （2）总线供电（Bus-Powered）
   总线供电模式则为耗电量小的设备提供了一种方便的连接方式，能够完全从ＵＳＢ总线的ＶBus上获得
所需的电流，但是这样的设备运行时所耗的功率受到ＵＳＢ协议的限制，不能无限制地从总线上取得电流。
可提供最小100mA，最大500mA电流
特别注意：ＵＳＢ硬件开发人员在设计ＵＳＢ硬件电咯的电源线路时孟要十分小心，无论是总线供电还是自供电的USB设备或ＨＵｂ，都只能从VBus上获得电流，而不能向VBus提供电流，尤其是自供电的设备，更不能把自供电的电源线路连接到ＶBus上。

USB Hub
  集线器（Ｈuｂ）是ＵＳＢ即插即用技求中关键的一环。它提供了USB的连接端口（Ｐｏｒｔ）。顾名思义，Hub就是能将多个连接线集中在一起的设备。一个Ｈｕｂ能将一个ＵＳＢ的连接点转化为多个连接点，使得多个设备能同时连接到惟一的ＵＳＢ总线上进行通信。当然，ＵＳＢ的体系也允许多个Hub之间进行互连。
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  根据端口在ＵＳＢ总线拓扑体系中的位量和功能的不同，可以将其分为上行端口（Upstream Port）和下行端口（Downstream Port）。上行端口用于连接上一级的Ｈｕｂ或是根ＨＵｂ，而下行端口则用于连接下级ＨＵｂ或者ＵＳＢ设备。利用ＵＳＢ电缆上的电平变化，USB Hub可以检测下行端口上ＵＳＢ设备的接人或者移出，同时可以确定设备的速度类型，如低速或者是全速没备。

低功耗的实现
  ＵＳＢ的供电分为２种模式。同样，ＵＳＢ供电的工作状态也被分为２种：即正常工作（Normal）状态和挂起（Suspend)状态。
  如果总线供电设备在３ｍｓ内没有总线操作，即ＵＳＢ总线处于空闲状态的活，该设备就需要自动进入挂起状态。这时从总线上提取的电流必须小于500uA。实际上500uＡ的电流中包括Hub和主机端１５ｋΩ的终端匹配电阻的电流，这个值通常为220uA。因此，对于总线供电的设备而言，在进入挂起状态后，总的电流功耗不超过280uA。由此可见，这个设备的功耗是非常低的。这便是ＵＳＢ低功耗的一个非常重要的特点。
  在设备进人挂起状态后，可以通过唤醒（Ｒｅｓｕｍｅ）操作来恢复到正常工作状态。唤醒操作既可以由主机发送唤醒或复位信号来触发，也可以由设备自行通过远程唤醒来实现。处于挂起状态的设备通过发送信号给主机，使得主机恢复处理其ＵＳＢ事务。这种远程唤醒方式是所有ＵＳＢ事务中，惟一能够由设备发起的事务．

即插即用技术
  即插即用技术包含２个技术层面，即热插拔和自动识别配量。
  热插拔的关键技术在于电路接插件杨、拔期间强电流的处理。ＵＳＢ在电缆以及接插件的设计上充分考虑了这一点，使得这个瞬时的强电流被安全地吸收，从而使ＵＳＢ设备实现了热插拔。
  
  即插即用另一个关键技术层面就是系统设备的自动识别。也就是说，主机系统在役有人工干预的情况下，能够自动检测到设备的接入并能自动配置该设备，也能够自动检测到设备的拔出，从而释放系统资源。ＵＳＢ主要是通过在信号线上的一些特殊处理来实现这一技术。掌握这部分内容，对于正确地设计ＵＳＢ硬件系统是非常重要的。
  在ＵＳＢ的4线电缆中传输信号的是Ｄ十和Ｄ一这一对差模信号线，该线上使用的是十３．３Ｖ的电平，而VBus是+５Ｖ。下图演示了ＵＳＢ设备与主机（或Hub）的电气连接图。
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  从图中可见，由于D+和D-接有下拉电R1，所以当端口未连接任何USB设备时，D+和D-均恒为0
  此外，对于低速设备D-上连接有一个上拉电阻R2，对于全速设备，D+上接有一个上接电阻R2，这是USB主机识别设备速度的一个重要指标。
全速设备和低速设备的接入与断开检测
   全速与低速的主要区别在于D+和D-的电平不同
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zhfeng

发完才发现，图都看不到了，下面是word版的文档
为防止外部搜索，加密1威

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linsi

最好是能把图再上传一遍，这样就更完美了。

lyx1982

有电子档的书就好了！

matmat

xie xie,xue xie

bluelaser

谢谢!
正在做USB项目，参考一下。

wu8d

威望不夠, 怎么弄??

zypazyp

威望不夠
it's a pity

xuwa

看不到图，也没有附件。