停更好久，重新梳理一下usb 知識體系

1. USB 硬件框架

一個 USB 系統(tǒng) 由三部分來描述：

USB interconnect

USB devices

USB host

USB interconnect 是指USB 設(shè)備連接到主機并與主機通信的方式。這包括以下內(nèi)容：

總線拓撲：USB device 和 host 之間的連接模型。

層間關(guān)系：

數(shù)據(jù)流模型：

USB 調(diào)度：

1.1. 總線拓撲

在USB 系統(tǒng)中有兩個硬件的概念：

USB host：它跟處理器相連，處理器通過USB Host跟各類USB設(shè)備通信。USB Host中集成有一個root hub

USB device：這類設(shè)備又分為兩類

Hub：用來擴展USB接口

Function：就是普通的USB設(shè)備，比如U盤、聲卡等

USB 總線拓撲如下：

roothub：根hub(根集線器)

hub：集線器

func：功能設(shè)備

Compound Device：組合設(shè)備，包含一個hub 和 一個或多個func

USB 總線拓撲最上層一定是host, 最后一級只能是func, 因此hub 級聯(lián)最多5級；

1.2. USB host

在任何USB 系統(tǒng)中只有一個主機，主機的每個USB控制器（Host Controller）對應(yīng)一條USB總線。與主機計算機系統(tǒng)相連的USB接口被稱為主機控制器。

主機控制器可以以硬件，固件或軟件的組合來實現(xiàn)。

根集線器（root hub）集成在主機系統(tǒng)內(nèi)以提供一個或多個連接點。

USB Host通過 Host Controller 與 USB device 交互。

Host主要負責：

檢測USB 設(shè)備的拔插動作

管理Host和Device之間的控制流、數(shù)據(jù)流

收集USB 總線狀態(tài)和活動數(shù)據(jù)信息

為連入USB總線的設(shè)備供電

1.3. USB device

USB device 分為 USB hub 和 USB Function。

USB hub （集線器）：

root hub：一般與主機控制器連接在一起，提供一個或者多個端口。

普通hub：用于擴展USB 的主機端口。

結(jié)構(gòu)上由一個上行端口和多個下行端口組成。

支持級聯(lián)：最多5級，不包含root hub。

支持速率轉(zhuǎn)換：低速/全速設(shè)備，可連接在高速hub 上。

USB function 設(shè)備：

Composite Device：復合設(shè)備。一個設(shè)備地址，1個 或者 多個function 接口組成

Compound Device：組合設(shè)備。多個設(shè)備地址，一個hub 和 一個或者多個func 組成。

比如：鍵盤，鼠標，攝像頭等。

1.4. USB 數(shù)據(jù)流

USB主機和USB設(shè)備之間的通信是通過管道(Pipe)進行的。

在USB協(xié)議中，管道是一個邏輯概念，

在USB主機端實際上就是一組緩沖區(qū)，用于管道中數(shù)據(jù)的收發(fā)。

在USB設(shè)備端，管道對應(yīng)一個特定的端點，每一個端點都是一個由索引和方向確定的，USB設(shè)備最多支持16個雙向端點（8個in/8個out）。

USB設(shè)備地址、端點索引和端點方向的組合可以唯一確定USB主機和USB設(shè)備間的通信。

2. USB 軟件框架

2.1. USB 數(shù)據(jù)流模型

USB 簡化傳輸模型如下圖所示，實際上要比這個復雜的多。主要包含以下部分：

USB 物理設(shè)備：USB電纜終端的一塊硬件，執(zhí)行一些有用的終端用戶功能。

客戶端軟件：在主機上執(zhí)行的軟件，對應(yīng)于一個USB設(shè)備。此客戶端軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供，或與USB設(shè)備一起提供。

USB 系統(tǒng)軟件：在一個特定的操作系統(tǒng)中支持USB的軟件。USB系統(tǒng)軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供，獨立于特定的USB設(shè)備或客戶端軟件。

USB Host Controller (Host Side Bus Interface)：允許將USB設(shè)備連接到主機上的硬件和軟件。

2.2. USB 軟件模型

實際的通信數(shù)據(jù)流：usb host control 和 USB 總線接口。虛擬的通信方式：主機端客戶端軟件和 物理設(shè)備fucntion 直接通信。

USB host：

客戶端軟件

USB 系統(tǒng)軟件：USB 驅(qū)動，HOST controller 驅(qū)動 和 host 軟件

USB device：

USB物理設(shè)備為主機提供了額外的功能。USB設(shè)備提供的功能類型差別很大。但是，所有的USB邏輯設(shè)備都為主機提供相同的基本接口。這允許主機以相同的方式管理不同USB設(shè)備。

為了幫助主機識別和配置USB設(shè)備，每個設(shè)備都會攜帶和報告與配置相關(guān)的信息。所報告的一些信息在所有邏輯設(shè)備中都是常見的。其他信息是特定于該設(shè)備提供的功能的。此信息的詳細類型根據(jù)設(shè)備的設(shè)備類別而有所不同。

詳細軟件模型

抽象為熟悉的軟件模型

對于一個 usb 設(shè)備驅(qū)動，大多時候我們其實只需要關(guān)心function driver，不同的設(shè)備向上只有function 或者接口區(qū)分，對于底層而言都是一樣的，最終通過SIE (串行總線)和主機通信。

3. 總結(jié)

本文主要介紹了，USB 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。一個USB 系統(tǒng)包含核心的三部分：

USB interconnect：通過PIPE 互聯(lián)傳輸

USB Host：USB 主機

USB Device：USB 設(shè)備和集線器

并簡要闡述其軟件模型。

審核編輯：湯梓紅