USB的低層結(jié)構(gòu)

USB設備
USB的設備可以接在PC上的任意的USB接口上。而使用HUB還可以擴展使更多的 USB設備連接到系統(tǒng)中,USB的HUB有一個上行的端口(到host),有多個的下行端口(連接其它的設備),從而可以使整個的系統(tǒng)可以擴展的連接 127個外設,其中HUB也酸外設。對于USB系統(tǒng)來說,USB的host永遠是PC邊,所有的其他連接到host都稱為設備,在設備與設備之間是無法實 現(xiàn)直線通信的,只有通過host的管理與調(diào)節(jié)才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳送.在系統(tǒng)中,通常會有一個根HUB,這個HUB一般有兩個下行的端口。
一個PC可以擁有一個或多個的USB host控制器。一般有兩種類型的控制器:UHCI(USB host控制器接口),OHCI(開放的host控制器接口)。Windows的USB類驅(qū)動程序?qū)τ诿恳环N的控制器類型都有一種miniclass驅(qū)動程序來支持。

USB的物理信號
USB的電纜有四根線,兩根傳送的是5V的電源,有一些直接和電源HUB相連的設備可 以直接利用它來供電。另外的兩根是數(shù)據(jù)線,數(shù)據(jù)線是單工的,在整個的一個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)速率是一定的,要么是高速,要么是低速,沒有一個可以中間變速的設備 來實現(xiàn)數(shù)據(jù)碼流的變速.在這一點上,USB和1394有明顯的差別。
USB的總線可以在不使用的時候被掛起,這樣一來就可以節(jié)約能源。
在有些時候的總線還有可能擋機(stall),比如說象數(shù)據(jù)傳送的時候突然被打斷，這個時候通過host的重新配置可以實現(xiàn)總線的重新工作。

低層協(xié)議
USB的物理協(xié)議規(guī)定了大多數(shù)的在總線上的數(shù)據(jù)格式，通常一個全速的數(shù)據(jù)楨可以最多有的1500bytes,而對于低速的楨最多有187bytes。
楨通常是用來分配帶寬給不同的數(shù)據(jù)傳送方式。同時由于楨結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，楨的這種特性也可以用來做同步信號來使用。
一個最小的USB的數(shù)據(jù)塊叫做包(packet)，包包括同步信號，包標識（packet ID)，CRC和傳送的數(shù)據(jù)。Packet ID共有以下十種：
token OUT IN SOF SETUP
data DATA0 DATA1
handshake ACK NAK STALL
special PRE

Transactions（數(shù)據(jù)交換）
一個transaction是在host和設備（device)之間的不連續(xù)相互數(shù)據(jù) 交換，通常由host開始交換，交換的開始是由Token的包開始的，接下來是雙方向上的數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包傳送完之后，就會由設備（device）返回一 個握手（handshake)包。USB系統(tǒng)通過IN,OUT,和SETUP的包來指定USB地址和endpoint（最多是128個，0通常被用來用做 缺省的傳送配置信息的）,并且這些被指定的設備必須通過上面形式的包來回應這種形式的指定。每個SETUP的包包含8個byte的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)用來指示傳送 的數(shù)據(jù)類型。對于DATA數(shù)據(jù)包來說，設置兩種類型的數(shù)據(jù)包是為了能夠在傳送數(shù)據(jù)的時候做到更加的精確。ACK handshake的包用來指示數(shù)據(jù)傳送的正確性，而STALL handshake則表示數(shù)據(jù)包在傳送的過程中出了故障，并且請示host重新發(fā)數(shù)據(jù)或者清除這次傳送。PRE格式的包主要是用在在一個USB的系統(tǒng)中如 果存在不同速率的設備的時候，將不同于總線速度的設備中就會回應一個PRE的包從而會忽略該設備。
各種不同類型的包的大小是不同的，DATA的數(shù)據(jù)包最大是1023bytes.

Start of Frame(SOF)
SOF是host用來指示frame的開頭的。SOF的包包括11個bit的楨序號，從0到0X7FF(i.e. USBD_ISO_START_FRAME_RANGE-1)，SOF對于所有的高速設備來說是有效的。

Power
每個設備可以從總線上獲得100mA的電流，如果特殊的向系統(tǒng)申請，最多可以獲得500mA的電流，在掛機的狀態(tài)下，電流只有500uA.?

驅(qū)動程序的安裝步驟
Windows用設備描述字或者接口描述字來了解到底是什么樣的設備被接入到系統(tǒng)。 Windows初始化的Hardware ID中有設備提供商的ID域（IDVendor,IDProduct,和BCDDevice）。如果你沒有向系統(tǒng)提供一個INF文件的話，系統(tǒng)就會自動選 擇提供一個兼容ID（可能不是工作得很好，就像你買了一個Rockswell的Modem，而你使用標準Modem的驅(qū)動程序，你的Modem可能會工作 的有很多的毛病，也可能跑得飛快，電腦的事情，什么都可能發(fā)生，就像中國足球........我在九四年就發(fā)誓不再為中國足球惱火，可是俺前不久還是罵了 一下那個叫章魚鱗的小伙子，怎么就.......好歹還是一孩子，就原諒一回吧，哎!）

USB的新特性
共享性 一個物理設備可以使用許多不同的pipe
實時性 可以實現(xiàn)和一個設備之間有效的實時通信
動態(tài)性 可以實現(xiàn)接口間的動態(tài)切換
聯(lián)合性 不同的而又有相近的特性的接口可以聯(lián)合起來，
多能性 各個不同的接口可以使用不同的供電模式
自動性 缺省的pipe的使用使基系統(tǒng)的建立和配置變得自動并且快速