2021年1月30日星期六
图1-3 USB集线器结构
（2）USB设备。USB设备分为hub设备和功能设备。 USB硬件系统的示意图如图1-4所示。
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图1-4 USB硬件系统的示意图
2.物理总线拓扑结构 USB总线上的设备以星形的
拓扑结构实现与主机物理连接。 USB的接入点由集线器来提供。 这种由集线器提供的额外接入点 称为端口。主机中包含了嵌入的 集线器，它称之为根集线器。通 过根集线器，主机可以提供一个 或多个接入点。为了防止出现环 形接入的情况，在USB中使用了 分层的拓扑结构，这种配置结果 具有树形结构，如图1-5所示。
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USB共有3种类型的包，即令牌包、数据包和握手包。 （1）令牌包。由PID、地址、端点和CRC校验字段组成，其格式如图1-9所示。
其中，地址字段和端点字段唯一地确定了某个设备上的某一个端点。只有主机 才可以发出令牌包。
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图 1-9 令牌包格式
（2）数据包。由PID字段、0~1 023字节长度的数据字段和16位的CRC校验 字段组成，其格式如图1-10所示。数据源向目的地发送的数据或者无数据传送 的指示信息，数据包可以携带的数据最多为1 023字节。数据必须以整数的字节 数发出。数据CRC仅通过对包中的数据字段计算而得到，不包括PID，它有自己 的校验字段。
4 采用“主-从式”数据传输 方式，所有传输由USB主机 发起，USB设备仅在主机对 它提出要求时才进行传输。
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1.3 USB的硬件结构
1.硬件构成 （1）USB主控制器/根集线器。主控制器负责传输处理，这些传输已
经由主机软件安排好。主控制器对数据执行一个并行到串行的转换，建立 USB的传输处理，并传给根集线器在总线上发送。
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图1-6 USB集线器和设备的连接
1.4 USB的软件结构
B的逻辑结构 USB的设备可以分成多个
不同类型，同类型的设备可以 拥有一些共同的行为特征和工 作协议，这样使设备驱动程序 的编写变得简单一些。USB协 议规范中定义了USB的设备类 型，比如，音频、通信、HID、 HUB等设备类。USB设备的软件 结构如图1-7所示。
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图1-7 USB逻辑结构
B的通信模型 USB的通信模型如图1-8所示。从图中可以看出，主机分客户软件层、USB
系统软件层和USB主机控制器。USB系统软件是指在某一操作系统上支持USB的 软件，它独立于USB设备和客户软件。USB主机控制器是主机方的USB接口，它 是软硬件的总称。
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1.2 USB的特点
USB技术的设计同时照顾了用户和硬件生产商双方的利益，它具有很多优点， 概括起来，主要体现 在以下五个方面：
USB支持带电动态插拔（简称热 插拔）USB设备。
USB可自动对USB设备进 行动态配置。
USB具有极强的外设连接 能力。
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5 USB支持错误检测与恢复处理， 具有自动检测并隔离出错设备 的能力。
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图 1-11 握手包格式
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图1-8 USB通信模型
1.5 USB的数据传输
如果从头设计一个USB设备，必须决定哪些传输类型是合适的。 （1）控制传输方式：USB设备加入系统时，用于USB系统软件与USB设备
间传输配置、命令、状态信息等控制数据流，此类传输对可靠性要求 较高。 （2）中断传输方式：通常用于不允许迟滞的点设备随机地传输少量的 中断数据流。 （3）批量传输方式：一般用于需要发送大量数据的外设（如打印机、 扫描仪或数码照相机等）传输数据块。 （4）同步传输方式：通常用于调制解调器等外设，传输连续的、速率 固定的实时数据流（如语音信号等），此类传输要求实时性强、低误 码率和低时延。
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图 1-10 数据包格式
（3）握手包。数据接收方向数据发送方回复的信息，报告数据交换 的状态。握手包又称为状态包、状态段、交换段，其格式如图10 11所示。 它仅由一个8位的PID字段构成，由一个字节的包字段后的EOP确定界限。 如果包被解读为合法的握手信号，但没有以一个字节后面的EOP终止，则 它被认为是无效的，且被接收机忽略。
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1.1 USB概述
USB的设计为非对称式的，它由一个主机（host）控制器和若 干通过hub集线器设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多 可以有5级hub，包括hub在内，最多可以连接127个设备，而一台 计算机可以同时有多个控制器。
USB可以连接的外设有鼠标、键盘、游戏手柄、游戏杆、扫描 仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。对数码相机这样的多 媒体外设，USB已经是缺省接口；由于大大简化了与计算机的连接， USB也逐步取代并口成为打印机的主流连接方式。
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图1-5 USB系统的物理总线拓扑
B接口及信号 USB总线包括4根信号线，用来传送信号和提供电源。如图1-4所示，其中
“D+”和“D-”为信号线，传送信号。“D+”和“D-”是一对双绞线，“D+” 是绿色，“D-”是白色。还有2根是电接口的形式和与主机的连接如图1-6所示。
USB通用串行总线简介
USB（Universal Serial Bus）是由Compaq，IMB，Intel， Microsoft，NEC等7家公司在1994年提出的。其最大的特点是支持热 插拔（Hot plug）和即插即用 （Plug & Play）。当设备插入时，主 机枚举（enumerate）此设备并加载所需的驱动程序，因此使用远比 PCI和ISA总线方便。