据包被损坏， 接收器将根据情况发出Ｎ Ｋ或 Ｓ Ａ Ｌ Ａ ＴＬ 握手信号， 或者超时（ ｉｅｕ）并且， Ｔｍ ｏｔ ， 接收器将不切 换其时序位。 事务被返回Ｎ Ｋ， Ａ 然后被重试的情况。 任 何非 Ａ Ｋ握手或是超时都将产生类似的重试动作。 Ｃ 没有收到 Ａ Ｋ握手的发送器， Ｃ 将不切换其时序位。其
亩ｘ ｘ Ｃ Ｏ ） ）Ｌ百Ａ０ Ａ１Ｉ Ｃ））（ Ｋ Ｃ （ Ｏ １ Ｒ ｘ － Ｋ ｘ Ｒ ＞ － ＞
传送ｉ
传送ｉ ＋ｌ
（ （１ ０ １Ｔ Ｔ ｘ－ （ － ） Ｒ ｘ ＞ ＞Ｄ Ｉ ｘｘ ） ０） 于Ｒ ） 一
图 ２ 连续的传送
Ｕ Ｂ上传。由主机控制器（ Ｃ 协调何时用总线访问在 Ｓ Ｈ ） Ｕ Ｂ上传递数据。 Ｓ 一个客户软件一般都通过１ ／ ０请求包 （ Ｐ 来要求数据传送。 Ｉ ） Ｒ 然后， 或者等待， 或者当传送完成 后被通知。Ｒ ＩＰ的细节是由操作系统来指定的。 客户软件
提出与设备上的端点建立某个方向的数据传送的请求，
位被切换 ， 于是再一次同步了。
ＯＴＯ ＡＡ ＤＴＯ ＡＡ
（ ０ Ｃ（ 面 Ｔ Ｔ － （０ ｘ ＲＴ ＞ ０－ ０ ） ） ｘ 一 ＞ １ ）
接口硬件的主要任务：
图 ３ 重试不被确认的事务
ＤＴ Ｏ ＡＡ ＤＴＯ ＡＡ
ｔｅ ｙ ｔ ｄｖｌ ｍ ｎ ｏ ＵＳ ｈｓ ａｄ ｖ ｅ ｅｆｃ ｗｔ ａ ｍｐｅ Ｐ ｉｐｓ Ｂ ｅｆｃ ｃｉ ｅ ｉ ｔｅ ｈ ｗ ｓ ｅｅ ｐ ｅｔ Ｂ ｔ ｄ ｉ ｉ ｒ ｅ ｈ ｘ ｌ ｏ ｈｌ ＇ ＵＳ ｉｔｒ ｅ ｐ ｔ ｈ ａ ｏ ｏ ｆ ｏ ｎ ｅ ｃ ｎ ａ ｉ ｅａ ｔ ｆ ｉ ｎ ａ ｈ ｓ ｎ ｖ ｗ ｏ ｔ ｐｏｏｏ ａｐｉ ｔ ｎ ｉ ｐｉ ｏ ｒｔｃｌ ｌａｉ ． ｅ ｎ ｆ ｐ ｃ ｏ Ｋ ｙ ｒｓ Ｂ ｒｔｃｌ ｅｉ Ｈ ｓ ｅ ｗ ｄ ＵＳ Ｐｏｏｏ Ｄ ｖ ｅ ｏｔ ｏ ｃ
还可对指定设备进行控制， 如通道控制； 它是双向传输，
（ ｉ ｝Ｃ
图２ 说明了有两个成功的事务的情况。在每个事 务 中， 接收器 比较发送器的时序位（ 在数据包 ＰＤ中 Ｉ 编码为 Ｄ Ｔ Ｏ Ｄ Ｔ ） Ａ Ａ 和 Ａ Ａ１和接收器的时序位。如果 数据不能被接受， 接收器必须发出 Ｎ Ｋ， Ａ 并且， 发送器 和接收器的时序位保持不变。 如果数据能被接受 ， 并且 接收器的时序位和 ＰＤ相匹配， Ｉ 则数据被接受， 并且 时序位被切换。没有数据包的两时相的事务不会使发
Ｕ Ｂ实行一种分块的带宽分配方案， Ｓ 如果外设超过 当前带宽分配或等待时间要求， 那么将拒绝访问。 在中断 和同步传输中可使用高达 ９ ％的总线带宽， １％被 ０ 剩余 ０ 保留用于控制传输。批量传输只能在带宽有效时进行。
１３ 传输过程的数据切换同步和重试 ． 在多事务中数据发送器和接收器之间的数据序列 同步很重要， Ｓ Ｕ Ｂ提供 了一种机制以保证这种同步。
送器和接收器改变其时序位 。
ＤＴＯ ＡＡ ＤＭ Ａ
图 １ 建立初始化
传输数据量小， 但要求交付无损且强调实时效果。 （） ３ 中断传输： 用于少量的、 分散的、 不可预知的数据 传输。用来描述或匹配人的感觉或对特征反应的回馈。 （） ： ４批量传输 用于大量数据传送和接受， 且没有 对带宽和时间间隔的严格要求。如对打印机和扫描仪 的数据传输。
特点做了详细的论述， 并从协议应用角度以 ｐ ｉ ｓ Ｕ Ｂ接 口芯片 Ｐ Ｉ Ｓ Ｄ ２ ｈｉ 的 Ｓ ｌ ｐ Ｄ Ｕ Ｂ １ 为例讨论了 Ｕ Ｂ主机端和设 备端开发的 Ｓ
基本方法
关键 词
Ｕ Ｓ ￥
Ｕ Ｂ ｏｏｏ ａ ｄ Ｉ ｌｍｅ ｔ Ｕ Ｂ ｔｒａｅ Ｓ Ｐ ｔｃｌ Ｉ ｍｐｅ ｎ ｏ Ｓ Ｉ ｅｆｃ ｒ ｎ ｔ ｓ ｆ ｎ
这种机制提供一种保证发送器和接收器正确地解释事
务 的握 手时相 的方法 。同步通过 Ｄ Ｔ Ｏ 和 Ｄ Ｔ Ａ Ａ Ａ Ａ１
图３ 说明了如果数据不能被接受， 或者得到的数
的包标志符（Ｉ ）以及分别从属于数据发送器和接 ＰＤ ，
收器的切换时序位的使用而完成 ： 仅在接收器能接受
数据并且收到带有正确的数据 ＰＤ的无错数据包的 Ｉ 时候， 接收器时序位才切换； 而仅在数据发送器收到合 法的 Ａ Ｋ握手的时候， Ｃ 发送器时序位才切换。 数据发 送器和接收器必须在事务开始的时候同步它们的时序 位。 使用的同步机制随着事务类型而变化。 同步传输不 支持数据切换同步。控制传送使用建立标记初始化主 机和功能部件的时序位。如图 １ 所示。
第 ２ 卷第 ４ ５ 期增刊
仪
器
仪
表
学
报
２０ ０ ４年 ８ 月
Ｕ Ｂ协议及其接 口实现‘ Ｓ
（ 重庆大学 光电技术及系统国家教育部重点实验室 ４０４） ００４
摘要 ＵＳ Ｂ总线接口现 已被广泛应用于高速或大量数据存贮的系统中， 文章从 ＵＳ Ｂ总线协议出发 ， 对通用串行总线的原理、
罗 钧 桂杰出
确的数据， 但是， 发送器不知道它是否成功地发送了数
２ Ｓ Ｕ Ｂ设备端的接口设计
Ｕ Ｂ设备端一般由硬件接口芯片和软件组成， Ｓ 目 前市场上 Ｕ Ｂ的接 口产品有两种： Ｓ 一种是集成 了 Ｕ Ｂ接口的单片机； Ｓ 另一种是专用的 Ｕ Ｂ接 口芯片。 Ｓ 前者由于集成了单片机， 因此控制电路比较简单。 目 如 前市场上比较流行的 Ｃ ｐｅｓ ｙｒ 公司的 Ｅ － Ｓ ｓ ＺＵ Ｂ系列 Ｕ Ｂ接口芯片， Ｓ 它内部嵌入了增强型的 ＭＣ －１ Ｓ５ 兼容
统来说就是一个端点集合。端点可以根据它们实现的接 口来分类。ＵＳ Ｂ系统软件通过一个缺省的控制通道来管
本文系重庆市科技攻关项 目（０ １３ １） ２０ １０３ ，
第４ 期增刊
ＵＳ Ｂ协议及其接 口实现
理设备。 而客户软件用通道束管理接口。 通道束的一端为 端点， 一端为缓冲区。 客户软件要求通信数据在主机上的 一个缓冲和ＵＳ Ｂ设备上的一个端点之间进行。 主机控制 器或Ｕ Ｂ设备（ Ｓ 取决于数据传送方向） 将数据打包后在
主机向功能部件发送建立包， 其后跟着输出事务。 圆圈里的数代表发送器和接收器的时序位。功能部件 必须接受数据并返回Ａ Ｋ。 Ｃ 当功能部件接受事务的时 候， 它必须设置其时序位， 以便主机和功能部件的时序 位在建立事务的最后都等于 ｔ ｏ
主机
ＳＴＰ ＥＵ
设备
ＩＰ就可简单地理解为这个请求。一个客户软件可以要 Ｒ 求一个通道回送所有的Ｉ Ｐ Ｒ 。当关于 ＩＰ的总线传送结 Ｒ 束时， 无论它是成功地完成， 还是出现错误， 客户软件都
Ｌ ｏ ｕ Ｇ ｉ ｃ ｕ ｕ Ｊ ｎ ｕ Ｊ ｈ ｉ ｅ
（ Ｔ Ｓ ｂｒｔｒ ， ｏｇ ｉｇ ｉ， ｏｇ ｉｇ ０４ ，ｈｎ ） Ｏ Ｅ Ｌ ｏａｏｙ Ｃ ｎ ｑｎ Ｕ ｖ Ｃ ｎ ｑｎ ４ ０４Ｃ ｉａ ａ ｈ ｎ ｈ ０
Ａ ｓ ａｔ Ｓ ｉ ｅｆ ｅ ｂｅ ｗｄｌ ｕｅ ｉ ｔｅ ｔ ｒ ｕ ｅ ｈ ｈ ｅ ｏ ｍ ｓ ｓ ｒ ｅ Ｉ ｄ ｃｓｅ ｂｔ ｃ ｒ Ｕ Ｂ ｒ ｃ ｈｓ ｎ ｅ ｓ ｎ ｓｓ ｍ ｑｉ ｄ ｓｅｄ ａｓ ａ ． ｉ ｕｓｓ ｎ ａ ａ ｅ ｉ ｙ ｄ ｈ ｙ ｅ ｅ ｒ ｉ ｐ ｔ ｇ ｒ ｔ ｇ ｔ ｏ ｓ ｔｅ ｎｉ ｅ ｃａａｔ ｉｉｏ ｕｉ ｒａ ｓｒ ｌ ｔ ｂｇ ｗｔ ｐｏｏｏｏ ｕ ｉ ｒ ｌ ｉ ｂｓ ａｄ ｃｓｅ ｈ ｐｉ ｐ ａｄ ｒｃ ｒ ｔ ｆ ｖ ｓｌ ｉ ｂｓ ｅｉ ｉ ｒｔｃｌ ｎ ｅｓ ｓｒ ｌ ， ｎ ｄ ｕｓｓ ｒｃｌ ｎ ｈ ｅ ｓｃ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｏ ｎ ｈ ｆ ｖ ａ ｅ ａ ｕ ｉ ｓ
息。流的数据不像消息的数据 ， 它没有 ＵＳ Ｂ所定义的
结构， 流通道的作用在于可由系统的传输进度动态控 制， 这样就保证了同步， 并防止由于使用握手包应答信
号而造成的硬件缓冲区的欠载或溢出以及由此造成的
交换率下降。通道包含数据带宽、 传送服务类型， 端口 特性（ 如方向和缓冲区大小） 等信息。 多数通道在 Ｕ Ｂ Ｓ
位数
ｂｔ ｉｓ
据〔２ 每一总线执行动作最多传送三个数据包。 １１ －。 在每 次传送开始时， 主机控制器发送一个描述传输运作的 种类、 方向（ 由主机到设备或由设备到主机）Ｕ Ｂ设 ，Ｓ 备地址和端口地址的Ｕ Ｂ数据包， Ｓ 这个数据包通常称 为令牌包（ ｋｎ ｋｔ。 （ ｅ ｐｃｅ）然后发送端开始发送包含信 ｔ ｏ ａ 息的数据包或表明没有数据传送。 Ｓ Ｕ Ｂ设备从解码后 的数据包的适当位置取出属于 自己的数据， 接收端也 要相应发送一个握手的数据包表明是否传送成功（ 同 步传输除外） 种数据包的格式如表 １ 。３ 所示。 发送端和接收端之间的 Ｕ Ｂ数据传输模型可描 Ｓ 述为一个通道（ｉ ）Ｕ Ｂ有两种类型的通道： ｐ ｅ． ｐ Ｓ 流和消
表 １ 数据包格式
１ 引
言
类型
区
令牌 包
数据包
０－
握手包
ＰＩ Ｄ ＡＤＤＲ ＥＮＤＰ ＣＲＣ ＰＩ ＤＡＴＡ Ｄ ＣＲＣ
１ ６
８１ ２ ９
１１ Ｓ ． Ｂ总线协议概述 Ｕ Ｕ Ｂ总线属一种轮讯方式的总线， Ｓ 主机控制器初 始化所有 的数据传输， 并按制定好 的原则传输数
将获得通知说 Ｉ Ｐ完成了。 Ｒ １２ Ｓ ． Ｕ Ｂ数据传输方式
口飞、凶 －
ＤＴＯ ＡＡ
① 、①
wenku.baidu.com
Ｕ Ｂ体系结构包括 ４ Ｓ 种基本的数据传输方式「。 ‘ 〕
（） １同步传输： 占用大量 Ｕ Ｂ带宽， Ｓ 以稳定的速率 发送和接收实时的信息， 例如语音数据的传输 ， 又被称 为实时流传输 。 （） ２控制传输： 在设备连接时用来对设备进行设置，
结果是失败的数据包事务使得发送器和接收器的时序 位同步并不切换。然后事务将被重试 ， 如果成功， 将引 发发送器和接收器时序位的切换 。
发送器是根据其收到 Ａ Ｋ握手确切地知道事务 Ｃ 是否成功的最后并且唯一代理。图 ４ 所示的是丢失或
仪 器 仪 表 学 报
第２ 卷 ５
者损坏的Ａ Ｋ握手使得发送器和接收器之间的暂时 Ｃ
失去同步的情况处理。这里发送器在发出合法的数据 包， 且接收机成功地收到； 但是 Ａ Ｋ握手损坏。在事 Ｃ
１４ Ｓ ． Ｂ系统通信模型 Ｕ Ｕ Ｂ系统中的通信分层模型如图 ５ Ｓ 所示。
务ｉ 的最后， 由它们各 自的时序位间的失配可看出发 送器和接收器暂时失去了同步。接收器已经收到了正
（ （（ （ Ｔ ００ ０ ０ ｘ Ｒ） ｝ ） ｘ Ｎ０ １ ＇ ＇ Ａ） （ Ｃ Ａ Ｋ Ｃ Ｋ ）
微处理器， 因此开发起来比较方便 。 后者由于是专用集
据。 在下一个事务中， 发送器将重发使用 Ｄ Ｔ Ｏ Ａ Ａ ＰＤ Ｉ 的先前的数据。接收器时序位和数据 ＰＤ将不匹配， Ｉ 于是接收器知道它以前接受了这个数据。从而它丢弃 此数据包且不切换其时序位。然后接收器发放 Ａ Ｋ， Ｃ 使得发送器知道被重试的事务成功了。 Ｃ Ａ Ｋ的接收使 得发送器切换其时序位。在事务 ｉ 的开头， ＋１ 其时序
设备设置后就形成了。 Ｂ中有一个特殊的通道一缺 ＵＳ
省控制通道， 它属于消息通道， 当设备一启动即存在， 从而为设备的设置、 查询状况和输人控制信息提供一个 人口。 在物理结构上， 设备通过Ｈ ｂ连到主机上。 ｕ 但在逻 辑上， 主机是直接与各个逻辑设备通信的， 就好像它们是
直接被连到主机上一样。一个Ｕ Ｂ逻辑设备对Ｕ Ｂ系 Ｓ Ｓ