EEPW论坛

USB 的功能器件作为 USB 外设(USB Function)，它必须保持和 USB 协议的完全兼容，并可以响应标准的 USB 操作。同样，用于表明自己身份的“BIOS”系统对于 USB 外设也是必不可少的，这在 USB 外设上被称为协议层。在物理机制上，一个 USB 外设可以由四部分构成(见图9-3): 1) 用于实现和USB协议兼容的SIE部分。 2) 用于内存件特征字、存储实现外设特殊功能程序及厂家信息的协议层( ROM )。 3) 用于实现外设功能的传感器及对资料进行简单处理的 DSP 部分。 4) 将外设连接到主机或 USB HUB 的接口部分。 根据传输率的不同， USB 器件被分为高速和低速两种。低速外设的标准传输率为1.5Mbps，而高速外设的标准传输率为12Mbps。所有的 USB HUB 都为高速外设，而功能部件则可以根据外设的具体情况设计成不同的传输率，如用于视频、音频传输的外设大都采用 12Mbps 的传输率，而像键盘、鼠标这样的人机输入设备（HID）则设计成低速外设。由于 USB 的数据传输采用资料包的形式，因而使得连接到主机的所有的 USB 外设可以同时工作而互不干扰。不幸的是，所有这些 USB 外设必须同时分享 USB 协议所规定的 USB 带宽(这个带宽在USB 1.0协议中为12Mbps )，虽然 USB 的分时处理机制可以使有限的 USB 带宽在各设备之间动态地分配，但如果两台以上的高速外设同时使用这样的连接方法，就会使它们都无法享用到最高的 USB 带宽，从而降低了性能。这也正是 Intel 这样的巨头为什幺要推出 USB 2.0 协议的原因(在 USB 2.0协议中 USB 的总线带宽一下子被提高到了 480Mbps)。 用于实现外设到主机或 USB HUB 连接的是USB线缆( 图9-4 )。从严格意义上讲， USB 线缆应属于 USB 器件的接口部分。USB 线缆由四根线组成，其中一根是电源线 VBus，一根是地线 GND，其余两根是用于差动信号传输的资料线( D+，D- )。将数据流驱动成为差动信号来传输的方法可以有效提高信号的抗干扰能力( EMI )。在资料线末端设置结束电阻的思路是非常巧妙的，以至对于 HUB 来判别所连接的外设是高速外设或是低速外设，仅仅只需要检测在外设被初次连接时， D+ 或 D- 上的信号是高或是低即可。因为对于 USB 协议来讲，要求低速外设在其 D-端并联一个1.5kΩ的接地电阻，而高速外设则在 D+ 端接同样的电阻。在加电时，根据低速外设的 D- 线和高速外设的 D+ 线所处的状态， HUB 就很容易判别器件的种类，从而为器件配置不同的信息。图9-5 表明了一个典型的高速外设的连接状况。为提高数据传输的可靠性、系统的兼容性及标准化程度， USB 协议对用于 USB 的线缆提出了较为严格的要求。如用于高速传输的 USB 线缆，其最大长度不应超过 5 米，而用于低速传输的线缆则最大长度为 2 米，每根资料线的电阻应为标准的 90Ω。 USB 系统可以通过 USB 线缆为其外设提供不高于 +5V 、500mA 的总线电源。那些完全依靠 USB 线缆来提供电源的器件被称为总线供电器件( Bus-powered device ),而自带电源的器件则被称为自供电外设( Self-powered device )。需要注意的是，当一个外设初次连接时，器件的配置和分类并不使用外设自带的电源，而是通过 USB 线缆提供的电源来使外设处于上电状态。 无论在软件还是硬件层次上， USB 主机都处于 USB 系统的核心。主机系统（图9-6）不仅包含了用于和 USB 外设进行通信的 USB 主机控制器及用于连接的 USB 接口（SIE），更重要的是主机系统是 USB 系统软件和 USB 客户软件的载体。 总而言之，USB 主机软件系统可以分为三个部分: 1) 客户软件部分( CSW )，在逻辑上和外设的功能部件部分进行资料的交换 2) USB 系统软件部分（即HCDI），在逻辑和实际中作为 HCD 和 USBD 之间的接口 3) USB 主机控制器软件部分（即 HCD 和 USBD），用于对外设和主机的所有 USB 有关部分的控制和管理，包括外设的 SIE 部分、 USB 资料发送接收器( Transreceiver )部分及外设的协议层等。