USB概述及S3C2440 USB DEVICE

USB概述

USB主要用于中速和低速的外設(shè)。USB通過PCI總線和PC機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送,。USB的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中規(guī)定每個USB的系統(tǒng)有且僅有一個HOST。

USB2.0協(xié)議的理論速度是480Mb/s ,，現(xiàn)在的USB3.0協(xié)議理論速度能達(dá)到4Gb/s,。

主要特點(diǎn)： 

支持即插即用,，傳輸速度快，連接方便,，獨(dú)立供電,，低成本；USB 使用一個4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭,，通過這個標(biāo)準(zhǔn)插頭,，采用菊花鏈形式可以把多達(dá)127個的 USB 外設(shè)連接起來，所有的外設(shè)通過協(xié)議來共享 USB 的帶寬,。 

組成：

USB 規(guī)范中將 USB 分為五個部分：控制器,、控制器驅(qū)動程序、USB芯片驅(qū)動程序,、USB 設(shè)備以及針對不同USB 設(shè)備的客戶驅(qū)動程序。 

控制器（Host Controller）,，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動程序發(fā)出的命令,，如位于 PC 主板的USB 控制芯片。 

控制器驅(qū)動程序(Host Controller Driver),，在控制器與USB 設(shè)備之間建立通信信道,，一般由操作系統(tǒng)或控制器廠商提供。 

USB芯片驅(qū)動程序(USB Driver),，提供對USB芯片的支持,，設(shè)備上的固件。 

USB設(shè)備(USB Device),，包括與 PC 相連的USB 外圍設(shè)備,。 

設(shè)備驅(qū)動程序(Client Driver Software)，驅(qū)動USB 設(shè)備的程序,，一般由USB 設(shè)備制造商提供,。

傳輸方式：

每次傳輸會分解成若干個數(shù)據(jù)包在USB總線上傳輸。每次傳輸必須經(jīng)歷兩個或三個部分,，第一部分是USB控制器向USB設(shè)備發(fā)出命令,，第二部分是USB控制器和USB設(shè)備之間傳遞讀寫請求，其方向主要看第一部分的命令式讀還是寫,，第二部分有時可以沒有,。第三部分是握手信號。

1.控制傳輸方式：負(fù)責(zé)向USB設(shè)置一些控制信息,，傳送這種事務(wù)的管道是控制管道,。在每個USB設(shè)備中都會有控制管道，也就是說控制管道在USB設(shè)備中是必須的,?？刂苽鬏斠卜譃槿齻€階段,，令牌階段、數(shù)據(jù)傳送階段,、握手階段,。

2.同步傳輸方式：該方式用來聯(lián)接需要連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，且對數(shù)據(jù)的正確性要求不高而對時間極為敏感的外部設(shè)備,，如麥克風(fēng),、嗽叭以及電話等。同步傳輸方式以固定的傳輸速率,，連續(xù)不斷地在主機(jī)與 USB 設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù),，在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時，USB 并不處理這些錯誤,，而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù),。同步傳輸方式的發(fā)送方和接收方都必須保證傳輸速率的匹配，不然會造成數(shù)據(jù)的丟失,。

同步傳輸事務(wù)只有兩個階段,，令牌階段、數(shù)據(jù)階段,，因?yàn)椴魂P(guān)心數(shù)據(jù)的正確性,，故沒有握手階段。

3.中斷傳輸 (Interrupt)：該方式用來傳送數(shù)據(jù)量較小,， 但需要及時處理,， 以達(dá)到實(shí)時效果的設(shè)備，

此方式主要用在偶然需要少量數(shù)據(jù)通信,，但服務(wù)時間受限制的鍵盤,、鼠標(biāo)以及操縱桿等設(shè)備上。 也分上述三個階段,。

4.批量傳輸方式：主要是大塊的數(shù)據(jù),，傳輸這種事務(wù)的管道叫做Bulk管道。這種事務(wù)傳輸?shù)臅r候分為三個部分：第一部分是HOST端發(fā)出一個BULK的令牌請求,，如果令牌是IN請求則是從Device到Host端的請求,，如果是OUT令牌，則是從HOST到DEVICE端的請求,。第二部分是傳輸數(shù)據(jù)的階段,，根據(jù)先前請求的令牌的類型，數(shù)據(jù)傳輸有可能是IN方向和OUT方向,。傳輸數(shù)據(jù)的時候用DATA0和DATA1令牌攜帶著數(shù)據(jù)交替?zhèn)魉?。第三部分是握手信號。如果是IN方向,，數(shù)據(jù)信號應(yīng)該是HOST端發(fā)出,，如果是OUT方向,，握手信號應(yīng)該是DEVICE端發(fā)出。握手信號可以是ACK,，表示正常響應(yīng),，也可以是NAK表示沒有正確傳送。STALL表示出現(xiàn)主機(jī)出現(xiàn)不可預(yù)知的錯誤,。在第二部分,，數(shù)據(jù)傳送由DATA0和DATA1數(shù)據(jù)包交替?zhèn)魉汀?shù)據(jù)傳輸格式DATA1和DATA0,，兩個是重復(fù)數(shù)據(jù),，確保在1數(shù)據(jù)丟失時0可以補(bǔ)上，不止數(shù)據(jù)丟失,。

USB描述符：

USB設(shè)備通過描述符來反映他們的屬性,。描述符是有定義好的格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個描述符以一個字節(jié)打頭表明本描述符的長度,，緊跟其后是一個字節(jié)的描述符類信息,。

一個USB設(shè)備有一個設(shè)備描述符，設(shè)備描述符里面決定了該設(shè)備有多少種配置,，每種配置描述符對應(yīng)著配置描述符；而在配置描述符中又定義了該配置里面有多少個接口,，每個接口有對應(yīng)的接口描述符,；在接口描述符里面又定義了該接口有多少個端點(diǎn)，每個端點(diǎn)對應(yīng)一個端點(diǎn)描述符,；端點(diǎn)描述符定義了端點(diǎn)的大小,，類型等等。由此我們可以看出,，USB的描述符之間的關(guān)系是一層一層的,，最上一層是設(shè)備描述符，下面是配置描述符,，再下面是接口描述符,，再下面是端點(diǎn)描述符。在獲取描述符時,，先獲取設(shè)備描述符,，然后再獲取配置描述符，根據(jù)配置描述符中的配置集合長度,，一次將配置描述符,、接口描述符、端點(diǎn)描述符一起一次讀回,。其中可能還會有獲取設(shè)備序列號,，廠商字符串,，產(chǎn)品字符串等。

以下詳細(xì)介紹USB描述符：

//設(shè)備描述符

struct USB_Dev_descriptor

{

U8 blength;                      //設(shè)備描述符的字節(jié)數(shù)大小

U8 bDescriptorType;               //設(shè)備描述符類型編號

U16 bcdUSB;                    //USB版本號

U8 bDeviceClass;                 //USB分配的設(shè)備類代碼

U8 bDeviceSubClass;              //USB分配的子類代碼

U8 bDeviceProtocol;               //USB分配的設(shè)備協(xié)議代碼

U8 bMaxPacketSize0;              //端點(diǎn)0的最大包大小

U16 idVendor;                    //廠商編號

U16 idProduct;                    //產(chǎn)品編號

U16 bcdDevice;                   //設(shè)備出廠編號

U8 iManufacturer;                 //設(shè)備廠商字符串的索引

U8 iProduct;                      //描述產(chǎn)品字符串的索引

U8 iSerialNumber;                 //描述設(shè)備序列號字符串的索引

U8 bNumConfigurations;            //可能的配置數(shù)量

}descDev;

//配置描述符

struct USB_Con_descriptor

{

U8 bLength;                      //配置描述符的字節(jié)數(shù)大小

U8 bDescriptorType;               //配置描述符類型編號

U8 wTotalLength;                 //此配置返回的所有數(shù)據(jù)大小

U8 bNumInterfaces;                //此配置所支持的接口數(shù)量

U8 bConfigurationValue;           //Set_Configuration命令所需要的參數(shù)值

U8 iConfiguration;                 //描述該配置的字符串的索引值

U8 bmAttributes;                  //供電模式的選擇

U8 MaxPower;                    //設(shè)備從總線提取的最大電流

}descCon;

//接口描述符

struct USB_Inf_descriptor

{

U8 bLength;                      //接口描述符的字節(jié)數(shù)大小

U8 bDescriptorType;               //接口描述符的類型編號

U8 bInterfaceNumber;              //該接口的編號

U8 bAlternateSetting;              //備用的接口描述符編號

U8 bNumEndpoints;               //該接口使用的端點(diǎn)數(shù),，不包括端點(diǎn)0

U8 bInterfaceClass;                //接口類型

U8 bInterfaceSubClass;             //接口子類型

U8 bInterfaceProtocol;              //接口遵循的協(xié)議

U8 iInterface;                     //描述該接口的字符串索引值

}descInf;

//端口描述符

struct USB_Epn_descriptor

{ 

U8 bLength;                      //端點(diǎn)描述符字節(jié)數(shù)大小

U8 bDescriptorType;               //端點(diǎn)描述符類型編號

U8 bEndpointAddress;              //端點(diǎn)地址及輸入輸出屬性

U8 bmAttributes;                  //端點(diǎn)的傳輸類型屬性

U16 wMaxPacketSize;             //端點(diǎn)收,、發(fā)的最大包大小

U8 bInterval;                    //主機(jī)查詢端點(diǎn)的時間間隔

}descEp0,descEp1;

描述符配置實(shí)例：

void USB_descriptor()

{

//設(shè)備描述符

descDev.blength=0x12; //設(shè)備描述符的字節(jié)數(shù)大小，這里是18字節(jié)

descDev.bDescriptorType=1; //設(shè)備描述符類型編號,，設(shè)備描述符是01

descDev.bcdUSB=0x0110; //USB版本號,，這里是USB01.10，即USB1.1,。

descDev.bDeviceClass=0xFF;

descDev.bDeviceSubClass=0;

descDev.bDeviceProtocol=0;

descDev.bMaxPacketSize0=8; //端點(diǎn)0的最大包大小,，這里為8字節(jié)

descDev.idVendor=0x5345;

descDev.idProduct=0x1234;

descDev.bcdDevice=0x100;

descDev.iManufacturer=1;

descDev.iProduct=2;

descDev.iSerialNumber=0;

descDev.bNumConfigurations=1;

//配置描述符

descCon.bLength=9; //配置描述符的字節(jié)數(shù)大小

descCon.bDescriptorType=2; //配置描述符類型編號

descCon.wTotalLength=0x20; //配置描述符集合的總大小

descCon.bNumInterfaces=1; //只包含一個接口

descCon.bConfigurationValue=1; //該配置的編號

descCon.iConfiguration=0; //iConfiguration字段

descCon.bmAttributes=0x80; //采用總線供電，不支持遠(yuǎn)程喚醒

descCon.MaxPower=25; //從總線獲取最大電流50mA

//接口描述符

descInf.bLength=9;   //接口描述符的字節(jié)數(shù)大小,，這里為9

    descInf.bDescriptorType=4;     //接口數(shù)4

    descInf.bInterfaceNumber=0; //接口編號為4

    descInf.bAlternateSetting=0;  //該接口描述符的編號為0

    descInf.bNumEndpoints=2; //非0端點(diǎn)數(shù)量為2,，只使用端點(diǎn)主端點(diǎn)輸入和輸出

    descInf.bInterfaceClass=0xff; 

    descInf.bInterfaceSubClass=0;  

    descInf.bInterfaceProtocol=0;

    descInf.iInterface=0; //接口描述符字符串索引，為0,，表示沒有字符串

    //端口描述符

    descEp0.bLength=7;     //端點(diǎn)描述符的字節(jié)數(shù)大小,，這里為7

    descEp0.bDescriptorType=5;    //端點(diǎn)描述符類型編號，端點(diǎn)描述符為5

    descEp0.bEndpointAddress=0x81; //端點(diǎn)號,，主輸入端點(diǎn)                             

    descEp0.bmAttributes=2;  //使用的傳輸類型,，批量傳輸

    descEp0.wMaxPacketSize=32; //該端點(diǎn)支持的最大包尺寸，64字節(jié)

    descEp0.bInterval=0; //中斷掃描時間,，對批量傳輸無效

    descEp1.bLength=7;    

    descEp1.bDescriptorType=5;         

    descEp1.bEndpointAddress=3;

    descEp1.bmAttributes=2;

    descEp1.wMaxPacketSize=32;

    descEp1.bInterval=0;

}

USB設(shè)備枚舉過程：

1. 主機(jī)檢測到設(shè)備插上,，總線復(fù)位：當(dāng)設(shè)備與主機(jī)連接時，主機(jī)將檢測到連接條件,。當(dāng)USB線的D+數(shù)據(jù)線拉至Vse以上2.5us時,，主機(jī)就開始進(jìn)行總線復(fù)位。

2. 主機(jī)讀取設(shè)備描述符（第一次）：主機(jī)連接時使用默認(rèn)地址（0）讀取設(shè)備描述符,。S3C2440的端點(diǎn)0的緩沖區(qū)是16個字節(jié),，程序中設(shè)置為8個字節(jié)，故S3C2440作為設(shè)備先發(fā)送8個字節(jié)的設(shè)備描述符,。當(dāng)主機(jī)接收到這8個字節(jié)后,，就認(rèn)為有設(shè)備連接，即發(fā)送一個0字節(jié)的數(shù)據(jù)包到設(shè)備作為應(yīng)答,。

3. 分配地址：主機(jī)給設(shè)備分配一個地址,。默認(rèn)分配地址為0x02，在以后通信中,，設(shè)備只對0x02地址的信息應(yīng)答,。

4. 主機(jī)從新地址獲取設(shè)備描述符：程序中接收數(shù)據(jù)包設(shè)置成8字節(jié)，18字節(jié)的設(shè)備描述符要分3次發(fā)送,。最后主機(jī)發(fā)送一個0字節(jié)的數(shù)據(jù)包到設(shè)備作為應(yīng)答,。

5. 主機(jī)獲取配置描述符,。

6. 主機(jī)讀取描述符集合：主機(jī)除了讀取設(shè)備描述符和配置描述符之外，還讀取接口描述符,。在這里主機(jī)使用再次讀取配置的方法來讀取配置描述符,、接口描述符和端點(diǎn)描述符的集合。這里請求的字節(jié)數(shù)為0xFF,。

7. 設(shè)置配置：主機(jī)讀取完描述符后,，需要對設(shè)備進(jìn)行配置，使設(shè)備從地址狀態(tài)進(jìn)入配置狀態(tài),。

8. 讀取配置狀態(tài)（可選）：主機(jī)設(shè)置完配置后,，設(shè)備即可使用。主機(jī)有時會對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行讀取,。

9. 讀取接口狀態(tài)（可選）,。