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第1章 引言 1

1.1 什么是USB 1

1.1.1 USB的孕育 1

1.1.2 USB的含义 2

1.2 USB的用途 4

1.3 USB的布局 5

1.4 USB设备 7

1.4.2 USB调制解调器 8

1.4.1 USB显示器 8

1.4.3 USB视频相机和输入设备 9

1.4.4 USB键盘、鼠标和游戏杆 9

1.4.5 USB集线器 10

1.4.6 USB音箱 10

1.4.7 USB声卡 11

1.4.8 USB扫描仪 11

1.4.9 USB打印机 11

1.4.12 USB转接设备 12

1.4.10 USB软驱 12

1.4.11 USB网卡 12

第2章 计算机总线概论 14

2.1 总线概念 14

2.1.1 系统总线 16

2.1.2 外部总线 16

2.2 串行总线和并行总线的比较 17

2.2.1 并行接口 18

2.2.2 串行接口 18

2.3 总线标准 19

2.3.1 PC/XT总线、ISA(AT)总线及EISA总线 20

2.3.2 PCI总线 21

2.3.3 AGP总线 22

2.4 流行总线的性能比较 24

2.4.1 其它几种系统总线 24

2.4.2 其它几种串行总线 25

3.1 概述 28

第3章 USB总线规范 28

3.2 应用范围分类 29

3.3 USB的特点 30

3.4 USB与IEEE 1394的比较 32

3.5 有关USB的几个重要概念 33

第4章 USB总线体系结构 35

4.1 USB系统描述 35

4.1.1 总线拓扑结构 36

4.2 物理接口 37

4.2.1 电气特性 37

4.2.2 机械特性 37

4.3 电源 38

4.3.1 功率分配 38

4.3.2 电源管理 38

4.4 总线协议 38

4.6 系统配置 39

4.5.2 差错控制 39

4.5 稳定性 39

4.5.1 差错检测 39

4.6.1 插入USB设备 40

4.6.2 拆除USB设备 40

4.6.3 总线枚举 40

4.6.4 层间关系 40

4.7.2 批量数据传输 41

4.7.3 中断数据传输 41

4.7.1 控制信息传输 41

4.7 数据流类型 41

4.7.4 同步传输 42

4.7.5 分配USB带宽 42

4.8 USB设备 42

4.8.1 设备特征 42

4.8.2 设备描述 43

4.9 USB主机:硬件和软件 44

第5章 USB数据流模型 46

5.1 开发人员观点 46

5.2.2 USB设备 48

5.2.1 USB主机 48

5.2 总线构成 48

5.2.3 物理总线拓扑结构 49

5.2.4 逻辑总线拓扑结构 50

5.2.5 客户软件 50

5.3 USB通信流 50

5.3.1 设备端点 52

5.3.2 管道 53

5.4 传输类型 55

5.5 控制传输 56

5.5.1 数据格式 56

5.5.2 分组尺寸限制 56

5.5.3 总线访问限制 57

5.6 同步传输 59

5.6.1 数据格式和方向 60

5.6.2 分组尺寸限制 60

5.7.1 数据格式 61

5.7 中断传输 61

5.6.3 总线访问限制 61

5.6.4 数据顺序 61

5.7.2 方向 62

5.7.3 分组尺寸限制 62

5.7.4 总线访问限制 62

5.8.1 数据格式 64

5.8.2 方向 64

5.8 批量传输 64

5.7.5 数据顺序 64

5.8.3 分组尺寸限制 65

5.8.4 总线访问限制 65

5.8.5 数据顺序 66

5.9 总线传输访问 66

5.9.1 传输管理 67

5.9.2 跟踪处理操作 69

5.9.3 计算总线操作时间 70

5.9.4 计算功能模块/软件中的缓冲区大小 72

5.9.5 回收总线带宽 72

5.10 对同步传输的特殊考虑 73

5.10.1 非USB同步应用实例 74

5.10.2 USB时钟模型 76

5.10.3 时钟同步 76

5.10.4 同步设备 78

5.10.5 数据预缓存 84

5.10.6 SOF跟踪 85

5.10.7 差错控制 85

5.10.8 为速率匹配而进行缓存操作 86

6.1 机械规范概述 88

第6章 USB总线机械规范 88

6.2 尺寸要求 89

6.3 USB电缆 89

6.3.1 电缆规范 89

6.3.2 连接器(A系列) 91

6.3.3 连接器(B系列) 96

6.3.4 串行总线图标 96

6.3.5 插头/插座机械和电气要求 100

6.4 电缆压降要求 104

6.6 接地技术 105

6.7 信息调整 105

6.5 传播时延 105

第7章 USB总线电气特性 106

7.1 信号 107

7.1.1 USB驱动器特性 107

7.1.3 信号终端 109

7.1.4 信号电平 109

7.1.2 接收器特性 109

7.1.5 数据编码/解码 116

7.1.6 比特填充 116

7.1.7 同步方式 118

7.1.8 超始的帧时间间隔和帧调整能力 118

7.1.9 数据信号速率 118

7.1.10 数据信号上升和下降时间 119

7.1.11 数据源信号 119

7.1.12 集线器信号时序 120

7.1.13 接收器数据抖动 122

7.1.15 总线转向时间/分组间时延 123

7.1.14 电缆时延 123

7.1.16 端到端最大信号时延 124

7.2 功率分配 124

7.2.1 设备类型 125

7.2.2 电压下降预算 129

7.2.3 功率控制 129

7.2.4 动态插拔 130

7.3.2 总线定时/电气特性 131

7.3 物理层 131

7.3.1 环境 131

7.3.3 时序波形 135

第8章 协议层 137

8.1 比特安排 137

8.2 SYNC域 137

8.3 分组域格式 138

8.3.1 分组标识域 138

8.3.5 数据域 139

8.3.4 帧标号域 139

8.3.2 地址域 139

8.3.3 端点域 139

8.3.6 循环冗余检验 140

8.4 分组格式 140

8.4.1 令牌分组 141

8.4.2 帧开始分组 141

8.4.3 数据分组 141

8.4.4 握手分组 142

8.4.5 握手响应 142

8.5 处理格式 144

8.5.1 批量处理操作 144

8.5.2 控制传输 145

8.5.3 中断处理操作 147

8.5.4 同步处理操作 148

8.6 数据触发同步和重试 149

8.6.1 通过SETUP令牌进行初始化 149

8.6.3 数据被破坏或不能接受 150

8.6.2 成功的数据处理操作 150

8.6.4 破坏了的ACK握手分组 151

8.6.5 低速处理操作 151

8.7 差错检测和恢复 153

8.7.1 分组差错分类 153

8.7.2 总线转向时间 153

8.7.3 假EOP 154

8.7.4 串扰和活性损失恢复 155

第9章 USB设备结构 156

9.1 USB设备状态 156

9.1.1 可见的设备状态 157

9.1.2 总线枚举 159

9.2 通用USB设备操作 160

9.2.1 动态连接和拆除 160

9.2.2 地址分配 160

9.2.3 配置 160

9.2.5 功率管理 161

9.2.4 数据传输 161

9.3 USB设备请求 162

9.4 标准设备请求 163

9.5 描述符 169

9.6 标准USB描述符定义 170

9.6.1 设备 170

9.6.2 配置 171

9.6.3 接口 173

9.6.4 端点 174

9.6.5 字符串 175

9.7 设备类型定义 175

9.8 设备通信 176

第10章 USB主机:硬件和软件 181

10.1 USB主设备概述 182

10.1.1 控制机制 185

10.1.2 数据流 185

10.1.3 搜集状态和性能统计信息 185

10.2.1 状态控制 186

10.2 主控制器请求 186

10.1.4 电气接口考虑 186

10.2.2 串行器/解串器 187

10.2.3 帧产生 187

10.2.4 数据处理 187

10.2.5 协议引擎 188

10.2.6 传输差错控制 188

10.3 软件机制概述 188

10.3.1 设备配置 189

10.3.3 数据传输 191

10.3.2 资源管理 191

10.3.4 公共数据定义 192

10.4 主控制器驱动程序 192

10.5 通用串行总线驱动程序 193

10.5.1 概述 193

10.5.2 USBD命令机制要求 195

10.5.3 USBD管道机制 197

10.5.4 利用USBD机制来管理USB 199

10.6 操作系统环境指南 201

第11章 集线器规范 202

11.1 概述 203

11.2 设备特性 203

11.2.1 集线器体系结构 203

11.2.2 集线器连接 204

11.2.3 集线器端口状态 205

11.2.4 总线状态鉴定 209

11.2.5 全速率和低速率行为比较 210

11.2.6 集线器状态操作 211

11.3 集线器I/O缓冲区要求 213

11.3.1 上拉和下拉电阻 214

11.3.2 边沿变化率控制 215

11.4 集线器故障恢复机制 215

11.4.1 集线器控制器故障恢复 215

11.4.2 假EOP 215

11.4.3 中断器故障恢复 216

11.4.4 集线器帧定时器 216

11.4.5 靠近EOF时的集线器动作 217

11.5.1 全局挂起和重新开始 220

11.5 挂起和重新开始 220

11.5.2 选择性挂起和重新开始 223

11.6 USB集线器复位操作 227

11.6.1 集线器在根端口上接收复位信号 227

11.6.2 端口复位 228

11.6.3 电源供给和复位时延 228

11.7 集线器电源分配要求 229

11.8.1 集线器信息体系结构和操作 230

11.8 集线器端点组织 230

11.8.2 端口变化信息处理 231

11.8.3 集线器和端口状态变化位图 231

11.9 集线器配置 234

11.10 集线器端口电源控制 234

11.11 描述符 234

11.11.1 标准描述符 235

11.11.2 集线器描述符 235

11.12.2 专用类型请求 237

11.12 请求 237

11.12.1 标准请求 237

第12章 USB产品开发和驱动程序设计 246

12.1 Windows世界中的USB设备 246

12.1.1 Windows 95中的USB设备 247

12.1.2 Windows 98中的USB设备 249

12.1.3 Windows 98环境下的IEEE 1394设备 251

12.2 USB硬件产品开发 252

12.2.1 设计选择 254

12.2.2 USB设备实现举例 258

12.3 USB设备驱动程序设计 260

12.3.1 Windows USB驱动程序接口 261

12.3.2 USBDI的IOCTL 264

12.3.3 USBDI结构定义 265

12.4 URB的定义 268

附录A USB字汇表 270

附录B 网络资源 279