USB技术及应用设计PDF电子书下载

目录 1

第1章USB简介 1

1.1 旧系统的缺点 1

1.1.1很难与电话互联 1

1.1.2操作使用不便 2

1.1.3系统扩展性差 2

1.2 USB的优缺点 2

1.2.1 实用性 2

1.2.2数据传输 3

1.2.3系统结构 4

1.2.4低功耗设计 5

1.2.5系统兼容性 5

1.2.6体系结构的扩充性 6

1.2.7软件驱动 6

1.3 USB各组件简介 6

1.3.1 USB连线 6

1.3.2 USB集线器 7

1.3.3功能部件 7

1.5 USB与RS-232的比较 8

1.5.1 物理连接 8

1.4 USB主机 8

1.5.2传输时序 9

1.5.3驱动程序 9

1.6 USB与IEEE-1394的比较 10

1.7 USB的主要应用 11

1.7.1应用范围 11

1.7.2与计算机相关的典型应用 12

1.7.3与计算机无关的典型应用 12

1.8.1 USB基本规范 14

1.8.2 USB设备类规范 14

1.8 USB规范简介 14

1.8.3 USB主机控制器规范 15

1.9 USB技术的拓展 15

1.9.1 PoweredUSB 16

1.9.2 ExtremeUSB 16

1.10 3种数据传输的比较 16

1.10.1异步数据传输 16

1.10.2同步数据传输 16

1.10.3实时数据传输 17

1.1 1本书内容简介 17

第2章USB 1.1结构和属性 18

2.1拓扑结构 18

2.1.2 USB设备 19

2.1.1 USB主机 19

2.1.3 USB集线器 21

2.2 USB连接器 22

2.3 USB电缆 23

2.4 电气特性 23

2.4.1电压和电流 23

2.4.2延时 25

2.5信号特性 29

2.5.1信号线状态 29

同步的方法 30

2.5.3位编码、解码和 30

2.5.2信号传输的顺序 30

2.5.4位填充 31

2.6传输类型 31

2.7传输速率 33

2.8系统连接 33

2.9系统供电 33

第3章USB通信原理 35

3.1通信的结构 35

3.2传输的基本单元——包 37

3.2.1编码方式 37

3.2.2包的组成 37

3.2.3包的类型 40

3.3事务处理 45

3.3.1输入（IN）事务处理 46

3.3.2输出（OUT）事务处理 48

3.3.3 设置（SETUP）事务处理 48

3.3.4帧起始（SOF）事务处理 48

3.3.5帧结尾（EOF）事务处理 48

3.3.6低速事务处理 49

3.3.7事务处理的特点 50

3.4帧 50

3.4.2帧起始（SOF） 51

3.4.1帧的定义 51

3.5数据传输 52

3.6批量传输 53

3.6.1 批量传输的事务处理过程 53

3.6.2批量传输的特性 55

3.6.3批量传输中数据的格式 55

3.6.4批量传输管道的方向性 55

3.6.5批量传输对包长度的限制 55

3.6.6批量传输对总线 56

访问的限制 56

3.7 中断传输 57

3.7.1 中断传输的事务处理过程 57

3.7.2中断传输的特点 58

3.7.4中断传输的方向 59

3.7.5中断传输对包的 59

长度的限制 59

3.7.3 中断传输的数据格式 59

3.7.6中断传输对总线 60

访问的限制 60

3.8控制传输 61

3.8.1控制传输的过程 61

3.8.2控制传输的特点 64

3.8.6控制传输的总线 65

访问的限制 65

3.8.3控制传输类型的数据格式 65

3.8.5控制传输包的大小的限制 65

3.8.4控制传输的方向 65

3.8.7控制传输的数据顺序 67

3.9实时传输 67

3.9.1实时传输的特点 68

3.9.2实时传输的事务处理过程 68

大小的限制 69

3.9.5实时传输的方向 69

3.9.6实时传输中包的 69

3.9.3实时传输的特点 69

3.9.4实时传输的数据格式 69

3.9.7实时传输的总线限制 70

3.10传输类型与事务处理的关系 70

3.10.3实时传输和事务 71

处理的关系 71

处理的关系 71

3.10.4控制传输和事务 71

处理的关系 71

3.10.2中断传输与事务 71

处理的关系 71

3.10.1批量传输与事务 71

3.11 USB通信的健壮性 72

3.11.1数据传输中的同步 72

3.11.2错误检测和恢复 74

3.12 USB带宽计算 77

3.13 USB通信的特点 78

第4章USB设备 79

4.1 USB设备物理结构 79

4.2 USB设备逻辑结构 81

4.3 USB设备分类 84

4.3.1标准类型USB设备 84

4.3.2非标准类型USB设备 85

4.3.3对类和厂商提供 86

功能的选择 86

4.4 USB描述符 86

4.4.1 USB描述符的格式 88

4.4.2 USB标准描述符 88

4.4.3 USB设备类特定描述符 99

4.4.4 USB厂商特定描述符 101

4.5 USB命令 101

4.5.1 USB命令的结构 102

4.5.2标准命令 103

4.5.3非标准的USB命令 111

4.6设备的状态机 112

4.7设备的配置和管理 114

4.7.1总线枚举 115

4.7.2设备类配置 115

4.7.3定位相关设备驱动程序 116

4.7.4设备拔下 117

第5章USB集线器 118

5.1 USB集线器的结构 118

5.1.1集线器的外部结构 118

5.1.2集线器的内部结构 119

5.2.1 设备扩展 120

5.2 USB集线器功能描述 120

5.2.2 电源管理 121

5.2.3错误诊断和恢复 122

5.2.4全速／低速设备支持 122

5.2.5 对设备连接／断开的处理 124

5.2.6集线器的挂起 125

和恢复功能 125

5.3 USB集线器数据流处理 126

5.4 USB集线器设备类 129

5.4.1集线器描述符 129

5.4.2集线器支持的命令 132

6.1.1 USB主机端构成 141

第6章USB主机 141

6.1 USB主机概况 141

6.1.2主机与设备接口的通信 143

6.2主机控制器 143

6.2.1主机控制器结构 143

6.2.2主机控制器功能 144

6.3主机端软件 146

6.3.1 USB主机端软件结构 146

6.3.2软件的功能 148

程序（HCD） 149

6.3.4 USB驱动（USBD） 149

6.3.3主机控制器驱动 149

第7章USB 1.1 HC规范 157

7.1 OHCI规范 157

7.1.1 OHCI的结构 157

7.1.2对数据结构的分析 162

7.1.3对控制器驱动程序的分析 167

7.1.4对控制器硬件功能的分析 170

7.1.5 OHCI的寄存器信息 172

7.2 UHCI规范 183

7.2.2 UHCI数据结构简介 184

7.2.1 UHCI数据传输简介 184

7.2.3 UHCI在带宽分配 186

7.2.4 UHCI根集线器 187

7.2.5 UHCI控制器寄存器 187

7.2.6 UHCI PCI配置寄存器 192

7.3 OHCI与UHCI的比较 193

第8章USB系统开发 194

8.1硬件结构 194

8.2硬件器件介绍 196

8.2.1主机控制器 196

8.2.2集线器 196

8.2.4 USB控制器 197

8.2.3 USB接口器件 197

8.2.5 USB电源管理 198

8.2.6特殊功能的USB器件 198

8.3软件结构 200

8.4设计开发过程 201

8.4.1 USB设备开发过程 201

8.4.2 USB主机开发过程 204

8.5 USB测试工具简介 205

第9章USB设备开发示例 207

9.1系统分析 207

9.1.1 PDIUSBD11硬件介绍 207

9.1.2 PS/2接口简介 211

9.2硬件设计 213

9.3软件设计 214

9.3.1软件结构 214

9.3.2 PS2-USB设备通信管道 215

9.3.3 PS2-USB设备描述符定义 215

9.3.4 PS2-USB设备支持的请求 218

9.3.5 PS2-USB软件流程图描述 220

9.4系统集成与测试 225

9.4.1测试环境 225

9.4.2测试内容 225

10.1.1 SL811HS特点 227

第10章USB主机开发示例 227

10.1 SL811HS简介 227

10.1.2 SL811HS结构 228

10.1.3 SL811HS寄存器 229

10.2硬件设计 231

10.2.1 CPU选择 231

10.2.2 RAM/ROM选择 231

10.2.3 USB接口 231

10.3软件设计 233

10.3.1 SL811HS HC驱动程序 233

（HCD）结构 233

10.3.2 USBD接口模块 234

10.3.3 SL811HS读写操作模块 235

10.3.4 HCD初始化模块 236

10.3.5根集线器模块 236

10.3.6数据传输模块 240

10.3.7 中断管理模块 241

10.3.8 USBD 241

10.3.9集线器及其他设备 241

驱动程序 241

10.4系统测试 241

10.4.1测试环境 241

10.4.4 HC/HCD测试 242

10.4.2测试步骤 242

10.4.3测试设备 242

10.4.5 USBD测试 243

10.4.6集线器驱动程序测试 243

10.4.7其他设备驱动程序测试 243

第11章Linux USB子系统 244

11.1 USB系统的软件结构 244

1 1.1.1 USB协议的设计思想 244

11.1.2 USB系统的体系结构 244

结构的比较 245

11.1.3主机端和设备端的软件 245

11.1.4主机端的软件结构 246

11.2 Linux中USB子系统 247

11.2.1 USB子系统的结构 247

11.2.2 USB文件系统 247

11.2.3 USB的代码文件结构 248

11.3对USB内核的分析 250

11.3.1主要数据结构 250

11.3.2 USB内核所提供的功能 255

11.4对HC驱动的支持 265

11.4.1 HCD的实现思路 265

11.4.2 OHC Driver的实现 267

11.5.1对集线器的驱动程序 273

的分析 273

11.5 USB客户端驱动程序的分析 273

11.5.2对打印机的驱动程序 276

的分析 276

第12章USB 2.0简介 280

12.1 USB 2.0物理结构 280

12.1.1总线拓扑结构 280

12.1.3数据传输 281

12.1.4 USB 2.0标志 281

12.1.2系统物理连线 281

12.1.5 USB 2.0系统组件 282

12.1.6 USB 2.0应用 282

12.2 USB 2.0电气信号特征 282

12.2.1数据编码 282

12.2.2数据帧 282

12.2.3高速设备检测 283

12.3 USB 2.0数据传输 283

12.3.1数据传输协议 283

12.3.2高速传输带宽 288

12.5 USB 2.0设备 292

12.5.1设备限定描述符 292

12.4 USB 2.0主机 292

12.5.2其他速度配置描述符 293

12.5.3端点描述符 293

12.6 USB 2.0命令（请求字） 295

12.7 USB 2.0集线器 295

12.7.1 USB 2.0集线器结构 296

12.7.2事务处理转换模块（TT） 296

12.7.3 USB 2.0集线器标准 297

描述符 297

12.7.4 USB 2.0集线器类 298

描述符 298

12.7.5 USB 2.0集线器命令 299

12.8 USB 2.0器件 302

12.9 USB 2.0测试工具 303

第13章EHCI简介 304

13.1 EHCI结构简介 304

13.2 EHCI接口描述 305

13.2.1 EHCI调度数据结构 306

13.2.2 EHCI根集线器 306

13.2.3 EHCI PCI配置寄存器 306

13.2.4 EHCI HC性能寄存器 308

13.2.5 EHCI HC操作寄存器 311

13.3.1 EHCI周期性帧列表 316

13.3 EHCI数据结构 316

133.2 EHCI异步帧列表 318

13.3.3实时（高速）传输 318

描述符（iTD） 318

13.3.4 SPLIT事务处理实时 321

传输描述符（siTD） 321

13.3.5队列单元传输 324

描述符（qTD） 324

13.3.6 队列头（QH） 326

13.3.7周期帧跨度节点FSTN 329

14.1 USB OTG应用 331

第14章USB OTG简介 331

14.2 USB OTG机械特性 332

14.3 USB集线器支持 334

14.4 USB OTG外接电阻 334

14.4.1 A设备 335

14.4.2 B设备 335

14.5 A设备与B设备的 335

事件与状态图 335

14.5.1 A设备事件 335

14.5.2 B设备事件 336

14.5.3 A设备状态图 337

14.5.4 B设备状态图 338

14.6.1 SRP电压 339

14.6会话请求协议 339

14.6.2 SRP状态转换 340

14.7主机协商协议 341

14.8 USB OTG描述符 342

14.9 USB OTG请求 343

14.9.I b_hnp_support 343

14.9.2 a_hnp_support 344

14.9.3 a_alt_hnp_support 344

14.10 USB OTG结构 344

14.11.1硬件结构 345

14.11 USB OTG设计示例 345

14.11.2 Vbus门槛电压实现 346

14.11.3设备接口实现 346

14.11.4 Vbus过流诊断 347

14.11.5 Vbus控制 347

附录A HID类规范 348

附录B缩写及中英文对照 364

附录C参考文献及相关网址 367

附录D USB语言ID 369

（Language Identifier） 369