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USB软件结构
USB软件结构

每个USB只有一个主机,它包括以下几层:

1.总线接口

USB总线接口处理电气层与协议层的互连。从互连的角度来看,相似的总线接口由设备及主机同时给出,例如串行接口机(SIE)。USB总线接口由主控制器实现。

USB系统用主控制器管理主机与USB设备间的数据传输。它与主控制器间的接口依赖于主控制器的硬件定义。同时,USB系统也负责管理USB资源,例如带宽和总线能量,这使客户访问USB成为可能。USB系统还有三个基本组件:

主控制器驱动程序(HCD)这可把不同主控制器设备映射到USB系统中。HCD与USB之间的接口叫HCDI,特定的HCDI由支持不同主控制器的操作系统定义,通用主控制器驱动器(UHCD)处于软结构的最底层,由它来管理和控制主控制器。UHCD实现了与USB主控制器通信和控制USB主控制器,并且它对系统软件的其他部分是隐蔽的。系统软件中的最高层通过UHCD的软件接口与主控制器通信。

USB驱动程序(USBD)它在UHCD驱动器之上,它提供驱动器级的接口,满足现有设备驱动器设计的要求。USBD以I/O请求包(IRPs)的形式提供数据传输架构,它由通过特定管道(Pipe)传输数据的需求组成。此外,USBD使客户端出现设备的一个抽象,以便于抽象和管理。作为抽象的一部分,USBD拥有缺省的管道。通过它可以访问所有的USB设备以进行标准的USB控制。该缺省管道描述了一条USBD和USB设备间通信的逻辑通道。

2.主机软件

在某些操作系统中,没有提供USB系统软件。这些软件本来是用于向设备驱动程序提供配置信息和装载结构的。在这些操作系统中,设备驱动程序将应用提供的接口而不是直接访问USBDI(USB驱动程序接口)结构。

3.USB客户软件

它是位于软件结构的最高层,负责处理特定USB设备驱动器。客户程序层描述所有直接作用于设备的软件入口。当设备被系统检测到后,这些客户程序将直接作用于外围硬件。这个共享的特性将USB系统软件置于客户和它的设备之间,这就要根据USBD在客户端形成的设备映像由客户程序对它进行处理。

硬件结构

USB采用四线电缆,其中两根是用来传送数据的串行通道,另两根为下游(Downstream)设备提供电源,对于任何已经成功连接且相互识别的外设,将以双方设备均能够支持的最高速率传输数据。USB总线会根据外设情况在所兼容的传输模式中自动地由高速向低速动态转换且匹配锁定在合适的速率。USB是基于令牌的总线。类似于令牌环网络或FDDI基于令牌的总线。USB主控制器广播令牌,总线上设备检测令牌中的地址是否与自身相符,通过接收或发送数据给主机来响应。USB通过支持悬挂/恢复操作来管理USB总线电源。USB系统采用级联星型拓扑,该拓扑由三个基本部分组成:主机(Host),集线器(Hub)和功能设备。

主机,也称为根,根结或根Hub,它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上,主机包含有主控制器和根集线器(Root Hub),控制着USB总线上的数据和控制信息的流动,每个USB系统只能有一个根集线器,它连接在主控制器上,一台计算机可能有多个根集线器。

集线器是USB结构中的特定成分,它提供叫做端口(Port)的点将设备连接到USB总线上,同时检测连接在总线上的设备,并为这些设备提供电源管理,负责总线的故障检测和恢复。集线可为总线提供能源,亦可为自身提供能源(从外部得到电源)。

功能设备通过端口与总线连接。USB同时可做Hub使用。

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