USB技术及开发

科技与生活126应用方法论2011年第2期ALUSB技术及开发宋卫星，郑建新，刘联中(辉县市电业局，河南新乡453600 )摘要通过对USB历史发展的探究，对USB技术背景及应用需求的分析，深入了解这一通讯技 术的特点，在此基础上通过对硬件层面及通讯协议构成的分析，全面分析、掌握相关技术的开发基础。关键词USB接口;通信协议;开发中图分类号TP文献标识码 A文章编号 1673-9612011)112 -0126 -01USB，是英文Universal Serial BUS (通用申行总线)的缩写,而其中文简称为“通串线，是-一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的USB主机户连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术”。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。实际上随着单片机技术的大规模应用，USB已经超出了普通电脑和外设间通讯这一-应用范畴。缓冲区1 USB发展历史USB接口技术的出现有其历史必然性，其主要特点体现在:使用方便，支持热插拔;传输速度快;可级联(但实际效果不好) ;独立供电通信流(一些高电耗的设备仍需外部电源)等几个方面。目前在工业生产尤其道是与电子工业密切相关的领域得到了广泛的应用，这就使得我们更加有必要去研究USB技术并学习相关开发知识。现代工业生活的发展背景下，传统的串口、并口通讯方式逐渐不能满足现有系统或者设备的数据传输速率需求;随着电子工业的发展，USB逻辑设备端点新的技术及理念的推出为新的串口通讯方式的出现提供了物质基础。以Inel为首的七家公司于194年推出了USB(Universal Serial Bus,通用串行总接口线协议)概念，并在随后的几年内不断的对USB协议进行改进，成功推行USB 1.1; 2004年底， 正式推出了USB 2.0协议; 2008年底， 正式发布USB图I3.0标准。USB自 从1996年推出后,已成功替代串口和并口成为当今个人4.2 USB封包格式电脑和大量智能设备的必配的接口之一包是USB最基本的数据单元，每个包，基本包含一个完整的USB信息。按照其在整个USB数据传输中的作用不同，包分为三类:令牌包、2 USB接口概述USB各 个版本的主要差别: USB版本主要经历了1.0、 1.1. 2.0、 3.0数据包和握手包。具体格式如下:同步字段(SYNC) ; PID字段;数据几个阶段。USB1.0版本最大传输速率: 1.5 Mbps (192 KB/s)低速( Low-字段; CRC字段;包结尾字段(EOP)令牌包: SYNC, 8位; PID高低， 8位; ADDR, 7位; ENDP, 4位;Speed) ;最大输出电流协议: 500 mA;推出时间: 1996年1月; 4线。CRC5，5位。数据包: SYNC, 8位; PID高低，8位; DATA, 0- 1023字USB1.1版本最大传输速率速率称号: 12 Mbps ( 1.5 MB/s)全速( Full-节; CRCI6, 16位。 握手包: SYNC, 8位; PID高低， 8位。 特殊包:Speed) ;最大输出电流协议500 mA;推出时间1998年9月; 4线。使用背景为主机想要从高速传输变成低速传输时。USB2.0版本最大传输速率速率称号: 480 Mbps ( 60 MB/s )高速( High-4.3 USB传输类型Speed) ;最大输出电流协议500 mA;推出时间2000年4月; 8线。USB3.0版本最大传输速率速率称号: 5Gbps (640 MB/)超速( Super- Speed) ;以包为单元，USB定 义了四种数据的传输类型:控制传输.中断传最大输出电流协议900 mA;推出时间2008年11月。输、批量传输和同步传输。每一种类型都由一定的包按照某种特定的格式组成。!不同的传输类型的最大传输速度、古用USB总线的带宽、传输3 USB主机和USB设备的连接各USB版本间能很好的兼容。USB用- 个4针( USB3.0标准为9针)插数据的总量和应用场合等都是不同的。传输是一种比较笼统的说法，在头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可实际的数据传输中，往往还需要细分为多个数据交换过程，每一-次的数以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。USB需要主机硬件、操作系据交换过程既不能叫做某种传输，也不是包，而是另外一个重要的概统和外设一个方面的支持才能工作。目前的主板-般都采用支持USB功念-处理事务。每种传输方式都由多个处理事务来完成，每一笔处理事务由底层包组成。域、包、处理事务和传输的关系就是实现USB通信的能的控制芯片组，USB接口可用于连接多达127个外设。过程3.1 USB主机部分控制传输:主要传输- -些控制命令和数据，USB设 备收到这些数据客户软件:负责和USB设备的功能单元进行通信，以实现其特定功和命令后，按先进先出的原则处理。能; USB系统软件:负责和USB逻辑设备进行配置通信，并管理客户软中断传输:该方式传送的数据量很小，但这些数据需要及时处理.件启动的数据传输; USB总线接口:用于给USB系统提供-个或多个连以达到实时效果。如:键盘、鼠标、游戏手柄等外部设备。接点批传输方式:该方式用来传输要求正确无误的数据。通常打印机、3.2 USB设备部分扫描仪和数码相机以这种方式与主机连接。USB设备部分和主机连接如图1。等时传输该方式田来连接零甄连续传输，且对数据的正确性要求不高而对时间中国煤化工风、音箱以及电话等。4 USB通信协议4.1 通信协议5 USB开发CNMHG数据通信协议部分是USB的核心内容，以差模串行信号为载体传送5.1 USB存储设备枚举过程二进制代码来传输信号。数据包作为最基本的完整信息单元，构成USB集线器检测新设备;主机发送GeL Status请求;集线器重新设置该的三种事务。进而，组合不同的传输类型，传输各种类型的数据，实现新设备(Set Feature) ;集线器在设备和主机之间建立一个信号通路(下转第119页)USB的各种功能。瓦科技与生插应用方法论2011年第22期1100I年加啊常开---8--电压分电屏匪nZYQ-823司o--男.m。L0标牌位置示意图代号名称型号及规格数章7n」电压切换收室ZYQ-823n7QKQK切换开关_ LW1210024-雾xkV电压kVTv 井列7Dk 自动空气开关AK 西动空气开关井列装置|投退开关自动空气开关图5量，电压回路简单清晰，在继电器室内，电压回路由于采取的为辐射状安装，各同电压等级间隔电压相互间干扰小，可大大提高继电保护装置的正确动作率。今后随着对交流电压监控自动化程度的提高，还可在电压切换分电屏内对各支路电压回路进行监控，提高对故障回路的反应率，提高变电站二次电压回路的使用可靠率。4采用电压切换分电屏的优点1)回路简单清晰，便于维护及故障查找，维护人员已不需要在继电器室内登高作业。参考文献2)减少工作维护量，原有的小母线尤其是屏间跳线等大多用的是[1]国家电网公司十八项电网重大反事故措施.接线线鼻，施工比较麻烦，另小母线均为单母线如若小母线中间任何一[2]国家电力调度通信中心编著国家电网公司继电保护培训教材.个环节出现问题(螺丝未拧紧或接触不良等)都会对后面的屏柜造成失作者简介压的事故。周东峰(1977-)，男，河南开封人，工程师，长沙理工大学学士学3)改造时方便、安全，拆除保护屏时，不用进行电压转移，不用，长期从事继电保护工.作，现任开封供电公司变电检修部二二次专责。担心误碰临屏屏顶小母线，只采取防震动措施即可。杨耀杰(1971-)，男，河南开封人，高级工程师，郑州大学电力系统4)为今后开展二次设备的状态检修提供必要保证。专业工学硕士。现在开封供电公司工作，从事电力系统运行、检修等工作。5结论李凯(1977--)，男，河南开封人，工程师，长沙电力大学学士学位,当采用电压切换分电屏后，将大大减轻保护人员安装及维护的工作现在开封供电公司工作，从事电力系统运行、检修等工作。(上接第126页)5.3需要掌握的要点( Get Status) ;集线器检测设备速度;获取最大数据包长度( Get_需要研究掌握SCSI ( Small Computer System Interface )数据格式和SCSIDevice Deor)。部分命令，这里不再赘述。以下 操作雷同，不同操作系统设定时延是不一样的，如果没有反5.4 USB设备响应流程应就再发送一次命令， 重复三次。主机分配-一个新的地址给设备(Set_主机命令被设备接收，解析为要处理的命令块。此时进行判定，处Address) ;主机向新地址重新发送GeL Derice_ Deor命令; 主机向设备循理确认则解析并处理命令,返回状态块，回复主机。若否则判定数据写环发送Geu Device. _Configuration命令，要求USB设备回答，以读取全部配人完成，完成返回状态块;写人判定部分否，则写人闪存,返回主机。置信息;主机发送Get_ Device. String命令;主机弹出设备信息窗口; PC6结束语判断是否能够提供USB的Driver;主机发送Set Configuration (x)请求;此USB作为- -种方兴未艾的通讯接口技术，还有广阔的应用空间，如时，常规的USB完成了其必须进行的配置和连接工作。在电力自动化通信、微机保护通讯等方面。对USB技术的持续学习和研5.2数据传输( Bulk _Only协议)究将在未来的电子1中国煤化工三种类型的数据在USB和设备之间传送: CBW ( Command BlockWrapper,即命令块包)，是从USB Host发送到设备的命令; CSW|YHCNMH G( Command Status w rapper )执行完HOST的命令后DEVICE发送给HOST;普通数据。[1]胡晓军SY-USB接口开发技术[M].西安电子科技大学出版社,2011.数据展开后，命令块包CBW数据输出(从主机)、数据输入* (向[2]张建忠,徐敬东编著.计算机网络基础与应用[M.机械工业出版社2011.主机)、发为命令状态包(数据输人、输出都流为命令状态包)。[3]YU.比特流的大运河[J.微型计算机,微型计算机杂志社,2005.