USB2.0与OTG规范及开发指南(全中文).pdf

发布时间：2022-06-23 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.04M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南目录第 1 章术语和缩略词 ......................................................................................................................... 6 第 2 章绪论 ......................................................................................................................................... 9 2.1 起因 ......................................................................................................................................... 9 2.2 USB 规范的目标 .................................................................................................................... 9 2.3 适用对象 ................................................................................................................................. 9 2.4 本书结构 ................................................................................................................................. 9 第 3 章背景知识 ............................................................................................................................... 10 3.1 USB 的设计目标 .................................................................................................................. 10 3.2 使用的分类 ........................................................................................................................... 10 3.3 特色 ....................................................................................................................................... 10 第 4 章体系结构概述 ....................................................................................................................... 12 4.1 USB 系统的描述 .................................................................................................................. 12 4.1.1 总线布局技术 ............................................................................................................ 12 4.2 物理接口 ............................................................................................................................... 13 4.2.1 电气特性 ....................................................................................................................... 13 4.2.2 机械特性 .................................................................................................................... 13 4.3 电源 ....................................................................................................................................... 13 4.3.1 电源分配 .................................................................................................................... 13 4.3.2 电源管理 .................................................................................................................... 14 4.4 总线协议 ............................................................................................................................... 14 4.5 健壮性 ................................................................................................................................... 14 4.5.1 错误检测 .................................................................................................................... 14 4.5.2 错误处理 .................................................................................................................... 14 4.6 系统设置 ............................................................................................................................... 15 4.6.1 USB 设备的安装 ....................................................................................................... 15 4.6.2 USB 设备的拆卸 ....................................................................................................... 15 4.6.3 总线标号 .................................................................................................................... 15 4.7 数据流种类 ........................................................................................................................... 15 4.7.1 控制数据传送 ............................................................................................................ 15 4.7.2 批量数据传送 ............................................................................................................ 15 4.7.3 中断数据传输 ............................................................................................................ 16 4.7.4 同步传输 .................................................................................................................... 16 4.7.5 指定 USB 带宽 .......................................................................................................... 16 4.8 USB 设备 .............................................................................................................................. 16 4.8.1 设备特性 .................................................................................................................... 16 4.8.2 设备描述 .................................................................................................................... 17 4.9 USB 主机：硬件和软件 ...................................................................................................... 18 4.10 体系结构的扩充 ................................................................................................................. 18 第五章 USB 数据流模型 ...................................................................................................................... 19 5.1 实现者的视图 ......................................................................................................................... 19 5.2 总线拓朴 ................................................................................................................................. 20 5.2.1 USB 主机 ...................................................................................................................... 20 5.2.2 USB 设备 ...................................................................................................................... 21 5.2.3 总线的物理拓朴结构 .................................................................................................. 21 5.2.4 总线逻辑拓朴结构 ...................................................................................................... 22 5.2.5 客户软件层与应用层的关系 ...................................................................................... 22 5.3 USB 通信流 ............................................................................................................................. 22 5.3.1 设备端点 ...................................................................................................................... 24 5.3.2 通道 .............................................................................................................................. 25 5.4 传送类型 ................................................................................................................................. 26

USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南 5.5 控制传送 ................................................................................................................................. 27 5.5.1 控制传送类型的数据格式 .......................................................................................... 27 5.5.2 控制传送的方向 .......................................................................................................... 27 5.5.3 控制传送包的大小的限制 .......................................................................................... 27 5.5.4 控制传送的总线访问的限制 ...................................................................................... 28 5.5.5 控制传送的数据顺序 .................................................................................................. 29 5.6 同步传送 ................................................................................................................................. 29 5.6.1 同步传送的数据格式 .................................................................................................. 30 5.6.2 同步传送的方向 .......................................................................................................... 30 5.6.3 同步传送中包的大小的限制 ...................................................................................... 30 5.6.4 同步传送的总线方向限制 .......................................................................................... 30 5.6.5 同步传送的数据顺序 .................................................................................................. 31 5.7 中断传送 ................................................................................................................................. 31 5.7.1 中断传送的数据格式 .................................................................................................. 31 5.7.2 中断传送的方向 .......................................................................................................... 31 5.7.3 中断传送对包的长度的限制 ...................................................................................... 31 5.7.4 中断传送对总线访问的限制 ...................................................................................... 32 5.7.5 中断传送的数据顺序 .................................................................................................. 33 5.8 批传送 ..................................................................................................................................... 33 5.8.1 批传送的数据格式 ...................................................................................................... 33 5.8.2 批传送的方向 .............................................................................................................. 33 5.8.3 批传送对包长度的限制 .............................................................................................. 33 5.8.4 批传送对总线访问的限制 .......................................................................................... 33 5.8.5 批传送的数据顺序 ...................................................................................................... 34 5.9 传送的总线访问 ..................................................................................................................... 34 5.9.1 传送管理 ...................................................................................................................... 35 5.9.2 事务的跟踪 .................................................................................................................. 36 5.9.3 计算总线事务的时间 .................................................................................................. 38 5.9.4 应用层及软件对缓冲区大小的计算 .......................................................................... 39 5.9.5 总线带宽归还 .............................................................................................................. 39 5.10 关于同步传送的一些特别考虑 ........................................................................................... 39 5.10.1 典型的非 USB 同步应用 .......................................................................................... 40 5.10.2 USB 时钟模型 ............................................................................................................ 41 5.10.3 时钟同步 .................................................................................................................... 43 5.10.4 同步设备 .................................................................................................................... 43 5.10.5 数据预缓存 ................................................................................................................ 48 5.10.6 SOF 跟踪 ..................................................................................................................... 49 5.10.7 差错处理 .................................................................................................................... 49 5.10.8 为匹配速率而做的缓冲 ............................................................................................ 50 第七章 USB 的电气特性 ..................................................................................................................... 52 7.1 USB 驱动器的特性及其使用 ................................................................................................. 52 7.1.1 高速驱动器特性 ........................................................................................................... 52 7.1.2 低速驱动器特性 ........................................................................................................... 52 7.1.3 接收器特性 ................................................................................................................... 54 7.1.4 输入特性 ....................................................................................................................... 54 7.2 信号的发送标准 ...................................................................................................................... 54 7.2.1 连结与中断信号的发送 .............................................................................................. 55 7.3 数据的编码与解码 .................................................................................................................. 57 7.4 数据信号的发送速率 ............................................................................................................. 59 7.5 数据源的抖动 ......................................................................................................................... 59 7.6 接收端数据的抖动 ................................................................................................................. 59 7.7 电缆的延迟 .............................................................................................................................. 59 7.8 电缆的信号衰减 ..................................................................................................................... 59

USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南 7.9 电压分布 ................................................................................................................................. 60 第八章协议层 ...................................................................................................................................... 63 8.1 位定序 ..................................................................................................................................... 63 8.2 同步字段 .................................................................................................................................. 63 8.3 包字段格式 .............................................................................................................................. 63 8.3.1 包标识符字段 ............................................................................................................... 63 8.3.2 地址字段 ....................................................................................................................... 64 8.3.3 帧号字段 ....................................................................................................................... 65 8.3.4 数据字段 ....................................................................................................................... 65 8.3.5 循环冗余校验 ............................................................................................................... 65 8.4 包格式 ...................................................................................................................................... 66 8.4.1 标记包 ........................................................................................................................... 66 8.4.2 帧开始（SOF,Start-of-Frame）包 .............................................................................. 66 8.4.3 数据包 ........................................................................................................................... 66 8.4.4 握手包 ........................................................................................................................... 67 8.4.5 握手回答（Handshake Response） ............................................................................. 67 8.5 事务格式 .................................................................................................................................. 68 8.5.1 批处理事务 ................................................................................................................... 68 8.5.2 控制传送 ....................................................................................................................... 70 8.5.3 中断事务 ....................................................................................................................... 72 8.5.4 同步事务 ....................................................................................................................... 72 8.6 数据切换同步和重试 .............................................................................................................. 73 8.6.1 通过建立标记初始化 .................................................................................................. 73 8.6.2 成功的数据事务 ........................................................................................................... 73 8.6.3 损坏，或者不被接受数据 ........................................................................................... 74 8.6.4 损坏的 ACK 握手 ......................................................................................................... 74 8.6.5 低速事务 ....................................................................................................................... 75 8.7 错误检测和恢复 ...................................................................................................................... 76 8.7.1 包错误种类 ................................................................................................................... 76 8.7.2 总线周转（Turn-around）时间 ................................................................................... 76 8.7.3 错误的 EOP................................................................................................................... 77 8.7.4 超时干扰（Babble）和活动性丧失（Loss of Activity）的恢复 .............................. 77 第九章 USB 设备架构 ....................................................................................................................... 78 9.1 USB 设备状态 ...................................................................................................................... 78 9.1.1 外置的设备状态 ........................................................................................................ 78 9.1.2 Bus Enumeration 总线标号 ....................................................................................... 80 9.2 通用 USB 设备操作(Generic USB Device Operations) ....................................................... 81 9.2.1 动态插接与拔开 ........................................................................................................ 81 9.2.2 地址分配 .................................................................................................................... 81 9.2.3 配置 ............................................................................................................................ 81 9.2.4 数据传送 .................................................................................................................... 82 9.2.5 电源管理 .................................................................................................................... 82 9.2.6 请求处理 .................................................................................................................... 82 9.2.7 请求错误 .................................................................................................................... 83 9.3 USB 设备请求 ...................................................................................................................... 83 9.3.1 bmRequestType 域 ..................................................................................................... 84 9.3.2 bRequest 域 ................................................................................................................ 84 9.3.3 wValue 域 ................................................................................................................... 84 9.3.4 wIndex 域 ................................................................................................................... 84 9.3.5 wLength 域 ................................................................................................................. 84 9.4 标准设惫请求 ....................................................................................................................... 84 9.4.1 清除特性(ClearFeature()) .......................................................................................... 86 9.4.2 取得配置(GetConfiguration()) ................................................................................... 86

USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南 9.4.3 取得描述符 ................................................................................................................ 86 9.4.4 取得接口设置(GetInterface()) ................................................................................... 86 9.4.5 取得状态(GetStatus ( )) .......................................................................................... 87 9.4.6 设置地址(SetAddress ( )) ........................................................................................ 88 9.4.7 设置配置值(SetConfiguration( )) ........................................................................... 88 9.4.8 设置描述表(SetDescriptor ( )) ................................................................................ 88 9.4.9 设置特性(SetFeature ( )) ......................................................................................... 88 9.4.10 设置接口(SetInterface ( )) ..................................................................................... 89 9.4.11 同步帧(SynchFrame ( )) ........................................................................................ 89 9.5 描述表 ................................................................................................................................... 89 9.6 标准描述表的定义 ............................................................................................................... 89 9.6.1 设备 ............................................................................................................................ 90 9.6.2 配置 ............................................................................................................................ 91 9.6.3 接口 ............................................................................................................................ 92 9.6.4 节点 ............................................................................................................................ 93 9.6.5 字串 ............................................................................................................................ 94 9.7 设备类定义 ........................................................................................................................... 95 9.7.1 描述表 ........................................................................................................................ 95 9.7.2 接口与结点的使用 .................................................................................................... 95 9.7.3 请求 ............................................................................................................................ 95 第十章 USB 主机：硬件与软件 ....................................................................................................... 96 10.1 USB 主机概况 .................................................................................................................... 96 10.1.1 概论 .......................................................................................................................... 96 10.1.2 控制机构 .................................................................................................................... 98 10.1.3 数据流 ...................................................................................................................... 98 10.1.4 收集状态及活动统计数据 ...................................................................................... 98 10.1.5 电气接口因素 .......................................................................................................... 98 10.2 主机控制器功能 ................................................................................................................. 99 10.2.1 状态处理 .................................................................................................................. 99 10.2.2 串行化与反串行化 .................................................................................................. 99 10.2.3 帧产生 ...................................................................................................................... 99 10.2.4 数据处理 ................................................................................................................ 100 10.2.5 协议引擎 ................................................................................................................ 100 10.2.6 传输差错控制 ........................................................................................................ 100 10.2.7 远程唤醒 ................................................................................................................ 100 10.2.8 根集线器 ................................................................................................................ 100 10.2.9 主机系统接口 ........................................................................................................ 101 10.3 软件功能概论 ................................................................................................................... 101 10.3.1 设备配置 ................................................................................................................ 101 10.3.2 资源管理 ................................................................................................................ 102 10.3.3 数据传输 ................................................................................................................ 103 10.3.4 普通数据定义(Common Data Definition) ............................................................. 103 10.4 主机控制器驱动器 ........................................................................................................... 103 10.5 USBD ................................................................................................................................ 104 10.5.1 USB 概况 ............................................................................................................... 104 10.5.2 USBD 命令工具功能............................................................................................. 105 10.5.3 USBD 通道设施 .................................................................................................... 107 10.5.4 通过 USBD 设施管理 USB ................................................................................... 108 10.5.5 将操作系统起动前 USB 的控制交给操作系统 ................................................... 109 10.6 操作系统环境指南 ........................................................................................................... 110 第十一章集线器规范 ........................................................................................................................ 111 11.1 概述 ..................................................................................................................................... 111 11.2 集线器的帧/微型帧定时器 ................................................................................................ 111

USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南 11.3 内部接口 ............................................................................................................................. 112 11.4 下行接口 ............................................................................................................................. 113 11.5 上行端口 ............................................................................................................................. 114 11.6 转发中继器 ......................................................................................................................... 116 11.7 总线状态的评估 ................................................................................................................. 117 11.8 挂起和恢复 ......................................................................................................................... 118 11.9 集线器的复位行为 ............................................................................................................. 118 11.10 集线器端口的电源控制 ................................................................................................... 118 11.10 端口的组成 ....................................................................................................................... 118 11.10 端口变化信息的处理 ....................................................................................................... 118

USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南第1章术语和缩略词 ACK:确认信号 Active Device:正在使用的设备 Asynchronous Data:异步数据 Asynchronous RA:异步自适应速率 Asynchronous SRC: 异步抽样转换率 Audio Device:音频设备 AWG#(American Wire Gauge):美国电线标准 Babble:帧传输中的总线动作 Bandwidth:带宽 Big Endian: Bit:比特 Bit Stuffing:数据填充,以使 PLL 可以提取时钟信号 b/s:每秒多少比特 B/s:每秒多少字节 Buffer:缓冲区 Bulk Transfer:批量传送 Bus Enumeration:总线标号 Byte: 字节 Capabilities:能力 Characteristics:特征 Client:客户 Configuring Software:配置软件 Control Endpoint:控制端口 Control Pipe:控制通道 Control Transfer:控制传送 CTI:计算机电信组织 Cyclic Redundancy Check(CRC):循环冗余校验 Default Address:缺省地址 Default Pipe:缺省通道 Device:设备、器件 Device Address：设备地址 Device Endpoint：设备端口 Device Resource：设备资源 Device Software：设备软件 Downstream：下行 Driver：驱动 DWORD：双字 Dynamic Insertion and Removal：动态插入与拆除 Electrically Erasable Programmable Read Only Memory EEPROM：电擦写可编程只读存储器 End User：终端用户 Endpoint：端口 Endpoint Address：端口地址 Endpoint Direction：端口指向 Endpoint Number：端口号 EOF：帧结束 EOP：包结束 External Port：外设端口

USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南 False EOP：错误的包结束标志 Frame：帧 Frame Pattern：帧结构 Full-duplex：全双工 Function：功能、功能部件 Handshake Packet：握手包 Host：主机 Host Controller：主机控制器 Host Controller Driver(HCD)：主机控制驱动 Host Resourses：主机资源 Hub：集线器 Hub Tier：Hub 层 Interrupt Request(IRQ)：中断请求 Interrupt Transfer：中断传送 I/O Request Packet（IRP）：输出/输入请求包 Isochronous Data：同步数据 Isochronous Device：同步设备 Isochronous Sink Endpoint：同步接收端 Isochronous Sourse Endpoint：同步源端 Isochronous Transfer：同步传送 Jiffer：抖动 kb/s：传送速率每秒几千比特 kB/s：传送速率每秒几千字节 Little Endian： LOA：有始无终的总线传输 LSb：最低比特 LSB：最低字节 Mb/s：传送速率每秒几兆比特 MB/s：传送速率每秒几兆字节 Message Pipe：消息通道 MSb：最高比特 MSB：最高字节 NAK：不确认 Non Return to Zero Invert(NRZI)：非归零翻转码 Object：对象 Packet：数据包 Packet Buffer：数据包缓冲区 Packet ID(PID)：数据包标示位 Phase：时项、相位 Phase Locked Loop(PLL)：锁相环 Physical Device：物理部件 Pipe：通道 Polling：查询 Port：口、端口 Power On Reset(POR)：电源复位 Programmable Data Rate：可编程数据速率 Protocol：协议 Rate Adaption（RA）：自适应速率 Request：请求、申请 Retire：取消、终止 Root Hub：根集线器、主机 Hub

USB 2.0 与 OTG 规范及开发指南 Root Port：根集线器的下游端口 Sample：取样、抽样 Sample Rate(Fs)：抽样速率 Sample Rate Conversion(SRC)：抽样转换率 Service：服务 Sevice Interval：服务间隙 Service Jitter：服务质量的抖动参数 Sevice Rate：指定端口每单位时间的服务数目 SOP：包开始 Stage：控制传输的某个阶段 Start-of-Frame(SOF)：帧开始 Stream Pipe：流通道 Synchronization Type：同步类型 Synchronous RA：同步的 RA Synchronous SRC：同步的 SRC Sysem Programming Interface(SPI)：系统可编程接口 Terminaton Time Division Multiplexing(TDM)：时分复用 Timeout：超时 Token Packet：标志包 Transaction：处理事务 Transfer：传送 Transfer Type：传送类型 Turn-around Time：USB 传输中包与包之间的间隔时间，以防止传输冲突 Universal Serial Bus Driver(USBD)：USB 驱动器 Univeral Serial Bus Resources：USB 提供的资源 Upstream：上行 Virtual Device：虚拟设备 Word：字（16 位）

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