停更好久，重新梳理一下usb 知識(shí)體系

1. USB 硬件框架

一個(gè) USB 系統(tǒng) 由三部分來(lái)描述：

USB interconnect

USB devices

USB host

USB interconnect 是指USB 設(shè)備連接到主機(jī)并與主機(jī)通信的方式。這包括以下內(nèi)容：

總線拓?fù)洌篣SB device 和 host 之間的連接模型。

層間關(guān)系：

數(shù)據(jù)流模型：

USB 調(diào)度：

1.1. 總線拓?fù)?/p>

在USB 系統(tǒng)中有兩個(gè)硬件的概念：

USB host：它跟處理器相連，處理器通過(guò)USB Host跟各類(lèi)USB設(shè)備通信。USB Host中集成有一個(gè)root hub

USB device：這類(lèi)設(shè)備又分為兩類(lèi)

Hub：用來(lái)擴(kuò)展USB接口

Function：就是普通的USB設(shè)備，比如U盤(pán)、聲卡等

USB 總線拓?fù)淙缦拢?/p>

roothub：根hub(根集線器)

hub：集線器

func：功能設(shè)備

Compound Device：組合設(shè)備，包含一個(gè)hub 和 一個(gè)或多個(gè)func

USB 總線拓?fù)渥钌蠈右欢ㄊ莌ost, 最后一級(jí)只能是func, 因此hub 級(jí)聯(lián)最多5級(jí)；

1.2. USB host

在任何USB 系統(tǒng)中只有一個(gè)主機(jī)，主機(jī)的每個(gè)USB控制器（Host Controller）對(duì)應(yīng)一條USB總線。與主機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連的USB接口被稱(chēng)為主機(jī)控制器。

主機(jī)控制器可以以硬件，固件或軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根集線器（root hub）集成在主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)以提供一個(gè)或多個(gè)連接點(diǎn)。

USB Host通過(guò) Host Controller 與 USB device 交互。

Host主要負(fù)責(zé)：

檢測(cè)USB 設(shè)備的拔插動(dòng)作

管理Host和Device之間的控制流、數(shù)據(jù)流

收集USB 總線狀態(tài)和活動(dòng)數(shù)據(jù)信息

為連入U(xiǎn)SB總線的設(shè)備供電

1.3. USB device

USB device 分為 USB hub 和 USB Function。

USB hub （集線器）：

root hub：一般與主機(jī)控制器連接在一起，提供一個(gè)或者多個(gè)端口。

普通hub：用于擴(kuò)展USB 的主機(jī)端口。

結(jié)構(gòu)上由一個(gè)上行端口和多個(gè)下行端口組成。

支持級(jí)聯(lián)：最多5級(jí)，不包含root hub。

支持速率轉(zhuǎn)換：低速/全速設(shè)備，可連接在高速hub 上。

USB function 設(shè)備：

Composite Device：復(fù)合設(shè)備。一個(gè)設(shè)備地址，1個(gè) 或者 多個(gè)function 接口組成

Compound Device：組合設(shè)備。多個(gè)設(shè)備地址，一個(gè)hub 和 一個(gè)或者多個(gè)func 組成。

比如：鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，攝像頭等。

1.4. USB 數(shù)據(jù)流

USB主機(jī)和USB設(shè)備之間的通信是通過(guò)管道(Pipe)進(jìn)行的。

在USB協(xié)議中，管道是一個(gè)邏輯概念，

在USB主機(jī)端實(shí)際上就是一組緩沖區(qū)，用于管道中數(shù)據(jù)的收發(fā)。

在USB設(shè)備端，管道對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的端點(diǎn)，每一個(gè)端點(diǎn)都是一個(gè)由索引和方向確定的，USB設(shè)備最多支持16個(gè)雙向端點(diǎn)（8個(gè)in/8個(gè)out）。

USB設(shè)備地址、端點(diǎn)索引和端點(diǎn)方向的組合可以唯一確定USB主機(jī)和USB設(shè)備間的通信。

2. USB 軟件框架

2.1. USB 數(shù)據(jù)流模型

USB 簡(jiǎn)化傳輸模型如下圖所示，實(shí)際上要比這個(gè)復(fù)雜的多。主要包含以下部分：

USB 物理設(shè)備：USB電纜終端的一塊硬件，執(zhí)行一些有用的終端用戶(hù)功能。

客戶(hù)端軟件：在主機(jī)上執(zhí)行的軟件，對(duì)應(yīng)于一個(gè)USB設(shè)備。此客戶(hù)端軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供，或與USB設(shè)備一起提供。

USB 系統(tǒng)軟件：在一個(gè)特定的操作系統(tǒng)中支持USB的軟件。USB系統(tǒng)軟件通常與操作系統(tǒng)一起提供，獨(dú)立于特定的USB設(shè)備或客戶(hù)端軟件。

USB Host Controller (Host Side Bus Interface)：允許將USB設(shè)備連接到主機(jī)上的硬件和軟件。

2.2. USB 軟件模型

實(shí)際的通信數(shù)據(jù)流：usb host control 和 USB 總線接口。虛擬的通信方式：主機(jī)端客戶(hù)端軟件和 物理設(shè)備fucntion 直接通信。

USB host：

客戶(hù)端軟件

USB 系統(tǒng)軟件：USB 驅(qū)動(dòng)，HOST controller 驅(qū)動(dòng) 和 host 軟件

USB device：

USB物理設(shè)備為主機(jī)提供了額外的功能。USB設(shè)備提供的功能類(lèi)型差別很大。但是，所有的USB邏輯設(shè)備都為主機(jī)提供相同的基本接口。這允許主機(jī)以相同的方式管理不同USB設(shè)備。

為了幫助主機(jī)識(shí)別和配置USB設(shè)備，每個(gè)設(shè)備都會(huì)攜帶和報(bào)告與配置相關(guān)的信息。所報(bào)告的一些信息在所有邏輯設(shè)備中都是常見(jiàn)的。其他信息是特定于該設(shè)備提供的功能的。此信息的詳細(xì)類(lèi)型根據(jù)設(shè)備的設(shè)備類(lèi)別而有所不同。

詳細(xì)軟件模型

抽象為熟悉的軟件模型

對(duì)于一個(gè) usb 設(shè)備驅(qū)動(dòng)，大多時(shí)候我們其實(shí)只需要關(guān)心function driver，不同的設(shè)備向上只有function 或者接口區(qū)分，對(duì)于底層而言都是一樣的，最終通過(guò)SIE (串行總線)和主機(jī)通信。

3. 總結(jié)

本文主要介紹了，USB 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。一個(gè)USB 系統(tǒng)包含核心的三部分：

USB interconnect：通過(guò)PIPE 互聯(lián)傳輸

USB Host：USB 主機(jī)

USB Device：USB 設(shè)備和集線器

并簡(jiǎn)要闡述其軟件模型。

審核編輯：湯梓紅