嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-USB协议_USB协议栈与驱动开发.docxVIP

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USB协议基础

1USB协议历史与发展

USB（UniversalSerialBus）协议自1996年首次发布以来，经历了多个版本的迭代，从最初的USB1.0到目前的USB4.0，其传输速度和功能得到了显著提升。USB1.0的传输速度为1.5Mbps和12Mbps，而USB4.0的传输速度可以达到40Gbps，极大地满足了高速数据传输的需求。USB的发展不仅体现在速度上，还体现在其对多种设备的支持和电力传输能力的增强上，如USBType-C接口的引入，使得USB可以支持视频和音频传输，以及高达100W的电力传输。

2USB设备类型与应用

USB设备根据其功能和用途，可以分为多种类型，包括但不限于：

USB存储设备：如U盘、移动硬盘等，用于数据存储和传输。

USB输入设备：如鼠标、键盘、触摸板等，用于向计算机输入数据。

USB输出设备：如打印机、扫描仪等，用于从计算机输出数据。

USB复合设备：同时具有多种功能的设备，如带有麦克风和扬声器的USB耳机。

2.1示例：USB存储设备的识别

在Linux系统中，可以通过lsusb命令来查看系统中连接的USB设备信息。例如：

#lsusb

Bus002Device002:ID8087:0024IntelCorp.IntegratedRateMatchingHub

Bus002Device001:ID1d6b:0002LinuxFoundation2.0roothub

Bus001Device003:ID05ac:1216AppleInc.iPhone

Bus001Device002:ID8087:0024IntelCorp.IntegratedRateMatchingHub

Bus001Device001:ID1d6b:0002LinuxFoundation2.0roothub

在上述输出中，ID05ac:1216表示设备的供应商ID和产品ID，通过这些信息，系统可以识别出连接的设备类型。

3USB信号与物理层介绍

USB的物理层主要由信号线和电源线组成，其中信号线包括D+和D-两条差分信号线，用于数据传输。电源线包括Vcc和GND，用于为USB设备供电。USB2.0的信号传输速率为480Mbps，而USB3.0及以上的版本则采用了SuperSpeed信号线，传输速率可以达到5Gbps或更高。

3.1示例：USB信号线的使用

在USB设备的开发中，正确连接D+和D-信号线是至关重要的。例如，对于一个USBType-A接口，D+和D-信号线分别位于接口的第1和第2引脚。在设计电路板时，必须确保这两条信号线与USB控制器的相应引脚正确连接，以保证数据的正常传输。

4USB协议栈概述

USB协议栈是实现USB设备与主机通信的软件层，它包括了USB设备控制器驱动、USB设备类驱动和USB设备应用层。USB设备控制器驱动负责与USB硬件交互，实现USB信号的发送和接收；USB设备类驱动负责处理特定类型的USB设备的通信协议，如存储设备、输入设备等；USB设备应用层则负责实现具体的设备功能，如文件系统、输入事件处理等。

4.1示例：USB设备控制器驱动的初始化

在Linux系统中，USB设备控制器驱动的初始化通常包括了设备的检测、配置和注册等步骤。以下是一个简化的USB设备控制器驱动初始化的代码示例：

#includelinux/usb.h

staticintusb_device_init(structusb_device*dev)

{

intret;

/*检测设备*/

if(dev-descriptor.bDeviceClass!=USB_CLASS_HID)

return-ENODEV;

/*配置设备*/

ret=usb_set_configuration(dev,1);

if(ret0)

returnret;

/*注册设备*/

ret=input_register_device(dev-input_dev);

if(ret0)

returnret;

return0;

}

staticstructusb_driverusb_device_driver={

.name=usb_device,

.probe=usb_device_init,

/*其他驱动函数...*/

};

mod