基于USB的家电自动化

四种不同类型的数据传输：

　　1. 控制传输方式。控制传输在设备插入时对其进行配置，并能用于其他的设备特定用途，诸如对设备上的其他通道进行控制等。

　　2. 批量传输方式。在数据的产生和使用量相对较大时采用批量传输方式。

　　3. 中断传输方式。中断传输用于及时且可靠的数据传送。例如，具有人类可感知反应或反馈响应特征的字符或坐标，等等。

　　4. 同步传输方式。同步传输方式在预先约定的传输延迟时间占用预定的USB 带宽。同步传输也称为"流实时传输"。

　　A 型USB 连接器专用于数据下行传输，即，数据从设备传输到主机。所以，A 型连接器位于设备上。

　　B 型USB 连接器专用于数据上行传输，即，数据从USB 主机传输到设备或从集线器传输到设备。B 型连接器位于主机和集线器上，如图2 所示。

　　有时为了使占用空间更小，可以使用微型USB 连接器。

　　USB 设备通过拉高D+ 或D-端线电平来指示其速度，最高为3.3 伏。全速设备在D+ 端接一个上拉电阻表明它是全速设备，如图3 所示。

　　如果没有上拉电阻， USB 就假定总线上没有连接任何东西。有些设备中，上拉电阻是内置的，能通过固件开启和关闭。另一些设备则需要外部上拉电阻。在这种情况下，通过固件进行速度控制会受到限制，并且要求另外对外部中继服务进行实现与编码。

　　低速设备在D-端连接上拉电阻，表明其为低速设备，如图4 所示。

　　最开始，高速设备被当作全速设备进行连接（D+ →1.5k 至3.3V）。初始连接之后，设备在复位时将发出高速的啁啾声，然后与主机建立高速连接。一旦设备经初始化进入高速模式，上拉电阻就被禁用。

　　USB数据流模式：枚举在设备可以与应用进行通信前，USB 主机需要了解设备状态并给它分配设备驱动程序。实现这一初始信息交换的过程就叫作枚举。在枚举过程中，根据USB V2.0 规范的定义，设备将经历以下设备状态：

　　1. 上电状态（Powered）

　　2. 缺省状态（Default）

　　3. 地址状态（Address）

　　4. 配置状态（Configured）

　　另外还有两个USB 设备状态，"连接状态"（attached）和"挂起状态"（suspended）。枚举过程的具体细节超出了本文的范围；不过，在设备配置中使用的命令与结构是相关的。

　　描述符是让USB 主机能获取设备信息的数据结构。在枚举过程中，主机请求描述符，从最上层设备描述符开始，一直到最低层端点描述符，顺序如图5 所示。

　　枚举过程

　　下面概述一下USB 设备的枚举过程所包含的步骤，并讲解设备在枚举过程如何经历从上电到缺省、地址以及配置这几个状态。

　　1. 用户将一个USB 设备插入USB 端口。主机为端口供电，设备此时处于上电状态。

　　2. 主机检测设备。

　　3. 集线器使用中断通道将事件报告给主机。

　　4. 主机发送Get_Port_Status（读端口状态）请求，以获取更多的设备信息。

　　5. 集线器检测设备是低速运行还是高速运行，并将此信息送给主机，这是对Get_Port_Status 请求的响应。

　　6. 主机发送Set_Port_Feature（写端口状态）请求给集线器，要求它复位端口。

　　7. 集线器对设备复位。

　　8. 主机使用Chirp K 信号来了解全速设备是否支持高速运行。

　　9. 主机发送另一个Get_Port_Status 请求，确定设备是否已经从复位状态退出。

　　10. 设备此时处于缺省状态，且已准备好在零端点通过缺省通道响应主机控制传输。缺省地址为00h，设备能从总线获取高达100mA 的电流。

　　11. 主机发送Get_Descriptor（读设备描述符）报文，以便确定最大数据包大小。设备描述符的八个字节是bMaxPacketSize。

　　12. 通过发送Set_Address（写地址）请求，主机分配地址，设备此时处于地址状态。

　　13. 主机发送Get_Descriptor 报文，以获取更多的设备信息。主机通过发送描述符响应设备请求，随后发送全部的次级描述符。

　　14. 主机分配并加载设备驱动程序。

　　15. 通过发送Set_Configuration（写配置）请求，主机的设备驱动程序选择一个有效配置。设备此时处于配置状态。

　　16. 主机为复合设备接口分配驱动程序。

　　17. 如果集线器检测到有过流现象，或者主机要求集线器关闭电源，则USB 总线切断设备供电电源。在这种情况下，设备与主机无法通信，但设备处于连接状态。

　　18. 如果在3 毫秒内设备在总线上未见任何动作，则它将进入挂起状态，在挂起状态设备消耗的总线电能最少。

　　USB 协议层

控制传输使主机和设备之间可以交换设备配置信息和其他控制信息。控制传输在低速和全速传输运行时占用10% 的带宽，在高速运行时占用20% 的带宽。控制传输由设置阶段、可选的数据阶段