USB开发步骤之标准篇

Windows USB 驱动程序接口
系统中的USB的驱动程序完成许多的工作。
实际上对于一些HID的USB设 备,象键盘,鼠标和游戏操纵杆之类的设备可以自动的被系统识别并且支持.而除此之外的设备就需要自己写一个驱动程序来完成硬件和软件之间的联系。在核心模 式(kernel mode)下,驱动程序用IOCTL来组织和操作一些由其他部分发过来的要求和命令。而IOCTL又是通过URB(USB request blocks)来实现数据的传送的。
在正式的介绍USB的驱动程序之前,先还是来看看USB的物理和逻辑结构。

传输方式
在USB的数据传送的方式下,有四种的传输方式:控制(Control)同步 (isochronous)中断(interrupt)大量(bulk)。如果你是从硬件开始来设计整个的系统,你还要正确选择传送的方式,而作为一个驱 动程序的书写者,就只需要弄清楚他是采用的什么工作方式就行了。
通常所有的传送方式下的主动权都在PC边,也就是host边。

控制(Control)方式传送：控制传送是双向传送，数据量通常较小。USB系统软 件用来主要进行查询、配置和给USB设备发送通用的命令。控制传送方式可以包括8、16、32和64字节的数据，这依赖于设备和传输速度。控制传输典型地 用在主计算机和USB外设之间的端点(Endpoint)0之间的传输，但是指定供应商的控制传输可能用到其它的端点。

同步(isochronous)方式传送：同步传 输提供了确定的带宽和间隔时间（latency)。它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于要求恒定的数据传送率的即时应用中。例如执行 即时通话的网络电话应用时，使用同步传输模式是很好的选择。同步数据要求确定的带宽值和确定的最大传送次数。对于同步传送来说，即时的数据传递比完美的精 度和数据的完整性更重要一些。

中断(interrupt)方式传送：中断方式传输主要用于定时查询设备是否有中断数 据要传送。设备的端点模式器的结构决定了它的查询频率，从1到255ms之间。这种传输方式典型的应用在少量的分散的、不可预测数据的传输。键盘、操纵杆 和鼠标就属于这一类型。中断方式传送是单向的并且对于host来说只有输入的方式。

大量(bulk)传送：主要应用在数据大量传送传送和接受数据上，同时又没有带宽和间隔时间要求的情况下，要求保证传输。打印机和扫描仪属于这种类型。这种类型的设备适合于传输非常慢和大量被延迟的传输，可以等到所有其它类型的数据的传送完成之后再传送和接收数据。

USB将其有效的带宽分成各个不同的桢(frame),每桢通常是1ms时间长。每个 设备每桢只能传送一个同步的传送包。在完成了系统的配置信息和连接之后,USB的host就会对不同的传送点和传送方式做一个统筹安排,用来适应整个的 USB的带宽。通常情况下,同步方式和中断方式的传送会占据整个带宽的90%,剩下的就安排给控制方式传送数据。

USB的低层结构
USB设备
USB的设备可以接在PC上的任意的USB接口上。而使用HUB还可以扩展使更多的 USB设备连接到系统中,USB的HUB有一个上行的端口(到host),有多个的下行端口(连接其它的设备),从而可以使整个的系统可以扩展的连接 127个外设,其中HUB也酸外设。对于USB系统来说,USB的host永远是PC边,所有的其他连接到host都称为设备,在设备与设备之间是无法实 现直线通信的,只有通过host的管理与调节才能够实现数据的互相传送.在系统中,通常会有一个根HUB,这个HUB一般有两个下行的端口。
一个PC可以拥有一个或多个的USB host控制器。一般有两种类型的控制器:UHCI(USB host控制器接口),OHCI(开放的host控制器接口)。Windows的USB类驱动程序对于每一种的控制器类型都有一种miniclass驱动程序来支持。

USB的物理信号
USB的电缆有四根线,两根传送的是5V的电源,有一些直接和电源HUB相连的设备可 以直接利用它来供电。另外的两根是数据线,数据线是单工的,在整个的一个系统中的数据速率是一定的,要么是高速,要么是低速,没有一个可以中间变速的设备 来实现数据码流的变速.在这一点上,USB和1394有明显的差别。
USB的总线可以在不使用的时候被挂起,这样一来就可以节约能源。
在有些时候的总线还有可能挡机(stall),比如说象数据传送的时候突然被打断，这个时候通过host的重新配置可以实现总线的重新工作。

低层协议
USB的物理协议规定了大多数的在总线上的数据格式，通常一个全速的数据桢可以最多有的1500bytes,而对于低速的桢最多有187bytes。
桢通常是用来分配带宽给不同的数据传送方式。同时由于桢结构的规律性，桢的这种特性也可以用来做同步信号来使用。
一个最小的USB的数据块叫做包(packet)，包包括同步信号，包标识（packet ID)，CRC和传送的数据。Packet ID共有以下十种：
token OUT IN SOF SETUP
data DATA0 DATA1
handshake ACK NAK STALL
special PRE