USB的总线结构

USB的总线结构是采用阶梯式星形（tiered star）的拓扑（topology）结构，如图1和图2所示。每一个星形的中心是集线器，而每一个设备可以通过集线器上的接口来加以连接。从图中可以看到USB的设各包含了两种类型：USB集线器与USB设各。位于最顶端的就是Host（主机端）。从Host的联机往下连接至Hub（集线器），再由集线器按阶梯式以一层或一阶的方式往下扩展出去，连接在下一层的设各或另一个集线器上。事实上，集线器也可视为一种设各。而其中最大层数为6层（包括计算机内部的根集线器）。每一个星形的外接点的数目可加以变化，一般集线器具有2、4或7个接口。

　　图1 USB总线的阶梯式星形结构

　　图2 USB总线的拓扑结构

　　在此的主机端通常是指PC主机。当然，主机端因具有根集线器，因此也含有集线器的功能。而集线器是在USB规范中特别定义出来的外围设备，除了扩增系统的连接点外，还负责中继（repeat）上端／下端的信号以及控制各个下端端口的电源管理。至于另一个设备，即是用户常见的外围设各。但在USB规范书中，称这种设各为“功能”（functiONs），意味着此系统提供了某些“能力”，例如具有键盘或鼠标等功能。当然不同的外围设各可以具有不同的功能。但基于使用上的习惯，用户在本书中都以设各称之。通过这种阶梯式星形的连接方式，最多可同时连接到127个设备。

　　此外，当USB 2．0与1．1的设各与集线器在一起使用时，如何才能呈现出最佳的USB 2．0高速带宽的特性？如图3所示，当USB 2．0与1．1规范的设各混合使用时，整个总线上交杂着高速／全速的设各与集线器。而如图4所示，惟有在USB 2．0集线器与USB 2．0设各的连接下，才具备高速总线带宽的特性。

　　图3 USB 1．1、USB 2．0设备与集线器－起工作的拓仆结构

　　图4 具备USB 2．0高速总线特性连接示意图

　　但用户可以试想一下，当PC主机开机前，已有一些外围设各连接上USB总线，那么PC是如何对所有连接至主机端的外围设各加以区分并寻址呢？

　　首先，PC一接上电源时，所有连接上USB的设各与集线器都会预设为地址0。此时，所有的下端端口的连接器都处于禁用且为失效的状态。然后，PC主机就会向整个USB总线查询。若发现第1个设各，比方说是鼠标，就将地址1分配给鼠标。然后再往下寻找第2个地址，且目前仍为0的设各或集线器。若发现是集线器，就将地址2分配给此集线器，并激活其所扩充的第1个下端端口的连接器。而后再沿此连接器一直往下寻找第3个地址，且仍为0的设各或集线器。这样重复地寻找与分配地址，直到所有的外围设各都赋予了新的地址，或已达到127个外围设各的极限为止。

　　这种过程类似于将各个设备分别加以列举的程序，称之为设各列举。当然，主机在配置新地址的同时，PC主机还要为每个新设各或集线器加载其所使用的驱动程序。

　　若在此时一个新的设各被接上，PC主机就会预设此设各为地址0，且PC就会确认并加载其相对应的驱动程序，并分配一个尚未使用到的新地址给它。而一旦某个设备突然被拔离后，PC可经过D＋或D-差动信号线的电压变化来检测此设各被移除掉，然后就将其地址收回，并列人可使用的地址数值中。