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目录1

第1章USB简介1

1.1 旧系统的缺点1

1.1.1很难与电话互联1

1.1.2操作使用不便2

1.1.3系统扩展性差2

1.2 USB的优缺点2

1.2.1 实用性2

1.2.2数据传输3

1.2.3系统结构4

1.2.4低功耗设计5

1.2.5系统兼容性5

1.2.6体系结构的扩充性6

1.2.7软件驱动6

1.3 USB各组件简介6

1.3.1 USB连线6

1.3.2 USB集线器7

1.3.3功能部件7

1.5 USB与RS-232的比较8

1.5.1 物理连接8

1.4 USB主机8

1.5.2传输时序9

1.5.3驱动程序9

1.6 USB与IEEE-1394的比较10

1.7 USB的主要应用11

1.7.1应用范围11

1.7.2与计算机相关的典型应用12

1.7.3与计算机无关的典型应用12

1.8.1 USB基本规范14

1.8.2 USB设备类规范14

1.8 USB规范简介14

1.8.3 USB主机控制器规范15

1.9 USB技术的拓展15

1.9.1 PoweredUSB16

1.9.2 ExtremeUSB16

1.10 3种数据传输的比较16

1.10.1异步数据传输16

1.10.2同步数据传输16

1.10.3实时数据传输17

1.1 1本书内容简介17

第2章USB 1.1结构和属性18

2.1拓扑结构18

2.1.2 USB设备19

2.1.1 USB主机19

2.1.3 USB集线器21

2.2 USB连接器22

2.3 USB电缆23

2.4 电气特性23

2.4.1电压和电流23

2.4.2延时25

2.5信号特性29

2.5.1信号线状态29

同步的方法30

2.5.3位编码、解码和30

2.5.2信号传输的顺序30

2.5.4位填充31

2.6传输类型31

2.7传输速率33

2.8系统连接33

2.9系统供电33

第3章USB通信原理35

3.1通信的结构35

3.2传输的基本单元——包37

3.2.1编码方式37

3.2.2包的组成37

3.2.3包的类型40

3.3事务处理45

3.3.1输入（IN）事务处理46

3.3.2输出（OUT）事务处理48

3.3.3 设置（SETUP）事务处理48

3.3.4帧起始（SOF）事务处理48

3.3.5帧结尾（EOF）事务处理48

3.3.6低速事务处理49

3.3.7事务处理的特点50

3.4帧50

3.4.2帧起始（SOF）51

3.4.1帧的定义51

3.5数据传输52

3.6批量传输53

3.6.1 批量传输的事务处理过程53

3.6.2批量传输的特性55

3.6.3批量传输中数据的格式55

3.6.4批量传输管道的方向性55

3.6.5批量传输对包长度的限制55

3.6.6批量传输对总线56

访问的限制56

3.7 中断传输57

3.7.1 中断传输的事务处理过程57

3.7.2中断传输的特点58

3.7.4中断传输的方向59

3.7.5中断传输对包的59

长度的限制59

3.7.3 中断传输的数据格式59

3.7.6中断传输对总线60

访问的限制60

3.8控制传输61

3.8.1控制传输的过程61

3.8.2控制传输的特点64

3.8.6控制传输的总线65

访问的限制65

3.8.3控制传输类型的数据格式65

3.8.5控制传输包的大小的限制65

3.8.4控制传输的方向65

3.8.7控制传输的数据顺序67

3.9实时传输67

3.9.1实时传输的特点68

3.9.2实时传输的事务处理过程68

大小的限制69

3.9.5实时传输的方向69

3.9.6实时传输中包的69

3.9.3实时传输的特点69

3.9.4实时传输的数据格式69

3.9.7实时传输的总线限制70

3.10传输类型与事务处理的关系70

3.10.3实时传输和事务71

处理的关系71

处理的关系71

3.10.4控制传输和事务71

处理的关系71

3.10.2中断传输与事务71

处理的关系71

3.10.1批量传输与事务71

3.11 USB通信的健壮性72

3.11.1数据传输中的同步72

3.11.2错误检测和恢复74

3.12 USB带宽计算77

3.13 USB通信的特点78

第4章USB设备79

4.1 USB设备物理结构79

4.2 USB设备逻辑结构81

4.3 USB设备分类84

4.3.1标准类型USB设备84

4.3.2非标准类型USB设备85

4.3.3对类和厂商提供86

功能的选择86

4.4 USB描述符86

4.4.1 USB描述符的格式88

4.4.2 USB标准描述符88

4.4.3 USB设备类特定描述符99

4.4.4 USB厂商特定描述符101

4.5 USB命令101

4.5.1 USB命令的结构102

4.5.2标准命令103

4.5.3非标准的USB命令111

4.6设备的状态机112

4.7设备的配置和管理114

4.7.1总线枚举115

4.7.2设备类配置115

4.7.3定位相关设备驱动程序116

4.7.4设备拔下117

第5章USB集线器118

5.1 USB集线器的结构118

5.1.1集线器的外部结构118

5.1.2集线器的内部结构119

5.2.1 设备扩展120

5.2 USB集线器功能描述120

5.2.2 电源管理121

5.2.3错误诊断和恢复122

5.2.4全速／低速设备支持122

5.2.5 对设备连接／断开的处理124

5.2.6集线器的挂起125

和恢复功能125

5.3 USB集线器数据流处理126

5.4 USB集线器设备类129

5.4.1集线器描述符129

5.4.2集线器支持的命令132

6.1.1 USB主机端构成141

第6章USB主机141

6.1 USB主机概况141

6.1.2主机与设备接口的通信143

6.2主机控制器143

6.2.1主机控制器结构143

6.2.2主机控制器功能144

6.3主机端软件146

6.3.1 USB主机端软件结构146

6.3.2软件的功能148

程序（HCD）149

6.3.4 USB驱动（USBD）149

6.3.3主机控制器驱动149

第7章USB 1.1 HC规范157

7.1 OHCI规范157

7.1.1 OHCI的结构157

7.1.2对数据结构的分析162

7.1.3对控制器驱动程序的分析167

7.1.4对控制器硬件功能的分析170

7.1.5 OHCI的寄存器信息172

7.2 UHCI规范183

7.2.2 UHCI数据结构简介184

7.2.1 UHCI数据传输简介184

7.2.3 UHCI在带宽分配186

7.2.4 UHCI根集线器187

7.2.5 UHCI控制器寄存器187

7.2.6 UHCI PCI配置寄存器192

7.3 OHCI与UHCI的比较193

第8章USB系统开发194

8.1硬件结构194

8.2硬件器件介绍196

8.2.1主机控制器196

8.2.2集线器196

8.2.4 USB控制器197

8.2.3 USB接口器件197

8.2.5 USB电源管理198

8.2.6特殊功能的USB器件198

8.3软件结构200

8.4设计开发过程201

8.4.1 USB设备开发过程201

8.4.2 USB主机开发过程204

8.5 USB测试工具简介205

第9章USB设备开发示例207

9.1系统分析207

9.1.1 PDIUSBD11硬件介绍207

9.1.2 PS/2接口简介211

9.2硬件设计213

9.3软件设计214

9.3.1软件结构214

9.3.2 PS2-USB设备通信管道215

9.3.3 PS2-USB设备描述符定义215

9.3.4 PS2-USB设备支持的请求218

9.3.5 PS2-USB软件流程图描述220

9.4系统集成与测试225

9.4.1测试环境225

9.4.2测试内容225

10.1.1 SL811HS特点227

第10章USB主机开发示例227

10.1 SL811HS简介227

10.1.2 SL811HS结构228

10.1.3 SL811HS寄存器229

10.2硬件设计231

10.2.1 CPU选择231

10.2.2 RAM/ROM选择231

10.2.3 USB接口231

10.3软件设计233

10.3.1 SL811HS HC驱动程序233

（HCD）结构233

10.3.2 USBD接口模块234

10.3.3 SL811HS读写操作模块235

10.3.4 HCD初始化模块236

10.3.5根集线器模块236

10.3.6数据传输模块240

10.3.7 中断管理模块241

10.3.8 USBD241

10.3.9集线器及其他设备241

驱动程序241

10.4系统测试241

10.4.1测试环境241

10.4.4 HC/HCD测试242

10.4.2测试步骤242

10.4.3测试设备242

10.4.5 USBD测试243

10.4.6集线器驱动程序测试243

10.4.7其他设备驱动程序测试243

第11章Linux USB子系统244

11.1 USB系统的软件结构244

1 1.1.1 USB协议的设计思想244

11.1.2 USB系统的体系结构244

结构的比较245

11.1.3主机端和设备端的软件245

11.1.4主机端的软件结构246

11.2 Linux中USB子系统247

11.2.1 USB子系统的结构247

11.2.2 USB文件系统247

11.2.3 USB的代码文件结构248

11.3对USB内核的分析250

11.3.1主要数据结构250

11.3.2 USB内核所提供的功能255

11.4对HC驱动的支持265

11.4.1 HCD的实现思路265

11.4.2 OHC Driver的实现267

11.5.1对集线器的驱动程序273

的分析273

11.5 USB客户端驱动程序的分析273

11.5.2对打印机的驱动程序276

的分析276

第12章USB 2.0简介280

12.1 USB 2.0物理结构280

12.1.1总线拓扑结构280

12.1.3数据传输281

12.1.4 USB 2.0标志281

12.1.2系统物理连线281

12.1.5 USB 2.0系统组件282

12.1.6 USB 2.0应用282

12.2 USB 2.0电气信号特征282

12.2.1数据编码282

12.2.2数据帧282

12.2.3高速设备检测283

12.3 USB 2.0数据传输283

12.3.1数据传输协议283

12.3.2高速传输带宽288

12.5 USB 2.0设备292

12.5.1设备限定描述符292

12.4 USB 2.0主机292

12.5.2其他速度配置描述符293

12.5.3端点描述符293

12.6 USB 2.0命令（请求字）295

12.7 USB 2.0集线器295

12.7.1 USB 2.0集线器结构296

12.7.2事务处理转换模块（TT）296

12.7.3 USB 2.0集线器标准297

描述符297

12.7.4 USB 2.0集线器类298

描述符298

12.7.5 USB 2.0集线器命令299

12.8 USB 2.0器件302

12.9 USB 2.0测试工具303

第13章EHCI简介304

13.1 EHCI结构简介304

13.2 EHCI接口描述305

13.2.1 EHCI调度数据结构306

13.2.2 EHCI根集线器306

13.2.3 EHCI PCI配置寄存器306

13.2.4 EHCI HC性能寄存器308

13.2.5 EHCI HC操作寄存器311

13.3.1 EHCI周期性帧列表316

13.3 EHCI数据结构316

133.2 EHCI异步帧列表318

13.3.3实时（高速）传输318

描述符（iTD）318

13.3.4 SPLIT事务处理实时321

传输描述符（siTD）321

13.3.5队列单元传输324

描述符（qTD）324

13.3.6 队列头（QH）326

13.3.7周期帧跨度节点FSTN329

14.1 USB OTG应用331

第14章USB OTG简介331

14.2 USB OTG机械特性332

14.3 USB集线器支持334

14.4 USB OTG外接电阻334

14.4.1 A设备335

14.4.2 B设备335

14.5 A设备与B设备的335

事件与状态图335

14.5.1 A设备事件335

14.5.2 B设备事件336

14.5.3 A设备状态图337

14.5.4 B设备状态图338

14.6.1 SRP电压339

14.6会话请求协议339

14.6.2 SRP状态转换340

14.7主机协商协议341

14.8 USB OTG描述符342

14.9 USB OTG请求343

14.9.I b_hnp_support343

14.9.2 a_hnp_support344

14.9.3 a_alt_hnp_support344

14.10 USB OTG结构344

14.11.1硬件结构345

14.11 USB OTG设计示例345

14.11.2 Vbus门槛电压实现346

14.11.3设备接口实现346

14.11.4 Vbus过流诊断347

14.11.5 Vbus控制347

附录A HID类规范348

附录B缩写及中英文对照364

附录C参考文献及相关网址367

附录D USB语言ID369

（Language Identifier）369