从零开始学USB（四、USB系统结构）

一个USB系统可以从三个定义区域来描述：

• USB互联
• USB设备
• USB主机

USB互连是USB设备与USB主机连接和通信的方式。 这包括以下内容：

总线拓扑：USB设备与主机之间的连接模型。
层间关系：USB在系统中的每一层都要完成一定的任务。
数据流模型：数据在生产者之间通过USB在系统中移动的方式和消费者。
任务规划：USB提供可以共享的互连机制。通过规划对互连机制的访问，可以支持同步 

1.总线拓扑结构

USB设备和USB主机通过USB总线连接。USB的物理连接是一个星型结构，集线器（HUB）位于每个星形结构的中心，每一段都是主机和某个集线器，或某一功能设备之间的一个点到点的连接，也可以是一个集线器或功能模块之间的点到点的连接。

上图给出了USB的拓扑结构。

由于时间限制允许集线器和电缆传播时间，最大层数允许为7（包括根层）。

请注意，在七层中，主机和任何设备之间的通信路径中最多可以支持五个非根集线器。

Host端有一个Root Hub，可提供一个或多个USB下行端口，每个端口可以连接一个USB Hub或一个USB Device。USB Hub，是用于USB 端口扩展的，即USB Hub可以将一个USB端口扩展为多个端口，图1中的每个Func(Function)就是一个USB Device，如USB键盘，USB鼠标，USB MODEM，USB硬盘等等。

Compound Device是指带一个Hub和一个或多个不可删除的USB Device的复合设备，一个USB系统可连接多达127个Function。

 

USB主机（USB Host）：任何USB系统中只有一个主机。 主机系统的USB接口称为主机控制器。 主机控制器可以以硬件，固件或的组合来实现软件。 根集线器集成在主机系统内以提供一个或多个端点。PC端的USB都是Host，所以将两台PC的USB口通过A-A USB电缆连接起来，是不能实现通信，如果将两个host连起来通信，这样一来的一个USB的系统有了两个的host，与它的网络协议冲突。此处，OTG引入了一个新的概念，HNP（Host Negotiation Protocol），主机协商协议，允许两个设备之间互相协商谁去当Host。不过，即使在OTG中，也只是同一时刻，只存在单个的Host，而不允许存在多个Host的。

USB设备：

• 集线器：提供可以访问USB总线的更多的接入点。
• 功能部件：向系统提供特定的功能，如鼠标，键盘，音响等。

当然，一个USB设备要能正常工作，必须满足一下条件：

1. 支持USB协议
2. 可以对诸如配置和复位等标准的USB操作做出相应
3. 具有标准的描述消息

注意：一个USB系统只能有一个USB主控制器，用8位地址表示下面的USB设备， 一共128个地址。但是USB主控制器下面必须带一个Root Hub, hub也算一个设备，换句话说， 还剩下 127个地址给用户。