和菜鸟一起学linux总线驱动之初识USB

    现在什么东西都用上了USB了，听着名字觉得怪怪的，拆开来看看，U，SB，貌似是骂人的话了，开个玩笑。不过这个家伙确实给我们带来很多的方便啊，什么USB鼠标啊，U盘啊，USB wifi啊，USB摄像头啊，什么电子设备都貌似可以用USB来替换掉，足见这个东西的好处和通用了。不过一直都不是很清楚这个东西，上次公司让做USB的device设备，由于硬件的总线有问题，从而没有继续下去，只是简单地看了下协议和驱动，真是有种万花丛中过，片叶不沾身呢。最近又关注了下USB，把自己看的总结下吧。

    USB就是Universal Serial Bus的简称，通用串行总线，它是一种外部总线标准。从USB1.0的1.5Mb/s到USB2.0的60Mb/s（添加了增强主控制器接口EHCI）到USB3.0的10倍于USB2.0的传输速度。

    说到USB，它的优点主要是可以支持热插拔，携带很方便，每次学校选修课讲PPT的时候，大家都是屁颠屁颠地拿着一个U盘或者SD卡或者移动硬盘到讲台，一插然后就把PPT拷出来了，然后讲完了一拔就又屁颠屁颠的回到位置上了，足可见它的方便了。还有无论你用自己的电脑也好，用其他的电脑也罢，都是通用的，足可见它的接口的标准统一了。此外，你不但可以接U盘，还可以接USB鼠标，USB摄像头等等，足可见它的可用性之强大，不过最多可以接127个设备。

    以前一直以为USB吗，就是只有U盘的那个样子了，其他的都不是很明白。看看下图吧，好多种类型的，如果要买的话，千万别买错了。

    从左到右依次是1、micro USB（公口），2、mini USB（公口），3、B型 USB（公口），4、A型 USB（母口），5、A型 USB（公口）。

    一般手机都是用的micro型的，因为手机要求越薄越好嘛，mini型的以前用的mp3啊，mp4之类的很多的，而B型的，我用过的是单片机的下载线，A型就太多了，几乎每台电脑都有的，

    其实，这都换汤不换药的，只是外形不一样了，她的结构还是就4条线（不过micro和mini都多了一根ID身份识别线），两根电源线，两根信号线。那么USB的信号是怎么传输的呢？先看看下面的两幅图吧

 

                                      高速设备电缆和电阻的连接

低速设备电缆和电阻的连接

    由上图可以看到，USB主机或Hub的下行端口的差模信号线D+和D-上均连接有一个下拉电阻，即图中所示的R1，其阻值为15kΩ。R1一端连接到D+或D-，另一端接地。这样，当该端口没有连接任何USB设备时，D+和D-信号线上的电平都恒为0。另一方面，看到设备端的D+和D-信号线的其中一根线上连接有上拉电阻，即R2，其阻值为 1.5kΩ。这里，需要特别注意的是，对于全速设备，这个上拉电阻R2是连接在D+信号线上的；而对于低速设备，R2则是连接在D-信号线上的。这也是USB主机识别设备速度的一个重要指标。这个上拉电阻一端连接在信号线上,另一端连接电源。

    为了防止出现长时间的0或者1(这样不利于时钟信号的提取)，在发送数据前要经过位填充处理。然后再将数据串行化，发送到数据线上，由两根数据线的差分值来表示0或者1。而在接收端，则刚好是相反的过程。接收端采样数据线，将数据并行化，并同时去掉未填充，然后解析数据。通常，我们使用现成的USB芯片，像位填充，串行化这些芯片内部的硬件已经帮我们做好了，因此通常我们并不用关心这些细节。在设备接收数据时，芯片的串行接口引擎(SIE)会接收属于自己地址的数据，并根据相应的端口号，放到相应的缓冲区内，并返回ACK给主机进行确认，然后产生中断请求，通知我们的程序，已经收到数据包了。在我们还未处理完缓冲区的数据之前，如果再收到对该端点的输出请求，USB芯片将会使用NAK返回，告诉主机端点现在忙，主机检测到NAK后，过段时间会重试输出数据，直到超时为止；发送数据时，用户将数据写入USB芯片的缓冲区，并通知USB芯片缓冲区内数据可用，然后USB芯片检测到主机请求对应的端点输入时，它就会将数据返回，数据发送完毕并收到主机的ACK确认之后，产生中断请求通知应用程序数据已经发送完毕。如果USB芯片已经收到了输入请求，但是用户程序还未填充好缓冲区，它也会用NAK返回，告诉主机数据还未准备好。主机收到NAK后，过段时间会重试，直到超时为止。

    在包传送时，USB使用一种NRII(None Return Zero Invert，即无回零反向码)编码方案。对于USB的电气特性就差不多了，毕竟不是搞USB硬件的总线的，偶们是实现linux下的USB驱动的，稍微小小了解下有这么一回事就好。