飞思卡尔8位单片机MC9S84USB接口ppt课件.ppt
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1、第十四章 USB接口,主要内容 USB通信基本知识概要 USB的通讯协议 USB模块的编程方法,嵌入式应用技术基础教程课件,14.1 USB通信基本知识概要,14.1 USB通信基本知识概要,14.1.1 有关基本概念(1)差分信号技术 差分信号技术的特点:使用两条线路表达一个比特位,即用两条线路传输信号的压差作为判断1还是0的依据。其优点是具有极强的抗干扰性。倘若遭受外界强烈干扰,两条线路对应的电平同样会出现大幅度提升或降低的情况,但二者的电平改变方向和幅度几乎相同,电压差值就可始终保持相对稳定,因此数据的准确性并不会因干扰噪声而有所降低。,嵌入式应用技术基础教程课件,14.1 USB通信基
2、本知识概要,(2)USB通信的格式,嵌入式应用技术基础教程课件,14.1 USB通信基本知识概要,(3)USB总线接口,嵌入式应用技术基础教程课件,总线接口的功能除了传送和接收数据信号以外,逻辑上还包括识别设备的当前惟一地址。设备的地址是在设备插入到总线上时,由USB主机分配的,范围从0127,其中0为所有的设备在没有分配惟一地址时使用的默认地址。当总线上有包传输时,设备的总线接口收到此包,通过解析其中的设备地址判断此包是否发送给自己的,如果不是则忽略此包,否则判断此包是发送给哪个端点的,并将整理后的包传送到上面的协议层的相应端点。,14.1 USB通信基本知识概要,(4)USB设备的端点,嵌
3、入式应用技术基础教程课件,所有的传输都是传送到一个设备端点(device endpoint),或是由一个设备端点发出。通常设备端点是内存的一个区块,或是控制器芯片内的一个缓存器,用来作为数据的缓冲区。存储在设备端点的可能是接收到的数据,或是等待要送出的数据。主机也有接收与传送数据的缓冲区,不过主机并没有端点,而是当作与设备端点通信的出发点(starting point)。每一个设备的惟一地址,有一个端点号码以及方向。端点号码可以是015。方向如果是输入(IN),表示流向主机,如果是输出(OUT),表示流出主机。如果是作为控制传输的端点,必须设置成双向传输,所以每个端点会有一对输入与输出端点,来
4、分享同一个端点号码。每个设备都必须将端点0设置成控制端点。除此之外,很少需要额外的控制端点。,14.1 USB通信基本知识概要,(5)USB接口(功能接口),嵌入式应用技术基础教程课件,由一组端点组成,用来完成特定的功能。每个设备可以同时提供多个功能接口,如打印机和扫描仪等。USB主机端为每个接口提供了一个客户端驱动程序,驱动程序和接口之间通过交互完成了有特定意义的数据传输。,14.1 USB通信基本知识概要,14.1.2 USB总线标准,USB连接头有两种类型:A型连接头、B型连接头。具体形状如右图。每个连接头内拥有4个引脚:其中2个用作传递差动数据,其余2个为USB设备提供电源。这4条内含
5、于USB缆线的电线的线规以及颜色如下表。,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,14.2 USB的通讯协议,14.2 USB的通讯协议,14.2.1 包 包(Packet)是USB系统中信息传输的基本单元,所有数据都是经过打包后在总线上传输的。USB包由五部分组成,即同步字段(SYNC)、包标识符字段(PID)、数据字段、循环冗余校验字段(CRC)和包结尾字段(EOP),包的基本格式如下图:,嵌入式应用技术基础教程课件,1、SYNC字段由8位组成,作为每个数据封包的前导,用来产生同步作用,使USB设备与总线的包传输率同步,它的数值固定为00000001。2、PID字段用来表示数据封包的类型。PID
6、字段如下图所示:,14.2 USB的通讯协议,各种封包的类型与规范,嵌入式应用技术基础教程课件,14.2 USB的通讯协议,14.2.1 包,3、数据字段是用来携带主机与设备之间要传递的信息,其内容和长度根据包标识符、传输类型的不同而各不相同。并非所有的USB包都必须有数据字段,例如握手包、专用包和SOF令牌包就没有数据字段。在USB包中,数据字段可以包含设备地址、端点号、帧序列号以及数据等内容。在总线传输中,总是首先传输字节的最低位,最后传输字节的最高位。4、CRC字段由不同数目的位所组成。其中重要的数据封包采用CRC16的数据域(16个位),而其余的封包类型则采用CRC5的数据域(5个位)
7、。5、包结尾字段即发送方在包的结尾发出包结尾信号。它表现为差分线路的两根数据线保持2比特低位时间和1比特空闲位时间。USB主机根据EOP判断数据包的结束。,嵌入式应用技术基础教程课件,14.2 USB的通讯协议,14.2.2 封包格式,起始(SOF)封包SOF封包属于令牌封包的一种,但具有独自的PID类型名:SOF。这个封包常用于等时传输,并不应用于低速设备。格式如下:,嵌入式应用技术基础教程课件,令牌(token)封包由于USB的数据交换是由PC主机端所激活的,所以在每一个数据交换中必须以SYNC、PID、ADDR、ENDP与CRC5这5个数据域组合而成的令牌封包为起始。格式如下:,14.2
8、 USB的通讯协议,数据(data)封包,数据封包含有4个域:SYNC、PID、DATA与CRC16。DATA数据域的位值是根据USB设备的传输速度及传输类型而定,且须以8字节为基本单位。也就是,若传输的数据不足8字节,或传输到最后所剩余的也不足8字节,仍须传输8字节的数据域。格式如下:,嵌入式应用技术基础教程课件,握手(Handshake)封包握手封包仅包含SYNC和一个PID数据域,格式如下:,特殊(special)封包PRE是主机从高速传输变成低速传输时送来的封包。格式如下:,14.2 USB的通讯协议,事务处理(Transaction):在USB上数据信息的一次接收或发送的处理过程。(
9、1)输入(IN)事务处理输入事务处理表示USB主机从总线上的某个USB设备接收一个数据包的过程。正常的输入事务处理设备忙时的输入事务处理 设备出错时的输入事务处理,14.2.3 事务,嵌入式应用技术基础教程课件,14.2 USB的通讯协议,正常的输出事务处理,(2)输出(OUT)事务处理,嵌入式应用技术基础教程课件,设备忙时的输出事务处理,设备出错时的输入事务处理,14.2 USB的通讯协议,正常的设置事务处理,(3)设置(SETUP)事务处理,嵌入式应用技术基础教程课件,设备忙时的设置事务处理,设备出错时的设置事务处理,(4)帧起始(SOF)事务处理(5)帧结束(EOF)事务处理,14.2
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