02_USB系统硬件框架和软件框架#

参考资料：

  • 《圈圈教你玩USB》

  • 官网：https://www.usb.org/documents image-20220721151007143

  • 从官网下载后解压，可以得到如下文件(放在GIT仓库里了) image-20220721152136238

1. 实验现象#

现象：把USB设备比如Android手机接到PC

  • 右下角弹出”发现android phone”

  • 跳出一个对话框，提示你安装驱动程序

问1：USB设备插到电脑上去，接触到的对方设备是什么？

答1：是USB控制器，是USB控制器内嵌的root hub

问2. 既然还没有”驱动程序”，为何能知道是”android phone” 答2. windows里已经有了USB的总线驱动程序，接入USB设备后，是”总线驱动程序”知道你是”android phone” 提示你安装的是”设备驱动程序”。 USB总线驱动程序负责：识别USB设备, 给USB设备找到对应的驱动程序

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问3. 为什么一接入USB设备，PC机就能发现它？ 答3. PC的USB口内部，D-和D+接有15K的下拉电阻，未接USB设备时为低电平 USB设备的USB口内部，D-或D+接有1.5K的上拉电阻；它一接入PC，就会把PC USB口的D-或D+拉高，从硬件的角度通知PC有新设备接入。

问4. USB设备种类非常多，为什么一接入电脑，就能识别出来它的种类？ 答4. PC和USB设备都得遵守一些规范。比如：USB设备接入电脑后，PC机会发出”你是什么”？USB设备就必须回答”我是xxx”, 并且回答的格式是固定的。USB总线驱动程序会发出某些命令想获取设备信息(描述符)，USB设备必须返回”描述符”给PC。

问5. PC机上接有非常多的USB设备，怎么分辨它们？ 答5. 每一个USB设备接入PC时，USB总线驱动程序都会给它分配一个编号。PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)。

问6. USB设备刚接入PC时，还没有编号；那么PC怎么把”分配的编号”告诉它？ 答6. 新接入的USB设备的默认编号是0，在未分配新编号前，PC使用0编号和它通信。

2. 硬件框架#

在USB系统中，有2个硬件概念：

  • USB Host：它跟处理器相连，处理器通过USB Host跟各类USB设备通信。USB Host中集成有一个root hub

  • USB Device：这分为两类设备

    • Hub：用来扩展USB接口

    • Function：就是普通的USB设备，比如U盘、声卡等

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3. 软件框架#

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APP可以通过USB设备驱动程序访问USB设备， 也可以绕过USB设备驱动，直接通过USB控制器驱动访问USB设备。