16、USB设备驱动：原理、开发与实践

USB设备驱动：原理、开发与实践

1. USB基础概述

USB（通用串行总线）是一种低成本的串行接口解决方案，由USB主机提供总线电源，可支持各种外围设备。最初的USB总线速度有低速（1.5 Mbps）、全速（12 Mbps）和高速（480 Mbps），随着USB 3.0规范的出现，超高速被定义为4.8 Gbps。不同速度下的最大数据吞吐量有所不同，且会受到软件处理、同一总线上其他USB带宽利用率等多种因素的影响。

USB的一大优势是支持动态连接和移除，即“即插即用”。连接USB外围设备后，主机和设备会自动将设备状态从连接状态依次推进到通电、默认、寻址，最终到配置状态。此外，所有设备都必须支持低功耗的挂起状态，这也是USB的一个优点。

2. USB 2.0规范与拓扑结构

本文主要关注USB 2.0规范，它包含低速、全速和高速设备规范。符合USB 2.0规范的外围设备不一定是高速设备，但宣称支持USB 2.0的集线器必须具备高速能力。USB 2.0设备可以是高速、全速或低速设备。

USB设备分为集线器（提供额外的下游连接点）和功能设备（为系统提供特定功能）。USB物理互连采用分层星型拓扑结构，从第1层的主机和“根集线器”开始，最多支持7层，总共可连接127个设备。第2层到第6层可能有一个或多个集线器设备，以支持与下一层的通信，但复合设备（兼具集线器和外围设备功能）不能位于第7层。

所有USB 2.0（最高到高速）设备通过一个简单的4线接口实现物理互连，包括双向差分数据（D+和D-）、电源（VBUS，标称值为+5V）和接地。主机端口和下游集线器端口使用“A型”连接器和配套插头，外围设备和集线器的上游端口使用“B型”连接器