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文档简介
第1章绪论1.1USB简介USB是由世界著名计算机和通信公司等共同推出的新一代接口标准,全称为UniversalSerialBus(通用串行总线)[1],是一种快速、灵活的总线接口。它是为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串行通信标准。USB应用十分广泛,并具有下述优点:1、适用于多种外设,使它不需要为不同的外设准备不同的接口和协议;2、Windows能自动检测到USB设备的热插拔,并自动配置;3、PC机上的接口线非常紧缺,而USB设备并不需要用户设置端口故无论从用户使用方便性,或从对资源的占用方面看,USB都很优秀;4、当接入一个USB设备时,全速USB接口可达12Mbit/s。考虑到状态、控制和出错信息,最大理论速度仍可达到9.6Mbit/s,这是其他串行接口协议所不能比拟的,且USB也支持1.5Mbit/s的低速传输。5、USB接口芯片价格低廉,这也大大促进USB设备的开发与应用。在USB出现之前,计算机典型接口有并行口、串行口、鼠标口、键盘口、显示器口,及各种卡式接口等,与这些接口对应的有各种不同的电缆,在传输速度方面,这些接口都存在速度偏低的问题。在技术方面,这种设计容易产生I/O冲突,中断不够用,以及对于每一种新的外设都必须设计新的接口卡等缺点。当今的计算机外部设备,都在追求高速度和高通用性。USB接口适应了这种要求,并以其速度快、使用方便、成本低等优点,迅速得到了众多PC厂商和半导体厂商的大力支持,外设向USB过度成为必然趋势。1.2USB驱动程序的意义如果PC主机不知道如何与USB外设通信,那么这个USB外设一点用处都没有,人机接口设备(HID)[2]类是Windows完全支持的USB设备类型中的一种,应用程序可以使用操作系统内设置的驱动与HID通信,但与HID通信不像打开一个端口,设定几个参数,然后就可以读写数据那么简单,在应用程序能与HID交换数据之前,它先要找到设备,获取有关它的报告信息。为做到这些,应用程序必须通过访问通信API函数,使位于上层的应用程序与位于下层的设备驱动程序进行数据交换。应用程序可以使用任何能访问API函数的程序语言,VC++是一种能访问API函数的功能强大的语言,因此,我们应用VisualC++6.0环境下编写与USB设备通信的Windows程序。1.3VC++软件的介绍应用基于MFCAppWizard的应用程序。MFC(MicrosoftFoundationClassLibrary)中的各种类结合起来构成了一个应用程序框架,它的目的就是在此基础上来建立Windows下的应用程序,这是一种相对SDK来说更为简单的方法。因为总体上,MFC框架定义了应用程序的轮廓,并提供了用户接口的标准实现方法,要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填入这个轮廓。MicrosoftVisualC++提供了相应的工具来完成这个工作:AppWizard可以用来生成初步的框架文件(代码和资源等);资源编辑器用于帮助直观地设计用户接口;ClassWizard用来协助添加代码到框架文件;最后,编译,则通过类库实现了应用程序特定的逻辑。1.4系统方案设计上位机界面应用VC++6.0软件来编写,为了简单适用,在创建工程时采用对话框类型。一个好的应用程序首先要有好的用户界面,看起来赏心悦目,使用起来简单、方便。显示界面上的各个元素需要和USB设备上的元件摆放位置相对应。把要完成的一系列功能的显示元素分成不同的模块来进行程序的编写,每一个模块分别完成一种功能,这样既方便检查程序,也方便在通信发生错误时的对错误进行分析。为了实现PC机对USB设备的识别,上位机端需要有一个USB设备的驱动程序来识别和支持USB设备,否则PC机将无法识别USB设备。这里选用DriverStudio软件来编写,它能生成一个简单的驱动程序的框架,根据需要,可以在此基础上进行更深层的开发。1.5预期结果通过上位机软件和驱动程序的编写实现以下功能:膊1炒、完京成上醋位机呈软件洞的编诚写,革并可聪以在肌设备兔没有果连接块时显叙示连飘接错甩误。舅2尝、完两成驱梨动程翅序的庭编写怎,实夺现上谎位机帆能发药现楚US去B秩设备械,并菠使上术位机喊能正晋确配来置设灶备。厘同时荣在芹显示物界面茂上显感示劈出世找到叠设备共。庄3床、实陈现双岗向传茧输。商在上稍位机抄软件宝中可歪以控禁制挽US激B翼设备浴中的断相应轰显示蚂,同腐时可年以接篮收到冒US觉B拌设备述传回诱的消慨息,垄并在酒显示垂界面裹上显它示。腿达到喜一个况PC桐机与斑US呢B吴设备踢信息作的交框互,似完成葬通信居。无4义、利绸用天VC让编程圆实现菌对计医算机匆底层说硬件蜘的操剂作,垂培养漆在此岂方面结工程匹开发想的能彼力。里第2责章厦US汽B协膜议虑2.诊1低US开B叨系统印的使闪用分济类及玻系统橡的描览述该US嫁B露设计弱的初薯衷是谦针对劲桌面伸电脑想而不收是应晚用于劝可移详动的屡环境顿下的舅。软晌件体取系通听过对萌各种蚕主机苏控制即器提南供支陆持以嚼保证粪将来母对淋US万B河的扩誓充粗[3隙]泪。朋US焰B痛是一芬种电旷缆总虾线,泛支持猜在主菊机和竞各式抛各样集的即裙插即刑用的牌外设乞之间京进行器数据灭传输歪。由痛主机评预定焰的标俘准的防协议仗使各棕种设误备分破享腰US软B序带宽还,当职其它犁设备匙和主缺机在盒运行把时,款总线区允许巴添加顾、设汽置、赌使用孙以及愿拆除慎外设快。石US土B螺系统书的描茅述称:五一个藏US剩B咬系统尖主要远被定驰义为球三个限部分骆:紫US撕B花的互煤连瓣、硬US售B保的设饲备汤、榴US御B广的主亏机。石US缓B疮的互恰连是败指赔US疮B吓设备鸭与主港机之顾间进筑行连紧接和枣通信池的操国作,飘主要鹅包括狗以下药几方脏面:掘(士1减)总汪线的暑拓扑太结构讲:辱US蓬B葡设备塘与主流机之汤间的鹊各种孕连接斗方式挣;言(闸2米)内飘部层灰次关宏系:缩根据董性能沫叠置接,活US装B猪的任阶务被压分配翁到系怒统的锋每一驶个层提次;蜻(堡3亮)数仆据流四模式插:描难述了喉数据逼在系幕统中链通过铺US炊B志从产望生方统到使苦用方辅的流替动方橡式;垂(贯4甩)级US各B立的调哭度:源US陪B王提供锹了一暑个共缝享的遥连接蹦。对虹可以猛使用寸的连章接进欲行了苗调度主以支遍持同腥步数源据传瓶输,电并且侄避免伞的优扣先级咏判别机的开榨销。宅US伐B莫的设炎备如释下所固示界:管(姜1统)网国络集越线器慢,向北US南B隆提供僵了更聚多的待连接挨点涨;极(幅2拣)功岂能器眠件:摔为系制统提塌供具痒体功泪能,喷如梦IS尝DN辨的连揪接,肠数字拼的游或戏杆级或扬老声器之。碧US洒B登设备沾提供份的送US挑B模标准引接口久的主完要依若据:衫(躲1百)对末US倾B两协议厚的运挎用;得(旷2约)对全标准支US患B晃操作扎的反怒馈,丝如设智置和讨复位预;旷(馋3剃)标弃准性那能的焰描述推性信营息;顺US身B粥传输末方式焦:喷US荒B柳总线争属一夸种轮擦讯方尺式的尘总线灵,度主机弯控制陪端口徐初始虚化所微有的诊数据氧传输速。搁每一杜总线表执行坡动作轮最多良传送淹三个铃数据果包。介按照坝传输毫前制予定好虹的原屋则鼠,蕉在每狱次传向送开粗始时衫,主燃机控厅制器惊发送岁一个猎描述岗传输玉运作幕的种岸类、眠方向春,她US欲B猎设备泊地址雁和终渔端号僻的徒US模B姥数据摩包,只这个痰数据甚包通男常称超为标商志包咳(t刊ok钩en毫p剩ac玩ke追t)离。宁US厉B驴设备榨从解害码后华的数者据包机的适记当位妄置取纱出属呀于自泛己的佳数据亡。数于据传煌输方陡向不减是从炭主机袍到设搞备就壳是从仍设备爷到主盘机。夫在传堆输开象始时扁,由爸标志日包来镜标志检数据延的传隐输方德向,帝然后轻发送沙端开草始发惧送包悼含信剧息的快数据漂包或要表明剑没有淡数据折传送况。接设收端斩也要蚁相应柜发送近一个道握手状的数项据包共表明某是否裁传送嗓成功墓。发搏送端眠和接并收端梁之间跟的颈US抓B壮数据渠传输甲,在躺主机土和设扣备的为端口拐之间缺,可编视为削一个枯通道钻。存炉在两两种类饿型的件通道拴:流午和消庭息。闭流的副数据坛不像制消息怪的数寄据,鉴它没彩有造US误B驳所定篮义的欢结构鲁,而排且通驾道与澡数据疲带宽落、传忌送服非务类柿型,列端口构特性筝(如汤方向狼和缓猛冲区莲大小扶)有馅关。丑US鼓B篇中有仇一个蓝特殊旨的通幻道哭——植缺省屈控制炉通道落,它液属于汤消息汽通道旁,当来设备夸一启筝动即谣存在腹,从鬼而为腾设备哗的设块置、贺查询念状况驾和输女入控染制信初息提臣供一兔个入良口。口2姨.2投US背B物诸理接别口的鹊电器溜特性暑2贯.2禽.1舍US嘱B物押理接吧口亲US侄B怪传送洪信号煎和电滑源是捞通过眨一种季四线蹈的电石缆,驼两根窃线是箭用于跨发送位信号困。存臭在两碗种数协据传粪输率戒:具图例2.梅1林US占B此物理蜘接口日(吉1怀)激US疾B诱的高普速信唇号的爪比特妙率定联为住12距M昨bp达s盈;糟(障2据)低建速信乡号传宏送的炭模式圾定为惊1.董5M席bp顽s同;朵电缆评中包逢括稀VB挺US跨、杨GN院D依二条壁线,卫向设锻备提屿供电牙源。禾VB轰US膀使用犬+5辫V美电源拾。临US提B须对电键缆长继度的握要求谎很宽颠,最歌长可社为几秋米。疤通过蓄选择键合适汇的导枯线长匹度以里匹配鸡指定衬的置IR花d造ro仇p裕和其辜它一卡些特犁性,辞如设咸备能渗源预颤算和宫电缆蛙适应为度。盲为了丘保证窗足够探的输并入电酒压和终终端唤阻抗顾。重孔要的趋终端鲜设备让应位幅于电杠缆的狐尾部联。在避每个扑端口里都可差检测会终端殊是否鸽连接图或分蝴离,河并区法分出亲高速遥,或险低速沟设备雅。荒2.皇2.开2漏电源改主要镇包括摧两方窃面:样(悉1蔬)电江源分伐配:裁即傲US占B产的设拦备如著何通凳过念US春B厘分配卡得到系由主衡计算那机提软供的咐能源乞。每刺个次U改SB嗽单元朵通过躁电缆胸只能请提供老有限舅的能陵源。银主机唐对那曾种直兔接相疑连的柿US物B请设备像提供碎电源炕供其持使用适。并士且每划个云US限B芳设备抽都可疗能有阁自己崇的电花源。盈那些卧完全母依靠倘电缆此提供虽能源膝的设乏备称猜作朴“春总线肿供能捡”钟设备追。相律反,译那些哑可选鄙择能可源来束源的煌设备姿称作话“室自供驴电胃”较设备崖。而肆且,己集线议器也包可由贡与之坦相连酱的奏US弹B遍设备浑提供镇电源闪。竟(膏2贝)电熊源管辅理:供即通傲过电舟源管帮理系挣统,匹US东B规的系捕统软疏件和里设备叮如何闸与主迅机协考调工谅作。命US昌B高主机浇与绣US紧B泉系统诵有相拆互独位立的艰电源宿管理附系统鸦。春US库B崭的系朝统软喘件可保以与岸主机录的能笋源管芦理系发统结绵合共放同处产理各险种电咬子元遇件如阳挂起猜、唤抬醒,级并且物有特环色的浮是,哗US各B武设备总应用鹊特有书的电但源管安理特旦性,遵可让太系统遇软件艳和控收制其备电源缘管理籍。伤2.洗2.趁3默总线专协议教主机轰控制录端口向初始辽化所脏有的酿数据她传输尊。每种一总深线执均行动圾作最波多传阀送三掏个数榜据包肆。按悼照传枪输前当制定巾好的杂原则稠,在裳每次蠢传送凤开始猛时,扑主机裕控制做器发读送一艳个描秃述传欺输运陈作的掀种类拦、方峡向,牧US过B炕设备泪地址抄和终卸端号占的推US省B殿数据稿包,搬这个舒数据冻包通欢常称尿为标要志包涝(t讨ok矩en柴p籍ac氏ke罢t)否。略US两B社设备锅从解锤码后始的数料据包援的适陶当位不置取觉出属拾于自鸦己的腊数据燥。数泽据传毙输方风向不葱是从展主机甲到设降备就溪是从蓄设备刊到主涌机。毫在传茂输开外始时伏,由享标志剥包来絮标志暗数据气的传蚂输方卸向,疗然后姿发送掏端开逢始发精送包困含信亦息的刊数据帜包或丝表明贪没有玻数据逗传送祸。接饱收端偶也要荒相应加发送婆一个笼握手棉的数叨据包炒表明边是否库传送略成功颗。发纪送端唉和接锋收端核之间形的姑US干B齿数据挺传输促,在圾主机寻和设负备的借端口瓶之间帆,可允视为隔一个特通道锁。存叶在两晓种类迎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