USB協(xié)議以及CH簡介市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

USB協(xié)議和CH375B介紹USB協(xié)議以及CH簡介第1頁USB體系介紹USB是一個支持熱插拔高速串行傳輸總線，它使用差分信號來傳輸數(shù)據(jù)，最高速度可達(dá)480Mb/S。USB支持“總線供電”和“自供電”兩種供電模式。在總線供電模式下，設(shè)備最多能夠取得500mA電流。USB2.0被設(shè)計(jì)成為向下兼容模式，當(dāng)有全速（USB1.1）或者低速（USB1.0）設(shè)備連接到高速（USB2.0）主機(jī)時，主機(jī)能夠經(jīng)過分離傳輸來支持它們。一條USB總線上，可到達(dá)最高傳輸速度等級由該總線上最慢“設(shè)備”決定，該設(shè)備包含主機(jī)、HUB以及USB功效設(shè)備。USB協(xié)議以及CH簡介第2頁USB體系包含“主機(jī)”、“設(shè)備”以及“物理連接”三個部分。其中主機(jī)是一個提供USB接口及接口管理能力硬件、軟件及固件復(fù)合體，能夠是PC，也能夠是OTG設(shè)備，一個USB系統(tǒng)中僅有一個USB主機(jī)；設(shè)備包含USB功效設(shè)備和USBHUB，最多支持127個設(shè)備；物理連接即指是USB傳輸線。在USB2.0系統(tǒng)中，要求使用屏蔽雙絞線。OTG介紹

OTG全稱是一鍵拷貝（USBOn-The-Go）USB協(xié)議以及CH簡介第3頁LOOK商標(biāo)，它采取USB2.O傳輸接口，OTG（USBOn-The-Go）是公布傳輸協(xié)議，讓兩個USB設(shè)備能夠不需要用電腦作為HOST，也能夠點(diǎn)對點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。USBOTG：USBOTG規(guī)格（USBOn-The-Go）是指:USBOTG規(guī)格是USB2.0規(guī)格補(bǔ)充。USB使用客服結(jié)構(gòu)。USBOTG產(chǎn)品能夠相互進(jìn)行通訊，而無需連接到PC機(jī)上。所以可把一個USB設(shè)備可作為一個主機(jī)，而其它則可作為終端。只有USB主機(jī)能夠包含設(shè)備驅(qū)動器和數(shù)據(jù)傳輸一些必要操控。比如，一個數(shù)碼攝像機(jī)能夠連接一個PDA，或是手機(jī)能夠連接到打印機(jī)或掃描儀中，其只要這些全部設(shè)備可與USBOTG兼容?？闯蔀榧彝ゾW(wǎng)路中PC為中心時代已遠(yuǎn)離，經(jīng)過使用便攜式設(shè)備進(jìn)行相互交流需求日益增加，USBOTG產(chǎn)品便應(yīng)運(yùn)而生。USB協(xié)議以及CH簡介第4頁HUB介紹HUB是一個多端口轉(zhuǎn)發(fā)器，當(dāng)以HUB為中心設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)中某條線路產(chǎn)生了故障，并不影響其它線路工作。USBHUB提供了一個低成本、低復(fù)雜度USB接口擴(kuò)展方法。HUB上行PORT面向HOST，下行PORT面向設(shè)備（HUB或功效設(shè)備）。在下行PORT上，HUB提供了設(shè)備連接檢測和設(shè)備移除檢測能力，并給各下行PORT供電。HUB能夠單獨(dú)使能各下行PORT，不一樣PORT能夠工作在不一樣速度等級（高速/全速/低速）。USB協(xié)議以及CH簡介第5頁USB數(shù)據(jù)傳輸方式USB采取輪詢廣播機(jī)制傳輸數(shù)據(jù)，全部傳輸都由主機(jī)發(fā)起，任何時刻整個USB體系內(nèi)僅允許一個數(shù)據(jù)包傳輸，即不一樣物理傳輸線上看到數(shù)據(jù)包都是同一被廣播數(shù)據(jù)包。USB采取“令牌包”-“數(shù)據(jù)包”-“握手包”傳輸機(jī)制，在令牌包中指定數(shù)據(jù)包去向或者起源設(shè)備地址和端點(diǎn)（Endpoint），從而確保了只有一個設(shè)備對被廣播數(shù)據(jù)包/令牌包作出響應(yīng)，“握手包”表示了傳輸成功是否。USB協(xié)議以及CH簡介第6頁管道（Pipe）是主機(jī)和設(shè)備端點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸模型，共有兩種類型管道：無格式流管道（StreamPipe）和有格式信息管道（MessagePipe）。任何USB設(shè)備一旦上電就存在一個信息管道，即默認(rèn)控制管道，USB主機(jī)經(jīng)過該管道來獲取設(shè)備描述、配置、狀態(tài)，并對設(shè)備進(jìn)行配置。USB設(shè)備連接到HOST時，HOST必須經(jīng)過默認(rèn)控制管道對其進(jìn)行枚舉，完成取得其設(shè)備描述、進(jìn)行地址分配、取得其配置描述、進(jìn)行配置等操作方可正常使用。USB設(shè)備即插即用特征即依賴于此。USB協(xié)議以及CH簡介第7頁枚舉是USB體系中一個很主要活動，由一系列標(biāo)準(zhǔn)請求組成（若設(shè)備屬于某個子類，還包含該子類定義特殊請求）。經(jīng)過枚舉HOST能夠取得設(shè)備基本描述信息，如支持USB版本、PID、VID、設(shè)備分類（Class）、供電方式、最大消耗電流、配置數(shù)量、各種類型端點(diǎn)數(shù)量及傳輸能力（最大包長度）。HOST依據(jù)PID和VID加載設(shè)備驅(qū)動程序，并對設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)配置。只有經(jīng)過枚舉設(shè)備才能正常使用。對于總線供電設(shè)備，在枚舉完成前最多可從總線獲取100mA電流。USB協(xié)議以及CH簡介第8頁P(yáng)ID和VID介紹vendor

ID

廠家ID和product

ID。

VID是要申請（當(dāng)然你也能夠隨便寫），PID是廠家自己定義USB體系傳輸類型USB體系定義了四種類型傳輸：1、控制傳輸，主要用于在設(shè)備連接時對設(shè)備進(jìn)行枚舉以及其它因設(shè)備而已特定操作。2、中止傳輸，用于對延遲要求嚴(yán)格、小量數(shù)據(jù)可靠傳輸，如鍵盤、游戲手柄等。3、批量傳輸，用于對延遲要求寬松，大量數(shù)據(jù)可靠傳輸，如U盤等。4、同時傳輸，用于對可靠性要求不高實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，如攝像頭、USB音響等。USB協(xié)議以及CH簡介第9頁USB數(shù)據(jù)流模型USB協(xié)議以及CH簡介第10頁USB體系在實(shí)現(xiàn)時采取分層結(jié)構(gòu)，如上圖所表示：在HOST端，應(yīng)用軟件（ClientSW）不能直接訪問USB總線，而必須經(jīng)過USB系統(tǒng)軟件和USB主機(jī)控制器來訪問USB總線，在USB總線上和USB設(shè)備進(jìn)行通訊。從邏輯上能夠分為功效層、設(shè)備層和總線接口層三個層次。其中功效層完成功效級描述、定義和行為；設(shè)備層則完成從功效級到傳輸級轉(zhuǎn)換，把一次功效級行為轉(zhuǎn)換為一次一次基本傳輸；USB總線接口層則處理總線上Bit流，完成數(shù)據(jù)傳輸物理層實(shí)現(xiàn)和總線管理。圖中黑色箭頭代表真實(shí)數(shù)據(jù)流，灰色箭頭代表邏輯上通訊。USB協(xié)議以及CH簡介第11頁USB協(xié)議層規(guī)范USB采取littleedian字節(jié)次序，在總線上先傳輸一個字節(jié)最低有效位，最終傳輸最高有效位，采取NRZI編碼，若碰到連續(xù)6個1要求進(jìn)行為填充，即插入一個0。全部USB包都由SYNC開始，高速包SYNC寬度為32bit，全速/低速包SYNC寬度為8bit。實(shí)際接收到SYNC寬度因?yàn)閁SBHUB關(guān)系，可能會小于該值。USB數(shù)據(jù)包格式USB協(xié)議以及CH簡介第12頁P(yáng)ID表征了數(shù)據(jù)包類型，分為令牌（Token）、數(shù)據(jù)（Data）、握手（Handshacke）以及特殊包4大類，共16種類型PID對于令牌包來說，PID之后是7位地址和4位端點(diǎn)號。令牌包沒有數(shù)據(jù)域，以5位CRC校驗(yàn)和結(jié)束。SOF是一類特殊令牌包，PID后跟是11位幀編號。對于數(shù)據(jù)包來說，PID之后直接跟數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)域長度為N字節(jié)，數(shù)據(jù)域后以16位CRC校驗(yàn)和結(jié)束。USB協(xié)議以及CH簡介第13頁握手包僅有PID域，沒有數(shù)據(jù)也沒有校驗(yàn)和。握手包包含ACK，NAK，STALL以及NYET四種，其中ACK表示必定應(yīng)答，成功數(shù)據(jù)傳輸；NAK表示否定應(yīng)答，失敗數(shù)據(jù)傳輸，要求重新傳輸；STALL表示功效錯誤或端點(diǎn)被設(shè)置了STALL屬性；NYET表示還未準(zhǔn)備好，要求等候。數(shù)據(jù)在USB總線上傳輸以包為單位，包只能在幀內(nèi)傳輸。高速USB總線幀周期為125uS，全速以及低速USB總線幀周期為1mS。幀起始由一個特定包（SOF包）表示，幀尾為EOF。EOF不是一個包，而是一個電平狀態(tài)，EOF期間不允許有數(shù)據(jù)傳輸。USB協(xié)議以及CH簡介第14頁USB總線接口芯片CH375B介紹1、概述CH375是一個USB總線通用接口芯片，支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式。在當(dāng)?shù)囟?，CH375含有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中止輸出，能夠方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器系統(tǒng)總線上。在USB主機(jī)方式下，CH375還提供了串行通訊方式，經(jīng)過串行輸入、串行輸出和中止輸出與單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等相連接。USB協(xié)議以及CH簡介第15頁USB協(xié)議以及CH簡介第16頁2、特點(diǎn)●全速USB-HOST主機(jī)接口，兼容USBV2.0，外圍元器件只需要晶體和電容。●全速設(shè)備接口，完全兼容CH372芯片，支持動態(tài)切換主機(jī)與設(shè)備方式。●主機(jī)端點(diǎn)輸入和輸出緩沖區(qū)各64字節(jié)，支持慣用12Mbps全速USB設(shè)備?！裰С諹SB設(shè)備控制傳輸、批量傳輸、中止傳輸?！褡詣訖z測USB設(shè)備連接和斷開，提供設(shè)備連接和斷開事件通知?！駜?nèi)置控制傳輸協(xié)議處理器，簡化慣用控制傳輸?！駜?nèi)置固件處理海量存放設(shè)備專用通訊協(xié)議，支持Bulk-Only傳輸協(xié)議和SCSI、UFI、RBC或等效命令集USB存放設(shè)備（包含USB硬盤/USB閃存盤/U盤）?！窠?jīng)過U盤文件級子程序庫實(shí)現(xiàn)單片機(jī)讀寫USB存放設(shè)備中文件。●并行接口包含8位數(shù)據(jù)總線，4線控制：讀選通、寫選通、片選輸入、中止輸出。●串行接口包含串行輸入、串行輸出、中止輸出，支持通訊波特率動態(tài)調(diào)整?！裰С?V電源電壓和3.3V電源電壓，CH375A芯片還支持低功耗模式?！癫扇OP-28封裝，能夠提供SOP28到DIP28轉(zhuǎn)換板。USB協(xié)議以及CH簡介第17頁3、封裝

USB協(xié)議以及CH簡介第18頁4、功能說明4.1.一般說明CH375芯片可以工作于USB-HOST主機(jī)方式或者USB設(shè)備方式。CH375USB主機(jī)方式支持并行接口和串行接口。在USB主機(jī)方式下，CH375支持各種常用USB全速設(shè)備，外部單片機(jī)需要編寫固件程序按照對應(yīng)USB協(xié)議與USB設(shè)備通訊。但是對于USB存儲設(shè)備，CH375內(nèi)置了相關(guān)協(xié)議，通常情況下，外部單片機(jī)不需要編寫固件程序，就可以直接通訊。4.2.本地端硬件CH375芯片在本地端提供了通用被動并行接口和點(diǎn)對點(diǎn)串行接口。4.3.內(nèi)部結(jié)構(gòu)CH375芯片內(nèi)部集成了PLL倍頻器、主從USB接口SIE、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸協(xié)議處理器、通用固件程序等。USB協(xié)議以及CH簡介第19頁4.4.當(dāng)?shù)囟藛纹瑱C(jī)軟件

CH375芯片占用兩個地址位，當(dāng)A0引腳為高電平時選擇命令端口，能夠?qū)懭朊?；?dāng)A0引腳為低電平時選擇數(shù)據(jù)端口，能夠讀寫數(shù)據(jù)。單片機(jī)經(jīng)過8位并口對CH375芯片進(jìn)行讀寫，全部操作都是由一個命令碼、若干個輸入數(shù)據(jù)和若干個輸出數(shù)據(jù)組成，部分命令不需要輸入數(shù)據(jù)，部分命令沒有輸出數(shù)據(jù)。命令操作步驟以下：