Linux-USB驱动笔记（二）

朱雀 2022-09-09 04:48 266阅读 0赞

### Linux-USB驱动笔记（二） ###

*  1、前言
 *  2、USB 拓扑结构
 *  3、USB的传输方式
 *  4、USB设备的逻辑组织

# 1、前言 #

这些笔记需要连着看，不然没有上下文感觉很难受，嘿嘿

上一篇文章：  
[Linux-USB驱动笔记（一）][Linux-USB]

# 2、USB 拓扑结构 #

USB 是主从结构的，也就是分为主机和从机两部分，一般主机叫做 Host，从机叫做 Device。主机就是提供 USB A 插座来连接外部的设备，比如电脑作为主机，对外提供 USB A 插座，我们可以通过 USB 线来连接一些 USB 设备，比如声卡、手机等。因此电脑带的 USB A 插座数量就决定了你能外接多少个 USB 设备，如果不够用的话我们可以购买 USB 集线器来扩展电脑的USB 插口，USB 集线器也叫做 USB HUB，USB HUB 如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Y-q6Z2S5pyo5ZGA_size_11_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

上图是一个一拖四的 USB HUB，也就是将一个 USB 接口扩展为 4 个。主机一般会带几个原生的 USB 主控制器

虽然我们可以对原生的 USB 口数量进行扩展，但是我们不能对原生 USB 口的带宽进行扩展，比如两个原生 USB 口都是 USB2.0 的，带宽最大为 480Mbps，因此接到下面的所有 USB 设备总带宽最大为 480Mbps。

USB 只能主机与设备之间进行数据通信，USB 主机与主机、设备与设备之间是不能通信的。因此两个正常通信的 USB 接口之间必定有一个主机，一个设备。为此使用了不同的插头和插座来区分主机与设备，比如主机提供 USB A 插座，从机提供 Mini USB、Micro USB 等插座。在一个 USB 系统中，仅有一个 USB 主机，但是可以有多个 USB 设备，包括 USB 功能设备和 USBHUB，最多支持 127 个设备（USB协议中对集线器的层数是有限制的，USB1.1规定最多为4层，USB2.0规定最多为6层。）。一个 USB 主控制器支持 128 个地址，地址 0 是默认地址，只有在设备枚举的时候才会使用，地址 0 不会分配给任何一个设备。所以一个 USB 主控制器最多可以分配 127 个地址。整个 USB 的拓扑结构就是一个分层的金字塔形，如图 67.1.3.2 所示(参考自USB2.0 协议中文版.pdf)：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Y-q6Z2S5pyo5ZGA_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
从上图中可以看出从 Root Hub 开始，一共有 7 层，金字塔顶部是 Root Hub，这个是USB 控制器内部的。图中的 Hub 就是连接的 USB 集线器，Func 就是具体的 USB 设备。

USB 主机和从机之间的通信通过管道(Pipe)来完成，管道是一个逻辑概念，任何一个 USB设备一旦上电就会存在一个管道，也就是默认管道，USB 主机通过管道来获取从机的描述符、配置等信息。在主机端管道其实就是一组缓冲区，用来存放主机数据，在设备端管道对应一个特定的端点

# 3、USB的传输方式 #

*  **批量传输**：批量传输用在那种需要大量传输数据，但对实时性要求不高的情况下。如U盘，拷贝数据的时候需要大量数据传输，但对时间上并没有特别严格的要求。
 *  **中断传输**：中断传输的数据量很小，一般用于通知Host某个事件的来临，例如USB鼠标，键盘等。这里的中断并不是指硬件上那种中断机制，而是 USB 主机按照指定的时间不断的查询设备是否有数据传输。
 *  **同步传输**：同步传输要保证信息传输的同步性，比如摄像头，需要实时传输数据。但同步传输也有个特点，虽然要求实时性，但不要求百分之百的包正确。
 *  **控制传输**：控制传输是负责向USB设置一些控制信息。一个 USB 控制器下面挂接很多的设备，要怎么传输数据，还有寻址等，都是通过控制传输建立起来的。

# 4、USB设备的逻辑组织 #

在USB设备的逻辑组织中，包含设备、配置、接口和端点4个层次。

![USB设备的逻辑组织][USB]

*  **设备**：就是USB设备，一个设备包含一个或多个配置。
 *  **配置**：每个USB设备提供不同级别的配置信息，不同配置使设备表现出不同功能。一个配置由多个接口组成。
 *  **接口**：代表一个基本的功能，它是USB设备驱动程序控制的对象。一个配置中的所有接口可以同时有效。一个接口由多个端点组成。
 *  **端口**：USB通信的基本形式，每一个USB设备接口在主机看来就是一个端点的集合。主机只能通过端点与设备进行通信，以使用设备的功能。在USB系统中每一个端点都有唯一的地址。端点0通常为控制端点，用于设备初始化参数等。

[Linux-USB]: https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/119977784
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[USB]: /images/20220829/7516abd4ffc3483d85eea073c78e40eb.png