計(jì)算機(jī)USB系統(tǒng)原理及其主/從機(jī)設(shè)計(jì)

第1部分 USB概述
第1章 USB技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展2
1.1 身邊的USB2
1.2 計(jì)算機(jī)總線概述3
1.3 USB的出現(xiàn)和發(fā)展5
1.3.1 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口的局限性5
1.3.2 新型總線標(biāo)準(zhǔn)USB誕生5
復(fù)習(xí)題6
第2章 USB的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)7
2.1 即插即用7
2.2 廣泛的軟硬件支持7
2.3 低功耗7
2.4 可選擇的多種速度模式7
2.5 完備的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8
2.6 多種設(shè)備類8
2.7 硬件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化8
2.8 低廉的價(jià)格8
復(fù)習(xí)題8
第3章 USB關(guān)鍵字9
第2部分 USB協(xié)議基礎(chǔ)
第4章 USB系統(tǒng)資源12
4.1 USB系統(tǒng)模型12
4.2 計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的USB系統(tǒng)12
4.2.1 PC上的USB系統(tǒng)組成部分12
4.2.2 USB在PCI總線上的位置15
4.3 設(shè)備級(jí)的USB系統(tǒng)16
4.3.1 USB Hub16
4.3.2 USB設(shè)備17
4.4 USB的拓?fù)潴w系18
4.4.1 USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖18
4.4.2 完整的USB系統(tǒng)軟硬件組成19
復(fù)習(xí)題20
第5章 USB的機(jī)械和電氣特性21
5.1 USB的機(jī)械特性21
5.1.1 USB圖標(biāo)21
5.1.2 USB接插件21
5.1.3 USB插座的PCB設(shè)計(jì)23
5.1.4 USB電纜23
5.1.5 USB電纜線編號(hào)與顏色25
5.2 USB的電氣特性25
5.2.1 USB的供電模式26
5.2.2 低功耗的實(shí)現(xiàn)27
5.2.3 即插即用技術(shù)27
復(fù)習(xí)題29
第6章 USB數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)30
6.1 數(shù)據(jù)通信協(xié)議簡(jiǎn)介30
6.1.1 通信協(xié)議的主要內(nèi)容30
6.1.2 USB數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)概況31
6.1.3 二進(jìn)制數(shù)的位發(fā)送順序31
6.2 二進(jìn)制數(shù)的序列——域32
6.2.1 同步域32
6.2.2 標(biāo)識(shí)域33
6.2.3 地址域34
6.2.4 端點(diǎn)域35
6.2.5 幀號(hào)域35
6.2.6 數(shù)據(jù)域36
6.2.7 校驗(yàn)域36
6.3 最基本數(shù)據(jù)單元——包37
6.3.1 令牌包37
6.3.2 數(shù)據(jù)包38
6.3.3 握手包38
6.4 數(shù)據(jù)傳輸類型39
6.4.1 數(shù)據(jù)傳輸概論39
6.4.2 中斷傳輸40
6.4.3 批量傳輸42
6.4.4 同步傳輸44
6.4.5 控制傳輸46
6.5 數(shù)據(jù)流模型51
6.5.1 端點(diǎn)51
6.5.2 管道51
6.5.3 USB數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程51
復(fù)習(xí)題53
第3部分 USB系統(tǒng)軟硬件
第7章 USB協(xié)議棧設(shè)備框架及固件軟件編程基礎(chǔ)55
7.1 標(biāo)準(zhǔn)的USB描述符55
7.1.1 設(shè)備描述符56
7.1.2 配置描述符59
7.1.3 接口描述符60
7.1.4 端點(diǎn)描述符62
7.1.5 字符串描述符63
7.2 標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備請(qǐng)求命令64
7.2.1 設(shè)備請(qǐng)求命令的格式64
7.2.2 獲取狀態(tài)請(qǐng)求GET_STATUS66
7.2.3 清除特性請(qǐng)求CLEAR_FEATURE68
7.2.4 設(shè)置特性請(qǐng)求SET_FEATURE69
7.2.5 設(shè)置地址請(qǐng)求SET_ADDRESS70
7.2.6 獲取描述符請(qǐng)求GET_DESCRIPTOR70
7.2.7 設(shè)置描述符請(qǐng)求SET_DESCRIPTOR71
7.2.8 獲取配置請(qǐng)求GET_CONFIGURATION72
7.2.9 設(shè)置配置請(qǐng)求SET_CONFIGURATION73
7.2.10 獲取接口請(qǐng)求GET_INTERFACE74
7.2.11 設(shè)置接口請(qǐng)求SET_INTERFACE75
7.2.12 同步幀請(qǐng)求SYNCH_FRAME75
7.3 USB協(xié)議棧設(shè)備框架的軟件實(shí)現(xiàn)76
7.3.1 必需的一些常量76
7.3.2 設(shè)備描述符的程序?qū)崿F(xiàn)77
7.3.3 配置描述符的程序?qū)崿F(xiàn)79
7.3.4 接口描述符的程序?qū)崿F(xiàn)80
7.3.5 端點(diǎn)描述符的程序?qū)崿F(xiàn)80
7.3.6 字符串描述符的程序?qū)崿F(xiàn)82
7.4 通用USB固件程序流程84
7.4.1 USB設(shè)備的暫態(tài)84
7.4.2 USB的枚舉過(guò)程86
7.4.3 USB固件協(xié)議棧的整體描述86
復(fù)習(xí)題88
第8章 USB設(shè)備類90
8.1 USB設(shè)備類簡(jiǎn)介90
8.1.1 類的定義90
8.1.2 類協(xié)議在整個(gè)USB協(xié)議體系中的位置90
8.2 標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備類92
復(fù)習(xí)題93
第9章 USB硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)94
9.1 基本的USB硬件電路分析94
9.1.1 USB連接點(diǎn)電路95
9.1.2 信號(hào)線配置電路95
9.1.3 時(shí)鐘電路95
9.1.4 信號(hào)線上拉電路95
9.1.5 USB芯片及其外圍電路95
9.1.6 USB中斷信號(hào)電路96
9.1.7 CPU接口電路96
9.2 USB硬件系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)96
9.2.1 電磁兼容性簡(jiǎn)介97
9.2.2 USB系統(tǒng)中控制噪聲的措施97
復(fù)習(xí)題98
第4部分 嵌入式USB主機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)
第10章 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)規(guī)劃100
10.1 USB主機(jī)嵌入式化的必要性和迫切性100
10.1.1 為什么要開(kāi)發(fā)嵌入式USB主機(jī)100
10.1.2 嵌入式USB主機(jī)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交換中的應(yīng)用101
10.1.3 嵌入式USB主機(jī)的應(yīng)用前景分析101
10.2 USB主機(jī)協(xié)議簡(jiǎn)介102
10.2.1 USB主機(jī)接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)102
10.2.2 USB主機(jī)系統(tǒng)的功能103
10.2.3 USB主機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)103
10.2.4 USB主機(jī)控制器104
10.2.5 主控制器驅(qū)動(dòng)程序105
10.2.6 USB核心驅(qū)動(dòng)程序106
10.3 USB Mass Storage類協(xié)議108
10.3.1 Mass Storage類概述108
10.3.2 單批量BulkOnly傳輸協(xié)議109
10.3.3 Mass Storage的子類命令簡(jiǎn)介112
10.4 USB主機(jī)嵌入式化的主要思路116
10.4.1 PC上USB主機(jī)的工作原理總結(jié)116
10.4.2 嵌入式USB主機(jī)的硬件設(shè)計(jì)思路117
10.4.3 嵌入式USB主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)思路117
10.5 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的軟硬件規(guī)劃118
10.5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其硬件設(shè)計(jì)118
10.5.2 軟件設(shè)計(jì)120
復(fù)習(xí)題122
第11章 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)123
11.1 嵌入式USB主機(jī)接口芯片SL811HS介紹123
11.1.1 SL811HS的功能模塊及特點(diǎn)123
11.1.2 SL811HS芯片引腳分布124
11.1.3 SL811HS的相關(guān)寄存器介紹125
11.2 嵌入式USB主機(jī)核心CPU芯片MC68HC912D60A的介紹130
11.2.1 MC68HC912D60A的特性130
11.2.2 MC68HC912D60A的引腳介紹132
11.2.3 MC68HC912D60A相關(guān)寄存器簡(jiǎn)介134
11.3 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)139
11.3.1 供電系統(tǒng)電路139
11.3.2 電壓轉(zhuǎn)換電路139
11.3.3 電源指示電路140
11.4 MC68HC912D60A單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)140
11.4.1 供電系統(tǒng)及引腳信號(hào)定義140
11.4.2 時(shí)鐘電路141
11.4.3 BDM背景調(diào)試模式接口電路142
11.4.4 MC68HC912D60A工作模式選擇電路143
11.4.5 單片機(jī)復(fù)位電路143
11.5 SL811HS外圍電路設(shè)計(jì)144
11.5.1 系統(tǒng)供電及引腳信號(hào)定義144
11.5.2 時(shí)鐘電路144
11.5.3 USB下行端口設(shè)計(jì)145
11.5.4 復(fù)位電路145
11.6 SL811HS與MC68HC912D60A通信接口設(shè)計(jì)146
11.6.1 MC68HC912D60A通信引腳分配146
11.6.2 SL811HS與MC68HC912D60A的端口I/O電平比較146
11.6.3 電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)148
11.7 系統(tǒng)其他模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)148
11.7.1 LCD顯示電路設(shè)計(jì)149
11.7.2 鍵盤中斷電路149
11.7.3 串口通信電路151
11.7.4 CAN模塊電路151
11.7.5 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的LED顯示電路152
11.8 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)153
11.8.1 元器件的布置153
11.8.2 系統(tǒng)PCB布線154
11.8.3 PCB覆銅155
復(fù)習(xí)題155
第12章 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)157
12.1 開(kāi)發(fā)工具及軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介157
12.1.1 MC68HC912D60A單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具157
12.1.2 CodeWarrio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介158
12.1.3 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)源文件清單160
12.2 MC68HC912D60A初始化及用戶交互界面設(shè)計(jì)160
12.2.1 MC68HC912D60A的初始化程序設(shè)計(jì)161
12.2.2 LCD液晶驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)162
12.2.3 鍵盤中斷模塊程序設(shè)計(jì)170
12.2.4 LED顯示模塊程序設(shè)計(jì)174
12.2.5 串口通信模塊程序設(shè)計(jì)174
12.3 SL811HS與MC68HC912D60A的通信程序設(shè)計(jì)175
12.3.1 通信總線的定義175
12.3.2 讀數(shù)據(jù)177
12.3.3 寫(xiě)數(shù)據(jù)179
12.3.4 讀/寫(xiě)批量數(shù)據(jù)180
12.4 USB主機(jī)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)181
12.4.1 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的核心程序之間的關(guān)系181
12.4.2 SL811HS的初始化182
12.4.3 實(shí)現(xiàn)USB的設(shè)置. 輸入和輸出事務(wù)182
12.4.4 實(shí)現(xiàn)USB的數(shù)據(jù)傳輸方式189
12.4.5 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的USB請(qǐng)求命令191
12.4.6 枚舉設(shè)備和獲取描述符192
12.5 Mass Storage類協(xié)議的程序設(shè)計(jì)194
12.5.1 命令塊封包CBW和命令狀態(tài)封包CSW的定義194
12.5.2 單批量BulkOnly傳輸協(xié)議的程序設(shè)計(jì)195
12.5.3 UFI子類請(qǐng)求命令的實(shí)現(xiàn)197
復(fù)習(xí)題197
第13章 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)實(shí)例198
13.1 嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)Demo的外觀及使用198
13.2 系統(tǒng)啟動(dòng)199
13.3 USB設(shè)備的連接與配置201
13.4 主機(jī)和設(shè)備之間Mass Storage類協(xié)議數(shù)據(jù)通信202
13.5 基于FAT系統(tǒng)的文件管理及實(shí)驗(yàn)202
第14章 USB協(xié)議2.0補(bǔ)充版本OnTheGo簡(jiǎn)介205
14.1 什么是USB OnTheGo205
14.2 USB OTG設(shè)備的功能205
14.3 USB OTG的機(jī)械層和電氣層協(xié)議206
14.3.1 USB OTG的接插件206
14.3.2 USB OTG總線的電流要求207
14.4 USB OTG體系的軟件描述207
14.4.1 OTG配置描述符207
14.4.2 會(huì)話請(qǐng)求協(xié)議208
14.4.3 主機(jī)交流協(xié)議208
14.4.4 OTG的軟件結(jié)構(gòu)209
14.5 開(kāi)發(fā)USB OTG設(shè)備209
14.5.1 支持USB OTG的芯片209
14.5.2 如何開(kāi)發(fā)USB OTG設(shè)備209
復(fù)習(xí)題209
第5部分 USB設(shè)備開(kāi)發(fā)技術(shù)
第15章 通用的USB固件源代碼分析212
15.1 概述212
15.2 端點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)處理213
15.3 控制傳輸與USB標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求命令的處理214
15.4 其他傳輸方式的實(shí)現(xiàn)220
復(fù)習(xí)題221
第16章 USB Hub設(shè)計(jì)222
16.1 USB Hub結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介222
16.1.1 USB Hub對(duì)USB體系的重要意義222
16.1.2 USB Hub的功能223
16.1.3 USB Hub的結(jié)構(gòu)223
16.2 USB Hub的軟件編程基礎(chǔ)225
16.2.1 USB Hub的電源工作模式225
16.2.2 USB Hub的描述符226
16.2.3 USB Hub的類特定請(qǐng)求228
16.3 基于GL652USB的7端口USB Hub的設(shè)計(jì)229
16.3.1 GL652USB簡(jiǎn)介230
16.3.2 USB Hub的電路原理圖設(shè)計(jì)231
16.3.3 USB Hub的PCB設(shè)計(jì)233
16.4 USB Hub在嵌入式系統(tǒng)中的靈活應(yīng)用234
復(fù)習(xí)題234
第17章 基于HID的USB設(shè)備開(kāi)發(fā)實(shí)例235
17.1 內(nèi)嵌USB模塊的單片機(jī)MC68HC908JB8介紹235
17.1.1 MC68HC908JB8的特點(diǎn)235
17.1.2 MC68HC908JB8的功能結(jié)構(gòu)236
17.1.3 MC68HC908JB8的USB模塊238
17.1.4 MC68HC908JB8的開(kāi)發(fā)手段247
17.2 USB HID設(shè)備類協(xié)議251
17.2.1 HID設(shè)備類簡(jiǎn)介251
17.2.2 HID設(shè)備類在USB中的定義251
17.2.3 HID的數(shù)據(jù)傳輸方式252
17.2.4 HID的屬性描述符253
17.2.5 HID描述符實(shí)例256
17.2.6 HID的特定設(shè)備類請(qǐng)求260
17.3 USB安全鑰概述265
17.3.1 USB安全鑰的完整功能265
17.3.2 USB安全鑰的功能流程與擴(kuò)展266
17.4 在單片機(jī)MC68HC908JB8上實(shí)現(xiàn)HID類協(xié)議267
17.4.1 MC68HC908JB8上HID類協(xié)議的固件設(shè)計(jì)原理267
17.4.2 USB中斷服務(wù)程序的實(shí)現(xiàn)269
17.4.3 USB HID類協(xié)議固件的程序設(shè)計(jì)272
17.5 利用Visual C 開(kāi)發(fā)HID的PC端軟件281
17.5.1 PC端USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)281
17.5.2 查找HID設(shè)備282
17.5.3 讀取HID的功能285
17.5.4 獲取KeyID函數(shù)Get_KeyID 286
17.5.5 設(shè)置KeyID函數(shù)Set_KeyID 287
17.5.6 用戶程序界面的設(shè)計(jì)288
17.5.7 程序運(yùn)行結(jié)果演示290
復(fù)習(xí)題292
參考文獻(xiàn)293