計算機USB系統(tǒng)原理及其主/從機設(shè)計

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 計算機總線概述3
1.3 USB的出現(xiàn)和發(fā)展5
1.3.1 傳統(tǒng)的計算機接口的局限性5
1.3.2 新型總線標準USB誕生5
復習題6
第2章 USB的特點及優(yōu)點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 完備的總線拓撲結(jié)構(gòu)8
2.6 多種設(shè)備類8
2.7 硬件結(jié)構(gòu)標準化8
2.8 低廉的價格8
復習題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 計算機平臺上的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)備級的USB系統(tǒng)16
4.3.1 USB Hub16
4.3.2 USB設(shè)備17
4.4 USB的拓撲體系18
4.4.1 USB的拓撲結(jié)構(gòu)圖18
4.4.2 完整的USB系統(tǒng)軟硬件組成19
復習題20
第5章 USB的機械和電氣特性21
5.1 USB的機械特性21
5.1.1 USB圖標21
5.1.2 USB接插件21
5.1.3 USB插座的PCB設(shè)計23
5.1.4 USB電纜23
5.1.5 USB電纜線編號與顏色25
5.2 USB的電氣特性25
5.2.1 USB的供電模式26
5.2.2 低功耗的實現(xiàn)27
5.2.3 即插即用技術(shù)27
復習題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 二進制數(shù)的位發(fā)送順序31
6.2 二進制數(shù)的序列——域32
6.2.1 同步域32
6.2.2 標識域33
6.2.3 地址域34
6.2.4 端點域35
6.2.5 幀號域35
6.2.6 數(shù)據(jù)域36
6.2.7 校驗域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51
6.5.2 管道51
6.5.3 USB數(shù)據(jù)傳輸過程51
復習題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 標準的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 端點描述符62
7.1.5 字符串描述符63
7.2 標準的USB設(shè)備請求命令64
7.2.1 設(shè)備請求命令的格式64
7.2.2 獲取狀態(tài)請求GET_STATUS66
7.2.3 清除特性請求CLEAR_FEATURE68
7.2.4 設(shè)置特性請求SET_FEATURE69
7.2.5 設(shè)置地址請求SET_ADDRESS70
7.2.6 獲取描述符請求GET_DESCRIPTOR70
7.2.7 設(shè)置描述符請求SET_DESCRIPTOR71
7.2.8 獲取配置請求GET_CONFIGURATION72
7.2.9 設(shè)置配置請求SET_CONFIGURATION73
7.2.10 獲取接口請求GET_INTERFACE74
7.2.11 設(shè)置接口請求SET_INTERFACE75
7.2.12 同步幀請求SYNCH_FRAME75
7.3 USB協(xié)議棧設(shè)備框架的軟件實現(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的枚舉過程86
7.4.3 USB固件協(xié)議棧的整體描述86
復習題88
第8章 USB設(shè)備類90
8.1 USB設(shè)備類簡介90
8.1.1 類的定義90
8.1.2 類協(xié)議在整個USB協(xié)議體系中的位置90
8.2 標準的USB設(shè)備類92
復習題93
第9章 USB硬件設(shè)計基礎(chǔ)94
9.1 基本的USB硬件電路分析94
9.1.1 USB連接點電路95
9.1.2 信號線配置電路95
9.1.3 時鐘電路95
9.1.4 信號線上拉電路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)計基礎(chǔ)96
9.2.1 電磁兼容性簡介97
9.2.2 USB系統(tǒng)中控制噪聲的措施97
復習題98
第4部分 嵌入式USB主機開發(fā)技術(shù)
第10章 嵌入式USB主機系統(tǒng)規(guī)劃100
10.1 USB主機嵌入式化的必要性和迫切性100
10.1.1 為什么要開發(fā)嵌入式USB主機100
10.1.2 嵌入式USB主機在數(shù)據(jù)存儲和交換中的應(yīng)用101
10.1.3 嵌入式USB主機的應(yīng)用前景分析101
10.2 USB主機協(xié)議簡介102
10.2.1 USB主機接口的工業(yè)標準102
10.2.2 USB主機系統(tǒng)的功能103
10.2.3 USB主機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)103
10.2.4 USB主機控制器104
10.2.5 主控制器驅(qū)動程序105
10.2.6 USB核心驅(qū)動程序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的子類命令簡介112
10.4 USB主機嵌入式化的主要思路116
10.4.1 PC上USB主機的工作原理總結(jié)116
10.4.2 嵌入式USB主機的硬件設(shè)計思路117
10.4.3 嵌入式USB主機的軟件設(shè)計思路117
10.5 嵌入式USB主機系統(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118
10.5.2 軟件設(shè)計120
復習題122
第11章 嵌入式USB主機系統(tǒng)的硬件設(shè)計123
11.1 嵌入式USB主機接口芯片SL811HS介紹123
11.1.1 SL811HS的功能模塊及特點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)寄存器簡介134
11.3 嵌入式USB主機系統(tǒng)的供電系統(tǒng)設(shè)計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單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計140
11.4.1 供電系統(tǒng)及引腳信號定義140
11.4.2 時鐘電路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 單片機復位電路143
11.5 SL811HS外圍電路設(shè)計144
11.5.1 系統(tǒng)供電及引腳信號定義144
11.5.2 時鐘電路144
11.5.3 USB下行端口設(shè)計145
11.5.4 復位電路145
11.6 SL811HS與MC68HC912D60A通信接口設(shè)計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148
11.7 系統(tǒng)其他模塊的電路設(shè)計與實現(xiàn)148
11.7.1 LCD顯示電路設(shè)計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)運行狀態(tài)的LED顯示電路152
11.8 嵌入式USB主機系統(tǒng)的PCB設(shè)計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
復習題155
第12章 嵌入式USB主機系統(tǒng)的軟件設(shè)計157
12.1 開發(fā)工具及軟件結(jié)構(gòu)簡介157
12.1.1 MC68HC912D60A單片機的開發(fā)工具157
12.1.2 CodeWarrio集成開發(fā)環(huán)境簡介158
12.1.3 嵌入式USB主機系統(tǒng)源文件清單160
12.2 MC68HC912D60A初始化及用戶交互界面設(shè)計160
12.2.1 MC68HC912D60A的初始化程序設(shè)計161
12.2.2 LCD液晶驅(qū)動程序設(shè)計162
12.2.3 鍵盤中斷模塊程序設(shè)計170
12.2.4 LED顯示模塊程序設(shè)計174
12.2.5 串口通信模塊程序設(shè)計174
12.3 SL811HS與MC68HC912D60A的通信程序設(shè)計175
12.3.1 通信總線的定義175
12.3.2 讀數(shù)據(jù)177
12.3.3 寫數(shù)據(jù)179
12.3.4 讀/寫批量數(shù)據(jù)180
12.4 USB主機的系統(tǒng)軟件設(shè)計181
12.4.1 嵌入式USB主機系統(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 實現(xiàn)USB的設(shè)置. 輸入和輸出事務(wù)182
12.4.4 實現(xiàn)USB的數(shù)據(jù)傳輸方式189
12.4.5 實現(xiàn)標準的USB請求命令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195
12.5.3 UFI子類請求命令的實現(xiàn)197
復習題197
第13章 嵌入式USB主機系統(tǒng)實例198
13.1 嵌入式USB主機系統(tǒng)Demo的外觀及使用198
13.2 系統(tǒng)啟動199
13.3 USB設(shè)備的連接與配置201
13.4 主機和設(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)的文件管理及實驗202
第14章 USB協(xié)議2.0補充版本OnTheGo簡介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 會話請求協(xié)議208
14.4.3 主機交流協(xié)議208
14.4.4 OTG的軟件結(jié)構(gòu)209
14.5 開發(fā)USB OTG設(shè)備209
14.5.1 支持USB OTG的芯片209
14.5.2 如何開發(fā)USB OTG設(shè)備209
復習題209
第5部分 USB設(shè)備開發(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 端點的數(shù)據(jù)讀/寫處理213
15.3 控制傳輸與USB標準請求命令的處理214
15.4 其他傳輸方式的實現(xiàn)220
復習題221
第16章 USB Hub設(shè)計222
16.1 USB Hub結(jié)構(gòu)及功能簡介222
16.1.1 USB Hub對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的類特定請求228
16.3 基于GL652USB的7端口USB Hub的設(shè)計229
16.3.1 GL652USB簡介230
16.3.2 USB Hub的電路原理圖設(shè)計231
16.3.3 USB Hub的PCB設(shè)計233
16.4 USB Hub在嵌入式系統(tǒng)中的靈活應(yīng)用234
復習題234
第17章 基于HID的USB設(shè)備開發(fā)實例235
17.1 內(nèi)嵌USB模塊的單片機MC68HC908JB8介紹235
17.1.1 MC68HC908JB8的特點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描述符實例256
17.2.6 HID的特定設(shè)備類請求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展266
17.4 在單片機MC68HC908JB8上實現(xiàn)HID類協(xié)議267
17.4.1 MC68HC908JB8上HID類協(xié)議的固件設(shè)計原理267
17.4.2 USB中斷服務(wù)程序的實現(xiàn)269
17.4.3 USB HID類協(xié)議固件的程序設(shè)計272
17.5 利用Visual C 開發(fā)HID的PC端軟件281
17.5.1 PC端USB設(shè)備的驅(qū)動程序結(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288
17.5.7 程序運行結(jié)果演示290
復習題292
參考文獻293