USB(通用串行总线)是一种计算机外设连接规范，简单地说，是一种计算机外围串行通讯接口标准。具有即插即用、数据传输可靠、扩展方便、低成本等优点，已成为当前计算机必备的接口之一，同时也被广泛地应用于嵌入式系统设计中。 本书采用理论与实际应用相结合的方式，一方面详细地分析了USB系统总线的体系结构，包括组成结构、数据编码、通讯原理和最新的USB 2.0及OTG(On-The-Go)技术，另一方面对其应用系统的软硬件设计进行了描述。作者通过对USB主机和USB设备系统开发和Linux USB子系统的分析，阐述了USB系统软硬件的结构和实现。 本书的特点是全面、实用、条理清晰、通俗易懂，给出的实例都具有典型的代表性和实用性，结合本书描述的硬件设计及驱动程序的开发和调试，让读者能够初步具备独立的设计和开发能力。 本书既适合开发USB系统主机端(Host)及设备端(Device/Hub)的工程技术人员作为参考资料，也适合作为USB系统的初学者全面了解USB系统的入门教材。对开发嵌入式系统，特别是开发嵌入式系统USB主机端的人员，本书是一本难得的参考用书。

第1章 USB简介 1
1.1 旧系统的缺点 1
1.1.1 很难与电话互联 1
1.1.2 操作使用不便 2
1.1.3 系统扩展性差 2
1.2 USB的优缺点 2
1.2.1 实用性 2
1.2.2 数据传输 3
1.2.3 系统结构 4
1.2.4 低功耗设计 5
1.2.5 系统兼容性 5
1.2.6 体系结构的扩充性 6
1.2.7 软件驱动 6
1.3 USB各组件简介 6
1.3.1 USB 连线 6
1.3.2 USB集线器 7
1.3.3 功能部件 7
1.4 USB主机 8
1.5 USB与RS-232的比较 8
1.5.1 物理连接 8
1.5.2 传输时序 9
1.5.3 驱动程序 9
1.6 USB与IEEE-1394的比较 10
1.7 USB的主要应用 11
1.7.1 应用范围 11
1.7.2 与计算机相关的典型应用 12
1.7.3 与计算机无关的典型应用 12
1.8 USB规范简介 14
1.8.1 USB基本规范 14
1.8.2 USB设备类规范 14
1.8.3 USB主机控制器规范 15
1.9 USB技术的拓展 15
1.9.1 PoweredUSB 16
1.9.2 ExtremeUSB 16
1.10 3种数据传输的比较 16
1.10.1 异步数据传输 16
1.10.2 同步数据传输 16
1.10.3 实时数据传输 17
1.11 本书内容简介 17
第2章 USB 1.1结构和属性 18
2.1 拓扑结构 18
2.1.1 USB 主机 19
2.1.2 USB 设备 19
2.1.3 USB集线器 21
2.2 USB连接器 22
2.3 USB电缆 23
2.4 电气特性 23
2.4.1 电压和电流 23
2.4.2 延时 25
2.5 信号特性 29
2.5.1 信号线状态 29
2.5.2 信号传输的顺序 30
2.5.3 位编码、解码和同步的方法 30
2.5.4 位填充 31
2.6 传输类型 31
2.7 传输速率 33
2.8 系统连接 33
2.9 系统供电 33
第3章 USB通信原理 35
3.1 通信的结构 35
3.2 传输的基本单元——包 37
3.2.1 编码方式 37
3.2.2 包的组成 37
3.2.3 包的类型 40
3.3 事务处理 45
3.3.1 输入(IN)事务处理 46
3.3.2 输出(OUT)事务处理 48
3.3.3 设置(SETUP)事务处理 48
3.3.4 帧起始(SOF)事务处理 48
3.3.5 帧结尾(EOF)事务处理 48
3.3.6 低速事务处理 49
3.3.7 事务处理的特点 50
3.4 帧 50
3.4.1 帧的定义 51
3.4.2 帧起始(SOF) 51
3.5 数据传输 52
3.6 批量传输 53
3.6.1 批量传输的事务处理过程 53
3.6.2 批量传输的特性 55
3.6.3 批量传输中数据的格式 55
3.6.4 批量传输管道的方向性 55
3.6.5 批量传输对包长度的限制 55
3.6.6 批量传输对总线访问的限制 56
3.7 中断传输 57
3.7.1 中断传输的事务处理过程 57
3.7.2 中断传输的特点 58
3.7.3 中断传输的数据格式 59
3.7.4 中断传输的方向 59
3.7.5 中断传输对包的长度的限制 59
3.7.6 中断传输对总线访问的限制 60
3.8 控制传输 61
3.8.1 控制传输的过程 61
3.8.2 控制传输的特点 64
3.8.3 控制传输类型的数据格式 65
3.8.4 控制传输的方向 65
3.8.5 控制传输包的大小的限制 65
3.8.6 控制传输的总线访问的限制 65
3.8.7 控制传输的数据顺序 67
3.9 实时传输 67
3.9.1 实时传输的特点 68
3.9.2 实时传输的事务处理过程 68
3.9.3 实时传输的特点 69
3.9.4 实时传输的数据格式 69
3.9.5 实时传输的方向 69
3.9.6 实时传输中包的大小的限制 69
3.9.7 实时传输的总线限制 70
3.10 传输类型与事务处理的关系 70
3.10.1 批量传输与事务 处理的关系 71
3.10.2 中断传输与事务 处理的关系 71
3.10.3 实时传输和事务 处理的关系 71
3.10.4 控制传输和事务 处理的关系 71
3.11 USB通信的健壮性 72
3.11.1 数据传输中的同步 72
3.11.2 错误检测和恢复 74
3.12 USB带宽计算 77
3.13 USB通信的特点 78
第4章 USB设备 79
4.1 USB设备物理结构 79
4.2 USB设备逻辑结构 81
4.3 USB设备分类 84
4.3.1 标准类型USB设备 84
4.3.2 非标准类型USB设备 85
4.3.3 对类和厂商提供功能的选择 86
4.4 USB描述符 86
4.4.1 USB描述符的格式 88
4.4.2 USB标准描述符 88
4.4.3 USB设备类特定描述符 99
4.4.4 USB厂商特定描述符 101
4.5 USB命令 101
4.5.1 USB命令的结构 102
4.5.2 标准命令 103
4.5.3 非标准的USB命令 111
4.6 设备的状态机 112
4.7 设备的配置和管理 114
4.7.1 总线枚举 115
4.7.2 设备类配置 115
4.7.3 定位相关设备驱动程序 116
4.7.4 设备拔下 117
第5章 USB集线器 118
5.1 USB集线器的结构 118
5.1.1 集线器的外部结构 118
5.1.2 集线器的内部结构 119
5.2 USB集线器功能描述 120
5.2.1 设备扩展 120
5.2.2 电源管理 121
5.2.3 错误诊断和恢复 122
5.2.4 全速/低速设备支持 122
5.2.5 对设备连接/断开的处理 124
5.2.6 集线器的挂起和恢复功能 125
5.3 USB集线器数据流处理 126
5.4 USB集线器设备类 129
5.4.1 集线器描述符 129
5.4.2 集线器支持的命令 132
第6章 USB主机 141
6.1 USB主机概况 141
6.1.1 USB 主机端构成 141
6.1.2 主机与设备接口的通信 143
6.2 主机控制器 143
6.2.1 主机控制器结构 143
6.2.2 主机控制器功能 144
6.3 主机端软件 146
6.3.1 USB主机端软件结构 146
6.3.2 软件的功能 148
6.3.3 主机控制器驱动程序(HCD) 149
6.3.4 USB驱动(USBD) 149
第7章 USB 1.1 HC规范 157
7.1 OHCI规范 157
7.1.1 OHCI的结构 157
7.1.2 对数据结构的分析 162
7.1.3 对控制器驱动程序的分析 167
7.1.4 对控制器硬件功能的分析 170
7.1.5 OHCI的寄存器信息 172
7.2 UHCI 规范 183
7.2.1 UHCI 数据传输简介 184
7.2.2 UHCI 数据结构简介 184
7.2.3 UHCI 在带宽分配 186
7.2.4 UHCI根集线器 187
7.2.5 UHCI 控制器寄存器 187
7.2.6 UHCI PCI配置寄存器 192
7.3 OHCI与UHCI的比较 193
第8章 USB系统开发 194
8.1 硬件结构 194
8.2 硬件器件介绍 196
8.2.1 主机控制器 196
8.2.2 集线器 196
8.2.3 USB接口器件 197
8.2.4 USB控制器 197
8.2.5 USB电源管理 198
8.2.6 特殊功能的USB器件 198
8.3 软件结构 200
8.4 设计开发过程 201
8.4.1 USB设备开发过程 201
8.4.2 USB主机开发过程 204
8.5 USB测试工具简介 205
第9章 USB设备开发示例 207
9.1 系统分析 207
9.1.1 PDIUSBD11硬件介绍 207
9.1.2 PS/2接口简介 211
9.2 硬件设计 213
9.3 软件设计 214
9.3.1 软件结构 214
9.3.2 PS2-USB设备通信管道 215
9.3.3 PS2-USB设备描述符定义 215
9.3.4 PS2-USB设备支持的请求 218
9.3.5 PS2-USB软件流程图描述 220
9.4 系统集成与测试 225
9.4.1 测试环境 225
9.4.2 测试内容 225
第10章 USB主机开发示例 227
10.1 SL811HS简介 227
10.1.1 SL811HS特点 227
10.1.2 SL811HS结构 228
10.1.3 SL811HS寄存器 229
10.2 硬件设计 231
10.2.1 CPU选择 231
10.2.2 RAM/ROM选择 231
10.2.3 USB接口 231
10.3 软件设计 233
10.3.1 SL811HS HC驱动程序 (HCD)结构 233
10.3.2 USBD接口模块 234
10.3.3 SL811HS读写操作模块 235
10.3.4 HCD初始化模块 236
10.3.5 根集线器模块 236
10.3.6 数据传输模块 240
10.3.7 中断管理模块 241
10.3.8 USBD 241
10.3.9 集线器及其他设备 驱动程序 241
10.4 系统测试 241
10.4.1 测试环境 241
10.4.2 测试步骤 242
10.4.3 测试设备 242
10.4.4 HC/HCD测试 242
10.4.5 USBD测试 243
10.4.6 集线器驱动程序测试 243
10.4.7 其他设备驱动程序测试 243
第11章 Linux USB子系统 244
11.1 USB系统的软件结构 244
11.1.1 USB协议的设计思想 244
11.1.2 USB系统的体系结构 244

11.1.3 主机端和设备端的软件 结构的比较 245
11.1.4 主机端的软件结构 246
11.2 Linux中USB子系统 247
11.2.1 USB子系统的结构 247
11.2.2 USB文件系统 247
11.2.3 USB的代码文件结构 248
11.3 对USB 内核的分析 250
11.3.1 主要数据结构 250
11.3.2 USB内核所提供的功能 255
11.4 对HC驱动的支持 265
11.4.1 HCD的实现思路 265
11.4.2 OHC Driver的实现 267
11.5 USB客户端驱动程序的分析 273
11.5.1 对集线器的驱动程序 的分析 273
11.5.2 对打印机的驱动程序 的分析 276
第12章 USB 2.0简介 280
12.1 USB 2.0物理结构 280
12.1.1 总线拓扑结构 280
12.1.2 系统物理连线 281
12.1.3 数据传输 281
12.1.4 USB 2.0标志 281
12.1.5 USB 2.0系统组件 282
12.1.6 USB 2.0应用 282
12.2 USB 2.0电气信号特征 282
12.2.1 数据编码 282
12.2.2 数据帧 282
12.2.3 高速设备检测 283
12.3 USB 2.0数据传输 283
12.3.1 数据传输协议 283
12.3.2 高速传输带宽 288
12.4 USB 2.0主机 292
12.5 USB 2.0设备 292
12.5.1 设备限定描述符 292
12.5.2 其他速度配置描述符 293
12.5.3 端点描述符 293
12.6 USB 2.0命令(请求字) 295
12.7 USB 2.0集线器 295
12.7.1 USB 2.0集线器结构 296
12.7.2 事务处理转换模块(TT) 296
12.7.3 USB 2.0集线器标准 描述符 297
12.7.4 USB 2.0集线器类 描述符 298
12.7.5 USB 2.0集线器命令 299
12.8 USB 2.0器件 302
12.9 USB 2.0测试工具 303
第13章 EHCI简介 304
13.1 EHCI结构简介 304
13.2 EHCI接口描述 305
13.2.1 EHCI调度数据结构 306
13.2.2 EHCI根集线器 306
13.2.3 EHCI PCI配置寄存器 306
13.2.4 EHCI HC性能寄存器 308
13.2.5 EHCI HC操作寄存器 311
13.3 EHCI数据结构 316
13.3.1 EHCI周期性帧列表 316
13.3.2 EHCI异步帧列表 318
13.3.3 实时(高速)传输 描述符(iTD) 318
13.3.4 SPLIT事务处理实时 传输描述符(siTD) 321
13.3.5 队列单元传输 描述符(qTD) 324
13.3.6 队列头(QH) 326
13.3.7 周期帧跨度节点FSTN 329
第14章 USB OTG简介 331
14.1 USB OTG应用 331
14.2 USB OTG机械特性 332
14.3 USB集线器支持 334
14.4 USB OTG外接电阻 334
14.4.1 A设备 335
14.4.2 B设备 335
14.5 A设备与B设备的 事件与状态图 335
14.5.1 A设备事件 335
14.5.2 B设备事件 336
14.5.3 A设备状态图 337
14.5.4 B设备状态图 338
14.6 会话请求协议 339
14.6.1 SRP电压 339
14.6.2 SRP状态转换 340
14.7 主机协商协议 341
14.8 USB OTG描述符 342
14.9 USB OTG请求 343
14.9.1 b_hnp_support 343
14.9.2 a_hnp_support 344
14.9.3 a_alt_hnp_support 344
14.10 USB OTG结构 344
14.11 USB OTG设计示例 345
14.11.1 硬件结构 345
14.11.2 Vbus门槛电压实现 346
14.11.3 设备接口实现 346
14.11.4 Vbus过流诊断 347
14.11.5 Vbus控制 347
附录A HID类规范 348
附录B 缩写及中英文对照 364
附录C 参考文献及相关网址 367
附录D USB语言ID (Language Identifier) 369