USB 就是指通用串行總線(Universal Serial Bus)，是計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備通訊的總線標(biāo)準(zhǔn)。USB 能夠?qū)崿F(xiàn)從出現(xiàn)迅速發(fā)展到普遍應(yīng)用，其主要的原因是其具有高速、穩(wěn)定、廉價(jià)、方便的特點(diǎn)。在嵌入式系統(tǒng)中USB技術(shù)主要有兩種應(yīng)用方式，一種是USB總線設(shè)備的USB設(shè)備方式，一種是USB主控制器的嵌入式USB主機(jī)。USB 設(shè)備已經(jīng)得到了廣泛的使用，但是USB 主機(jī)實(shí)現(xiàn)其復(fù)雜性卻沒(méi)有很多應(yīng)用實(shí)例。文章主要研究了USB應(yīng)用領(lǐng)域中，采用低端控制器的嵌入式系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)有限的USB主機(jī)功能。

由于其良好的特性，USB 總線的應(yīng)用范圍已經(jīng)開(kāi)始從計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備向嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)展，在嵌入式系統(tǒng)中USB總線協(xié)議的完整性與復(fù)雜性使得它的應(yīng)用方式多種多樣。

1 USB 總線簡(jiǎn)介

1.1 USB總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

USB主機(jī)(USB HOST)、USB 設(shè)備(USB DECICE)、USB集線器(USBHUB)是USB系統(tǒng)中的三個(gè)硬件設(shè)備。USB 主機(jī)是每一個(gè)USB 系統(tǒng)中都必須包含的，在整個(gè)系統(tǒng)中其占據(jù)主導(dǎo)地位。USB 設(shè)備主要有兩個(gè)類(lèi)型，一個(gè)是為USB 總線提供接入口的集線器，另一個(gè)是鼠標(biāo)、打印設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等具有特定功能的設(shè)備。

1.2 USB總線特征

(1)使用方便。USB 總線能夠即插即用，為終端用戶(hù)的使用提供方便，主要是由于接口方式統(tǒng)一、電氣方面有總線供電和設(shè)備自供電、自動(dòng)識(shí)別設(shè)備、外圍設(shè)備動(dòng)態(tài)鏈接與重新配置。

(2)適用于不同應(yīng)用范圍。USB總線的速度模式與數(shù)據(jù)流傳輸模式具有多樣性，能夠滿(mǎn)足不同應(yīng)用范圍的需求，使USB總線能夠被廣泛地使用。

2 USB 主機(jī)方式在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 嵌入式USB 主機(jī)應(yīng)用

2.1.1 嵌入式USB 主機(jī)應(yīng)用中的問(wèn)題

USB主控的集成能夠使嵌入式產(chǎn)品與各種低價(jià)、便捷的外部設(shè)備連接。便攜移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展對(duì)USB 主控裝置有著越來(lái)越大的需求。

從根本上來(lái)說(shuō)，USB就是PC總線的外部擴(kuò)展，PC為其提供了豐富的系統(tǒng)資源，而PC 中的Microsoft Windows 操作系統(tǒng)原本就可以支持USB.USB主控體系結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)資源與軟件支持成為了PC應(yīng)用中理想的解決方案，但是嵌入式系統(tǒng)中并沒(méi)有這些優(yōu)勢(shì)。

嵌入式USB主機(jī)應(yīng)用中問(wèn)題主要體現(xiàn)在： 嵌入式系統(tǒng)有限的系統(tǒng)資源容量與能力; USB固件的添加會(huì)使嵌入式應(yīng)用的復(fù)雜性加大，影響嵌入式應(yīng)用及時(shí)響應(yīng)實(shí)時(shí)事件的功能; 嵌入式市場(chǎng)處理器與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)繁復(fù)，USB固件的開(kāi)發(fā)與移植需要大量的時(shí)間，典型嵌入項(xiàng)目的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)長(zhǎng)、過(guò)于艱辛。

2.1.2 嵌入式USB 主機(jī)應(yīng)用相關(guān)問(wèn)題的對(duì)策

要解決嵌入式裝置中USB主控設(shè)計(jì)復(fù)雜的問(wèn)題，其中一個(gè)方法就是在USB 主端控制器中揉入U(xiǎn)SB 即插即用的能力智能。具體的操作辦法有：在控制器硬件中嵌入U(xiǎn)SB 主控棧與器件驅(qū)動(dòng)的功能共用組件;將USB主控功能壓縮到語(yǔ)族與ANSI C兼容的API(被系統(tǒng)用來(lái)獲取USB主控制器中的USB主控功能)中。

2.2 U盤(pán)讀寫(xiě)系統(tǒng)中的USB主機(jī)應(yīng)用

U 盤(pán)是一種移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，雖然在PC領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，但是在嵌入式系統(tǒng)中的潛力卻并沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。U 盤(pán)良好的通用性決定其能夠在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，一來(lái)U 盤(pán)的使用不僅僅局限一臺(tái)主機(jī)，二來(lái)U盤(pán)是一種低價(jià)、便捷的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)媒介;最后U盤(pán)具有較好的抗震性與穩(wěn)定性，能夠在特殊環(huán)境中使用。

2.2.1 U 盤(pán)的工作原理

U盤(pán)是一種基于USB總線的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，符合USB大容量存儲(chǔ)類(lèi)協(xié)議，在U 盤(pán)的內(nèi)部有USB 設(shè)備接口引擎、微控制器，兩者共同工作處理主機(jī)命令并管理存儲(chǔ)設(shè)備。

2.2.2 U盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)描述符

設(shè)備識(shí)別與設(shè)備枚舉的依據(jù)就是設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)描述符，當(dāng)U盤(pán)插入到主機(jī)之后，主機(jī)會(huì)要求U盤(pán)報(bào)告其標(biāo)準(zhǔn)描述符，主要涉及到的有：設(shè)備描述符(Device Descriptor)，對(duì)設(shè)備的類(lèi)型與子類(lèi)型、版本號(hào)、協(xié)議代號(hào)等進(jìn)行定義;配置描述符(ConfigurationDescriptor)對(duì)接口的數(shù)量、設(shè)備的供電模式與供電量進(jìn)行定義;接口描述符(Interface Descriptor);端點(diǎn)描述符(EndpointDescriptor)。

2.2.3 BULK-LNLY 傳輸方式

USB會(huì)在U盤(pán)插入后對(duì)其進(jìn)行搜索，要求U 盤(pán)提供描述符。USB Host 得到描述符就可完成配置，識(shí)別基于BULKLNLY傳輸?shù)拇笕萘看鎯?chǔ)設(shè)備，進(jìn)入BULK-LNLY 傳輸方式，對(duì)命令塊包、狀態(tài)塊包、普通數(shù)據(jù)三類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行USB與U 盤(pán)之間的傳輸。

2.2.4 U 盤(pán)與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸

主機(jī)(基于Bulk-Only 傳輸協(xié)議)與U 盤(pán)之間的數(shù)據(jù)傳輸都是由主機(jī)發(fā)起的，主機(jī)向設(shè)備發(fā)送包含操作命令代碼的命令塊包，設(shè)備接收之后，對(duì)命令塊包進(jìn)行檢查與解讀，根據(jù)命令來(lái)進(jìn)行操作，并將執(zhí)行的狀況報(bào)告給主機(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)的串行接口來(lái)說(shuō)，USB總線更加方便使用、高速穩(wěn)定、靈活快捷，受到了用戶(hù)的一致的好評(píng)與歡迎，得以迅速的發(fā)展。本文對(duì)USB 總線的特征與發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了分析，總結(jié)出了USB 總線的優(yōu)勢(shì)。在對(duì)USB 總線協(xié)議分析的基礎(chǔ)上，對(duì)USB技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，對(duì)USB 應(yīng)用模式中的USB主機(jī)的實(shí)施方案進(jìn)行了具體研究。