USB基础学习：USB体系结构介绍
停更好久，重新梳理一下usb 知识体系
1. usb 硬件框架
一个 usb 系统 由三部分来描述：
usb interconnect
usb devices
usb host
usb interconnect 是指usb 设备连接到主机并与主机通信的方式。这包括以下内容：
总线拓扑：usb device 和 host 之间的连接模型。
层间关系：
数据流模型：
usb 调度：
1.1. 总线拓扑
在usb 系统中有两个硬件的概念：
usb host：它跟处理器相连，处理器通过usb host跟各类usb设备通信。usb host中集成有一个root hub
usb device：这类设备又分为两类
hub：用来扩展usb接口
function：就是普通的usb设备，比如u盘、声卡等
usb 总线拓扑如下：
roothub：根hub(根集线器)
hub：集线器
func：功能设备
compound device：组合设备，包含一个hub 和 一个或多个func
usb 总线拓扑最上层一定是host, 最后一级只能是func, 因此hub 级联最多5级；
1.2. usb host
在任何usb 系统中只有一个主机，主机的每个usb控制器（host controller）对应一条usb总线。与主机计算机系统相连的usb接口被称为主机控制器。
主机控制器可以以硬件，固件或软件的组合来实现。
根集线器（root hub）集成在主机系统内以提供一个或多个连接点。
usb host通过 host controller 与 usb device 交互。
host主要负责：
检测usb 设备的拔插动作
管理host和device之间的控制流、数据流
收集usb 总线状态和活动数据信息
为连入usb总线的设备供电
1.3. usb device
usb device 分为 usb hub 和 usb function。
usb hub （集线器）：
root hub：一般与主机控制器连接在一起，提供一个或者多个端口。
普通hub：用于扩展usb 的主机端口。
结构上由一个上行端口和多个下行端口组成。
支持级联：最多5级，不包含root hub。
支持速率转换：低速/全速设备，可连接在高速hub 上。
usb function 设备：
composite device：复合设备。一个设备地址，1个 或者 多个function 接口组成
compound device：组合设备。多个设备地址，一个hub 和 一个或者多个func 组成。
比如：键盘，鼠标，摄像头等。
1.4. usb 数据流
usb主机和usb设备之间的通信是通过管道(pipe)进行的。
在usb协议中，管道是一个逻辑概念，
在usb主机端实际上就是一组缓冲区，用于管道中数据的收发。
在usb设备端，管道对应一个特定的端点，每一个端点都是一个由索引和方向确定的，usb设备最多支持16个双向端点（8个in/8个out）。
usb设备地址、端点索引和端点方向的组合可以唯一确定usb主机和usb设备间的通信。
2. usb 软件框架
2.1. usb 数据流模型
usb 简化传输模型如下图所示，实际上要比这个复杂的多。主要包含以下部分：
usb 物理设备：usb电缆终端的一块硬件，执行一些有用的终端用户功能。
客户端软件：在主机上执行的软件，对应于一个usb设备。此客户端软件通常与操作系统一起提供，或与usb设备一起提供。
usb 系统软件：在一个特定的操作系统中支持usb的软件。usb系统软件通常与操作系统一起提供，独立于特定的usb设备或客户端软件。
usb host controller (host side bus interface)：允许将usb设备连接到主机上的硬件和软件。
2.2. usb 软件模型
实际的通信数据流：usb host control 和 usb 总线接口。虚拟的通信方式：主机端客户端软件和 物理设备fucntion 直接通信。
usb host：
客户端软件
usb 系统软件：usb 驱动，host controller 驱动 和 host 软件
usb device：
usb物理设备为主机提供了额外的功能。usb设备提供的功能类型差别很大。但是，所有的usb逻辑设备都为主机提供相同的基本接口。这允许主机以相同的方式管理不同usb设备。
为了帮助主机识别和配置usb设备，每个设备都会携带和报告与配置相关的信息。所报告的一些信息在所有逻辑设备中都是常见的。其他信息是特定于该设备提供的功能的。此信息的详细类型根据设备的设备类别而有所不同。
详细软件模型
抽象为熟悉的软件模型
对于一个 usb 设备驱动，大多时候我们其实只需要关心function driver，不同的设备向上只有function 或者接口区分，对于底层而言都是一样的，最终通过sie (串行总线)和主机通信。
3. 总结
本文主要介绍了，usb 系统的体系结构。一个usb 系统包含核心的三部分：
usb interconnect：通过pipe 互联传输
usb host：usb 主机
usb device：usb 设备和集线器
并简要阐述其软件模型。
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usb interconnect 是指usb 设备连接到主机并与主机通信的方式。这包括以下内容：
总线拓扑：usb device 和 host 之间的连接模型。
层间关系：
数据流模型：
usb 调度：
1.1. 总线拓扑
在usb 系统中有两个硬件的概念：
usb host：它跟处理器相连，处理器通过usb host跟各类usb设备通信。usb host中集成有一个root hub
usb device：这类设备又分为两类
hub：用来扩展usb接口
function：就是普通的usb设备，比如u盘、声卡等
usb 总线拓扑如下：
roothub：根hub(根集线器)
hub：集线器
func：功能设备
compound device：组合设备，包含一个hub 和 一个或多个func
usb 总线拓扑最上层一定是host, 最后一级只能是func, 因此hub 级联最多5级；
1.2. usb host
在任何usb 系统中只有一个主机，主机的每个usb控制器（host controller）对应一条usb总线。与主机计算机系统相连的usb接口被称为主机控制器。
主机控制器可以以硬件，固件或软件的组合来实现。
根集线器（root hub）集成在主机系统内以提供一个或多个连接点。
usb host通过 host controller 与 usb device 交互。
host主要负责：
检测usb 设备的拔插动作
管理host和device之间的控制流、数据流
收集usb 总线状态和活动数据信息
为连入usb总线的设备供电
1.3. usb device
usb device 分为 usb hub 和 usb function。
usb hub （集线器）：
root hub：一般与主机控制器连接在一起，提供一个或者多个端口。
普通hub：用于扩展usb 的主机端口。
结构上由一个上行端口和多个下行端口组成。
支持级联：最多5级，不包含root hub。
支持速率转换：低速/全速设备，可连接在高速hub 上。
usb function 设备：
composite device：复合设备。一个设备地址，1个 或者 多个function 接口组成
compound device：组合设备。多个设备地址，一个hub 和 一个或者多个func 组成。
比如：键盘，鼠标，摄像头等。
1.4. usb 数据流
usb主机和usb设备之间的通信是通过管道(pipe)进行的。
在usb协议中，管道是一个逻辑概念，
在usb主机端实际上就是一组缓冲区，用于管道中数据的收发。
在usb设备端，管道对应一个特定的端点，每一个端点都是一个由索引和方向确定的，usb设备最多支持16个双向端点（8个in/8个out）。
usb设备地址、端点索引和端点方向的组合可以唯一确定usb主机和usb设备间的通信。
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2.1. usb 数据流模型
usb 简化传输模型如下图所示，实际上要比这个复杂的多。主要包含以下部分：
usb 物理设备：usb电缆终端的一块硬件，执行一些有用的终端用户功能。
客户端软件：在主机上执行的软件，对应于一个usb设备。此客户端软件通常与操作系统一起提供，或与usb设备一起提供。
usb 系统软件：在一个特定的操作系统中支持usb的软件。usb系统软件通常与操作系统一起提供，独立于特定的usb设备或客户端软件。
usb host controller (host side bus interface)：允许将usb设备连接到主机上的硬件和软件。
2.2. usb 软件模型
实际的通信数据流：usb host control 和 usb 总线接口。虚拟的通信方式：主机端客户端软件和 物理设备fucntion 直接通信。
usb host：
客户端软件
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usb device：
usb物理设备为主机提供了额外的功能。usb设备提供的功能类型差别很大。但是，所有的usb逻辑设备都为主机提供相同的基本接口。这允许主机以相同的方式管理不同usb设备。
为了帮助主机识别和配置usb设备，每个设备都会携带和报告与配置相关的信息。所报告的一些信息在所有逻辑设备中都是常见的。其他信息是特定于该设备提供的功能的。此信息的详细类型根据设备的设备类别而有所不同。
详细软件模型
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对于一个 usb 设备驱动，大多时候我们其实只需要关心function driver，不同的设备向上只有function 或者接口区分，对于底层而言都是一样的，最终通过sie (串行总线)和主机通信。
3. 总结
本文主要介绍了，usb 系统的体系结构。一个usb 系统包含核心的三部分：
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