從拓?fù)渖蟻砜?#xff0c;USB子系統(tǒng)并不以總線的方式來部署，它是一顆由幾個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接構(gòu)成的樹。

它主要包括了USB連接、USB host controller和USB device三個(gè)部分。而USB device還包括了hub和功能設(shè)備等。下面還是逐個(gè)說說吧。

什么是USB controller？在一個(gè)USB系統(tǒng)中只能有一個(gè)host，其實(shí)說白了就是咱們的主機(jī)，而USB和主機(jī)的接口就是host controller，你的主機(jī)總不可能只能有一個(gè)USB host controller吧，所以說一個(gè)主機(jī)可以支持多個(gè)host controller，比如分別屬于不同廠商的。那么USB host controller本身是做什么的？這個(gè)問題復(fù)旦人甲兄弟說的太精彩了，我還是直接拿來吧。controller，控制器，顧名思義，用于控制，控制什么，控制所有的usb設(shè)備的通信。通常計(jì)算機(jī)的cpu并不是直接和usb設(shè)備打交道，而是和控制器打交道，他要對(duì)設(shè)備做什么，他會(huì)告訴控制器，而不是直接把指令發(fā)給設(shè)備，然后控制器再去負(fù)責(zé)處理這件事情，他會(huì)去指揮設(shè)備執(zhí)行命令，而cpu就不用管剩下的事情，他還是該干嘛干嘛去，控制器替他去完成剩下的事情，事情辦完了再通知cpu。否則讓cpu去盯著每一個(gè)設(shè)備做每一件事情，那是不現(xiàn)實(shí)的，那就好比讓一個(gè)學(xué)院的院長去盯著我們每一個(gè)本科生上課，去管理我們的出勤，只能說，不現(xiàn)實(shí)。所以我們就被分成了幾個(gè)系，通常院長有什么指示直接跟各系領(lǐng)導(dǎo)說就可以了，而系主任就會(huì)去安排下面的人去執(zhí)行具體的任務(wù)，完了之后他們就會(huì)像院長匯報(bào)。

那么hub是什么？還是拿復(fù)旦人甲現(xiàn)成的答案吧，不能怪我不努力，只是復(fù)旦人甲說的太精彩了。在大學(xué)里，有的宿舍里網(wǎng)口有限，但是我們這一代人上大學(xué)基本上是每人一臺(tái)電腦，所以網(wǎng)口不夠，于是有人會(huì)使用hub，讓多個(gè)人共用一個(gè)網(wǎng)口，這是以太網(wǎng)上的hub，而usb的世界里同樣有hub，其實(shí)原理是一樣的，任何支持usb的電腦不會(huì)說只允許你只能一個(gè)時(shí)刻使用一個(gè)usb設(shè)備，比如你插入了u盤，你同樣還可以插入usb鍵盤，還可以再插一個(gè)usb鼠標(biāo)，因?yàn)槟銜?huì)發(fā)現(xiàn)你的電腦里并不只是一個(gè)usb接口。這些口實(shí)際上就是所謂的hub口。而現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常是讓一個(gè)usb控制器和一個(gè)hub綁定在一起，專業(yè)一點(diǎn)說叫集成，而這個(gè)hub也被稱作root hub，換言之，和usb控制器綁定在一起的hub就是系統(tǒng)中最根本的hub，其它的hub可以連接到她這里，然后可以延伸出去，外接別的設(shè)備，當(dāng)然也可以不用別的hub，讓usb設(shè)備直接接到root hub上。

而USB連接指的就是連接device和host（或hub）的四線電纜。電纜中包括的VBUS（電源線）、GND（地線）還有兩根信號(hào)線。USB系統(tǒng)就是通過VBUS和GND向設(shè)備提供電源的。主機(jī)對(duì)連接的USB設(shè)備提供電源供其使用，而每個(gè)USB設(shè)備也能夠有自己的電源。

咱們的USB大樹要想茁長成長也離不開USB協(xié)議。USB總線是一個(gè)單主方式的實(shí)現(xiàn)，是一種輪詢方式的總線。2.0協(xié)議規(guī)定所有的數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)發(fā)起，host controller初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸，各種設(shè)備緊緊圍繞在主機(jī)周圍。

USB通信最基本的形式是通過USB設(shè)備里一個(gè)叫 endpoint 的東東，而主機(jī)和endpoint之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過 pipe 。有關(guān) endpoint 和 pipe ，復(fù)旦人甲同樣也有精辟的見解：endpoint就是通信的發(fā)送或者接收點(diǎn)，你要發(fā)送數(shù)據(jù)，那你只要把數(shù)據(jù)發(fā)送到正確的端點(diǎn)那里就可以了。之所以U盤有兩個(gè) bulk 端點(diǎn)，是因?yàn)槎它c(diǎn)也是有方向的，一個(gè)叫做 Bulk? in，一個(gè)叫做 Bulk? out，從usb主機(jī)到設(shè)備稱為out，從設(shè)備到主機(jī)稱為in。而管道，實(shí)際上只是為了讓我們能夠找到端點(diǎn)，就相當(dāng)于我們?nèi)粘Ｕf的郵編地址，比如一個(gè)國家，為了通信，我們必須給各個(gè)地方取名，完了給各條大大小小的路取名，比如你要揭發(fā)你們那里的官員腐敗，你要去上訪，你從某偏僻的小縣城出發(fā)，要到北京來上訪，那你的這個(gè)端點(diǎn)(endpoint)就是北京，而你得知道你來北京的路線，那這個(gè)從你們縣城到北京的路線就算一條管道。有人好奇的問了，管道應(yīng)該有兩端吧，一個(gè)端點(diǎn)是北京，那另一個(gè)端點(diǎn)呢?答案是，這條管道有些特殊，就比如上訪，我們只需要知道一端是北京，而另一端是哪里無所謂，因?yàn)椴还苣阍谀睦锬愣嫉玫奖本﹣砩显L。沒聽說過你在山西你可以上訪，你要在寧夏還不能上訪了，沒這事對(duì)吧。嚴(yán)格來說，管道的另一端應(yīng)該是usb主機(jī)，即前面說的那個(gè)host，usb協(xié)議里邊也是這么說的，協(xié)議里邊說pipes代表著一種能力，怎樣一種能力呢，在主機(jī)和設(shè)備上的端點(diǎn)之間移動(dòng)數(shù)據(jù),聽上去挺玄的。

端點(diǎn)不但是有方向的，而且這個(gè)方向還是確定的，或者in，或者out，沒有又是in又是out的。你到北京就叫上訪，北京的下來就叫慰問。有沒有特殊的呢，看你怎么去理解0號(hào)端點(diǎn)了，協(xié)議里規(guī)定了，所有的USB設(shè)備必須具有端點(diǎn)0，它可以作為in端點(diǎn)，也可以作為out端點(diǎn)，USB系統(tǒng)軟件利用它來實(shí)現(xiàn)缺省的控制管道，從而控制設(shè)備。端點(diǎn)也是限量供應(yīng)的，不是想有多少就有多少的，除了端點(diǎn)0，低速設(shè)備最多只能擁有2個(gè)端點(diǎn)，高速設(shè)備也最多只能擁有15個(gè)in端點(diǎn)和15個(gè)out端點(diǎn)。這些端點(diǎn)在設(shè)備內(nèi)部都有唯一的端點(diǎn)號(hào)，這個(gè)端點(diǎn)號(hào)是在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)指定的。

為什么端點(diǎn)0就非要那么的個(gè)性那？這還是有內(nèi)在原因的。管道的通信方式其實(shí)有兩種，一種是stream的，一種是message的，message管道要求從它那兒過的數(shù)據(jù)必須具有一定的格式，不是隨便傳的，因?yàn)樗饕褪怯糜谥鳈C(jī)向設(shè)備請(qǐng)求信息的，必須得讓設(shè)備明白請(qǐng)求的是什么。而stream管道就沒這么苛刻，要隨和多了，它對(duì)數(shù)據(jù)沒有特殊的要求。協(xié)議里說，message管道必須對(duì)應(yīng)兩個(gè)相同號(hào)碼的端點(diǎn)，一個(gè)用來in，一個(gè)用來out，咱們的缺省管道就是message管道，當(dāng)然，與缺省管道對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)0就必須是兩個(gè)具有同樣端點(diǎn)號(hào)0的端點(diǎn)。

USB endpoint有四種類型，分別對(duì)應(yīng)了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。它們是控制傳輸（Control Transfers），中斷傳輸（Interrupt Data Transfers），批量傳輸(Bulk Data Transfers)，等時(shí)傳輸(Isochronous Data Transfers)?？刂苽鬏斢脕砜刂茖?duì)USB設(shè)備不同部分的訪問，通常用于配置設(shè)備，獲取設(shè)備信息，發(fā)送命令到設(shè)備，或者獲取設(shè)備的狀態(tài)報(bào)告?？傊褪怯脕韨魉涂刂菩畔⒌?#xff0c;每個(gè)USB設(shè)備都會(huì)有一個(gè)endpoint 0的控制端點(diǎn)，內(nèi)核里的USB core使用它在設(shè)備插入時(shí)進(jìn)行設(shè)備的配置。

中斷傳輸用來以一個(gè)固定的速率傳送少量的數(shù)據(jù)，USB鍵盤和USB鼠標(biāo)使用的就是這種方式，USB的觸摸屏也是，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包含了坐標(biāo)信息。

批量傳輸用來傳輸大量的數(shù)據(jù)，確保沒有數(shù)據(jù)丟失，并不保證在特定的時(shí)間內(nèi)完成。U盤使用的就是批量傳輸，咱們用它備份數(shù)據(jù)時(shí)需要確保數(shù)據(jù)不能丟，而且也不能指望它能在一個(gè)固定的比較快的時(shí)間內(nèi)拷貝完。

等時(shí)傳輸同樣用來傳輸大量的數(shù)據(jù)，但并不保證數(shù)據(jù)是否到達(dá)，以穩(wěn)定的速率發(fā)送和接收實(shí)時(shí)的信息，對(duì)傳送延遲非常敏感。顯然是用于音頻和視頻一類的設(shè)備，這類設(shè)備期望能夠有個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流，比如你在網(wǎng)上QQ視頻聊天，肯定希望每分鐘傳輸?shù)膱D像/聲音速率是比較穩(wěn)定的，不能說這一分鐘對(duì)方看到你在向她向你深情表白，可是下一分鐘卻看見畫面停滯在那里，只能看到你那傻樣一動(dòng)不動(dòng)，你說這不浪費(fèi)感情嘛。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux那些事儿 之 戏说USB(3)我是一棵树的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。