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微控制器USB的技术及应用入门

作者: 工业和信息化部人才交流中心

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2018-07

版次: 1

ISBN: 9787121345869

定价: 68.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 计算机与互联网

49人买过

随着物联时代的到来，预计微控制器将迎来新一轮高成长周期，推动其相关技术进一步高速发展，尤其是连接和安全技术。USB技术因为其通用和简单易用性，已经在微控制器领域得到了广泛的普及和应用。在即将到来的万物互联时代，USB作为通用的串行连接技术，尤其在中高端消费或者工业领域，将继续成为不可或缺的微控制器组件。本书将从USB基础及协议入手，由浅入深逐步介绍USB的硬件技术和常用的设备类应用开发，并结合微控制器的典型软件开发包SDK，剖析核心USB协议栈，给出应用开发实例。*后的高级篇将重点介绍USB兼容性测试流程以及注意事项。工业和信息化部人才交流中心（以下简称中心）创建于1985年1月，1992年10月成为独立事业法人单位，工业和信息化部所属的党政机关一类事业单位(正局级)，是经中央机构编制委员会办公室批准，国家事业单位登记管理局注册登记，是工业和信息化部在人才培养、人才交流、智力引进、国际交流、会议展览等方面的支撑机构；也是人力资源和社会保障部、工业和信息化部“全国信息专业技术人才知识更新工程”及“信息化工程师”项目实施承办单位。第1章  USB基础及协议概述1

1.1  简介2

1.1.1  背景2

1.1.2  USB的特点2

1.2  系统架构4

1.2.1  USB总线架构4

1.2.2  USB主机和设备5

1.2.3  USB分层结构6

1.2.4  USB物理连接7

1.2.5  USB2.0电气特性9

1.2.6  USB2.0设备速度的识别10

1.2.7  USB2.0电源11

1.3  USB2.0事务处理及数据传输12

1.3.1  包13

1.3.2  事务15

1.4  USB2.0数据传输类型15

1.4.1  控制传输16

1.4.2  批量传输19

1.4.3  中断传输21

1.4.4  同步传输22

1.5  USB2.0设备24

1.5.1  USB设备状态24

1.5.2  USB总线枚举27

1.5.3  描述符27

1.5.4  设备请求35

1.5.5  枚举过程38

1.6  USB2.0主机40

1.6.1  USB主机结构40

1.6.2  USB主控制器功能42

1.6.3  客户软件45

1.6.4  系统软件46

1.6.5  主控制器驱动程序48

1.6.6  总线驱动程序49

1.6.7  嵌入式USB主机控制器51

1.7  USB调试辅助工具51

1.7.1  Bus Hound52

1.7.2  Ellisys的USB Explorer系列52

1.7.3  LeCroy的Mercury系列54

第2章  USB硬件设计55

2.1  USB接口简介56

2.2  USB电气特性58

2.2.1  低速USB驱动器电气特性59

2.2.2  全速USB驱动器电气特性60

2.2.3  高速USB驱动器电气特性63

2.2.4  低速和全速接收器特性63

2.2.5  器件速度识别64

2.2.6  信号电平65

2.2.7  数据编码/解码66

2.2.8  电源分布68

2.2.9  电压跌落要求71

2.2.10  信号质量的评定72

2.3  USB电路设计72

2.3.1  设备73

2.3.2  主机74

2.3.3  OTG应用74

2.3.4  USB信号的防护75

2.3.5  信号完整性电路设计76

2.4  硬件电路常见的问题77

第3章  基于SDK的USB协议栈79

3.1  简介80

3.2  Device协议栈81

3.2.1  协议栈架构81

3.2.2  协议栈初始化流程82

3.2.3  协议栈工作流程86

3.2.4  协议栈接口91

3.2.5  控制器驱动接口95

3.2.6  HID类接口97

3.2.7  MSC类接口98

3.2.8  CDC类接口98

3.2.9  Audio类接口99

3.2.10  Video类接口100

3.3  Host协议栈101

3.3.1  协议栈架构101

3.3.2  协议栈初始化流程102

3.3.3  协议栈工作流程104

3.3.4  Host驱动接口107

3.3.5  控制器驱动接口113

3.3.6  HID类接口115

3.3.7  MSC类接口116

3.3.8  CDC类接口117

3.3.9  Audio类接口118

第4章  USB HID类应用开发119

4.1  简介120

4.1.1  什么是HID120

4.1.2  HID类120

4.1.3  子类及编码121

4.1.4  协议编码121

4.1.5  接口122

4.2  描述符及请求123

4.2.1  基础知识123

4.2.2  描述符127

4.2.3  请求133

4.3  代码实例139

4.3.1  工程关键文件及代码介绍139

4.3.2  运行工程查看结果144

4.3.3  枚举过程详细解析144

4.3.4  报告过程详细解析150

4.4  HID类的其他应用151

第5章  USB MSC类应用开发152

5.1  简介153

5.1.1  MSC设备的一般工作流程154

5.1.2  USB MSC协议简介155

5.2  请求及描述符156

5.2.1  MSC设备接口描述符156

5.2.2  MSC设备端点描述符157

5.2.3  MSC类标准请求157

5.2.4  Buck-Only Transport协议的数据流模型160

5.2.5  批量数据的传输具体细节163

5.3  代码实例173

5.3.1  MSC设备入门例程173

5.3.2  SD卡读卡器例程176

第6章  USB CDC类应用开发178

6.1  简介179

6.1.1  USB CDC类180

6.1.2  CDC类设备的组成180

6.2  请求及描述符181

6.2.1  CDC设备配置描述符181

6.2.2  通信接口描述符182

6.2.3  数据接口描述符186

6.2.4  CDC类请求187

6.3  代码实例189

第7章  USB Audio类应用开发192

7.1  简介193

7.1.1  音频接口集与音频接口关联194

7.1.2  音频接口类、子类及协议195

7.1.3  音频功能类别196

7.1.4  音频同步类型196

7.1.5  声道间同步197

7.1.6  音频功能拓扑198

7.1.7  编码与解码206

7.1.8  复制保护206

7.1.9  操作模型206

7.2  描述符、请求与中断208

7.2.1  描述符208

7.2.2  请求221

7.2.3  中断230

7.3  代码实例232

7.3.1  SDK USB音频类应用232

7.3.2  SDK USB音频类的实现233

第8章  USB组合类应用开发235

8.1  简介236

8.2  请求及描述符237

8.2.1  设备描述符的修改238

8.2.2  使用IAD时的用户编程模型238

8.2.3  接口联合描述符239

8.2.4  其他240

8.3  代码实例241

8.3.1  SDK中composite类例程241

8.3.2  U盘虚拟串口例程241

第9章  USB Hub应用开发244

9.1  简介245

9.2  请求与描述符246

9.2.1  标准描述符246

9.2.2  Hub描述符246

9.2.3  Hub请求247

9.3  SDK的实现249

9.3.1  主机识别Hub249

9.3.2  主机识别Hub上设备连接251

9.3.3  主机识别Hub上设备断开252

9.3.4  Hub转发传输253

第10章  USB兼容性测试261

10.1  简介262

10.2  测试要求262

10.2.1 测试设备263

10.2.2  测试软件265

10.3  电气测试流程266

10.3.1  低/全速USB测试266

10.3.2  高速USB测试272

10.3.3  主机高速信号测试278

10.4  常见问题和解决办法283

10.4.1  主设备信号质量测试283

10.4.2  USB信号布线284

10.4.3  ESD器件的影响285

10.4.4  USB收发器电气特性285

10.4.5  设备（全速）反向电压测试286

10.4.6  设备（全速）浪涌电流测试286

10.4.7  主机电压跌落测试287

参考文献289
内容简介:
随着物联时代的到来，预计微控制器将迎来新一轮高成长周期，推动其相关技术进一步高速发展，尤其是连接和安全技术。USB技术因为其通用和简单易用性，已经在微控制器领域得到了广泛的普及和应用。在即将到来的万物互联时代，USB作为通用的串行连接技术，尤其在中高端消费或者工业领域，将继续成为不可或缺的微控制器组件。本书将从USB基础及协议入手，由浅入深逐步介绍USB的硬件技术和常用的设备类应用开发，并结合微控制器的典型软件开发包SDK，剖析核心USB协议栈，给出应用开发实例。*后的高级篇将重点介绍USB兼容性测试流程以及注意事项。
作者简介:
工业和信息化部人才交流中心（以下简称中心）创建于1985年1月，1992年10月成为独立事业法人单位，工业和信息化部所属的党政机关一类事业单位(正局级)，是经中央机构编制委员会办公室批准，国家事业单位登记管理局注册登记，是工业和信息化部在人才培养、人才交流、智力引进、国际交流、会议展览等方面的支撑机构；也是人力资源和社会保障部、工业和信息化部“全国信息专业技术人才知识更新工程”及“信息化工程师”项目实施承办单位。
目录:
第1章  USB基础及协议概述1

1.1  简介2

1.1.1  背景2

1.1.2  USB的特点2

1.2  系统架构4

1.2.1  USB总线架构4

1.2.2  USB主机和设备5

1.2.3  USB分层结构6

1.2.4  USB物理连接7

1.2.5  USB2.0电气特性9

1.2.6  USB2.0设备速度的识别10

1.2.7  USB2.0电源11

1.3  USB2.0事务处理及数据传输12

1.3.1  包13

1.3.2  事务15

1.4  USB2.0数据传输类型15

1.4.1  控制传输16

1.4.2  批量传输19

1.4.3  中断传输21

1.4.4  同步传输22

1.5  USB2.0设备24

1.5.1  USB设备状态24

1.5.2  USB总线枚举27

1.5.3  描述符27

1.5.4  设备请求35

1.5.5  枚举过程38

1.6  USB2.0主机40

1.6.1  USB主机结构40

1.6.2  USB主控制器功能42

1.6.3  客户软件45

1.6.4  系统软件46

1.6.5  主控制器驱动程序48

1.6.6  总线驱动程序49

1.6.7  嵌入式USB主机控制器51

1.7  USB调试辅助工具51

1.7.1  Bus Hound52

1.7.2  Ellisys的USB Explorer系列52

1.7.3  LeCroy的Mercury系列54

第2章  USB硬件设计55

2.1  USB接口简介56

2.2  USB电气特性58

2.2.1  低速USB驱动器电气特性59

2.2.2  全速USB驱动器电气特性60

2.2.3  高速USB驱动器电气特性63

2.2.4  低速和全速接收器特性63

2.2.5  器件速度识别64

2.2.6  信号电平65

2.2.7  数据编码/解码66

2.2.8  电源分布68

2.2.9  电压跌落要求71

2.2.10  信号质量的评定72

2.3  USB电路设计72

2.3.1  设备73

2.3.2  主机74

2.3.3  OTG应用74

2.3.4  USB信号的防护75

2.3.5  信号完整性电路设计76

2.4  硬件电路常见的问题77

第3章  基于SDK的USB协议栈79

3.1  简介80

3.2  Device协议栈81

3.2.1  协议栈架构81

3.2.2  协议栈初始化流程82

3.2.3  协议栈工作流程86

3.2.4  协议栈接口91

3.2.5  控制器驱动接口95

3.2.6  HID类接口97

3.2.7  MSC类接口98

3.2.8  CDC类接口98

3.2.9  Audio类接口99

3.2.10  Video类接口100

3.3  Host协议栈101

3.3.1  协议栈架构101

3.3.2  协议栈初始化流程102

3.3.3  协议栈工作流程104

3.3.4  Host驱动接口107

3.3.5  控制器驱动接口113

3.3.6  HID类接口115

3.3.7  MSC类接口116

3.3.8  CDC类接口117

3.3.9  Audio类接口118

第4章  USB HID类应用开发119

4.1  简介120

4.1.1  什么是HID120

4.1.2  HID类120

4.1.3  子类及编码121

4.1.4  协议编码121

4.1.5  接口122

4.2  描述符及请求123

4.2.1  基础知识123

4.2.2  描述符127

4.2.3  请求133

4.3  代码实例139

4.3.1  工程关键文件及代码介绍139

4.3.2  运行工程查看结果144

4.3.3  枚举过程详细解析144

4.3.4  报告过程详细解析150

4.4  HID类的其他应用151

第5章  USB MSC类应用开发152

5.1  简介153

5.1.1  MSC设备的一般工作流程154

5.1.2  USB MSC协议简介155

5.2  请求及描述符156

5.2.1  MSC设备接口描述符156

5.2.2  MSC设备端点描述符157

5.2.3  MSC类标准请求157

5.2.4  Buck-Only Transport协议的数据流模型160

5.2.5  批量数据的传输具体细节163

5.3  代码实例173

5.3.1  MSC设备入门例程173

5.3.2  SD卡读卡器例程176

第6章  USB CDC类应用开发178

6.1  简介179

6.1.1  USB CDC类180

6.1.2  CDC类设备的组成180

6.2  请求及描述符181

6.2.1  CDC设备配置描述符181

6.2.2  通信接口描述符182

6.2.3  数据接口描述符186

6.2.4  CDC类请求187

6.3  代码实例189

第7章  USB Audio类应用开发192

7.1  简介193

7.1.1  音频接口集与音频接口关联194

7.1.2  音频接口类、子类及协议195

7.1.3  音频功能类别196

7.1.4  音频同步类型196

7.1.5  声道间同步197

7.1.6  音频功能拓扑198

7.1.7  编码与解码206

7.1.8  复制保护206

7.1.9  操作模型206

7.2  描述符、请求与中断208

7.2.1  描述符208

7.2.2  请求221

7.2.3  中断230

7.3  代码实例232

7.3.1  SDK USB音频类应用232

7.3.2  SDK USB音频类的实现233

第8章  USB组合类应用开发235

8.1  简介236

8.2  请求及描述符237

8.2.1  设备描述符的修改238

8.2.2  使用IAD时的用户编程模型238

8.2.3  接口联合描述符239

8.2.4  其他240

8.3  代码实例241

8.3.1  SDK中composite类例程241

8.3.2  U盘虚拟串口例程241

第9章  USB Hub应用开发244

9.1  简介245

9.2  请求与描述符246

9.2.1  标准描述符246

9.2.2  Hub描述符246

9.2.3  Hub请求247

9.3  SDK的实现249

9.3.1  主机识别Hub249

9.3.2  主机识别Hub上设备连接251

9.3.3  主机识别Hub上设备断开252

9.3.4  Hub转发传输253

第10章  USB兼容性测试261

10.1  简介262

10.2  测试要求262

10.2.1 测试设备263

10.2.2  测试软件265

10.3  电气测试流程266

10.3.1  低/全速USB测试266

10.3.2  高速USB测试272

10.3.3  主机高速信号测试278

10.4  常见问题和解决办法283

10.4.1  主设备信号质量测试283

10.4.2  USB信号布线284

10.4.3  ESD器件的影响285

10.4.4  USB收发器电气特性285

10.4.5  设备（全速）反向电压测试286

10.4.6  设备（全速）浪涌电流测试286

10.4.7  主机电压跌落测试287

参考文献289

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