2.1.2 USB 的总线拓扑结构

　　整个USB总线拓扑体系由三个元素组成：主机（Host）、集线器（Hub）和设备（device）。USB设备是通过USB总线连接到USB主机上的。整个USB的物理连接是一个菊链式星型拓扑结构，如图2-1所示。图2-1 USB总线拓扑图

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　　每个USB的系统有且只有一个主机，它负责管理整个USB系统，包括USB设备的连接与删除、主机与USB 设备的通信、总路线的控制等等。主机端有一个根集线器，可提供一个或多个USB下行端口。每个端口可以连接一个USB集线器或一个USB设备。以HOST-ROOT HUB为起点，最多支持7层（Tier），也就是说任何一个USB系统中最多可以允许5个USB集线器级联。一个复合设备（Compound Device）将同时占据两层或更多的层。USB集线器是用于USB端口扩展的，即USB 集线器可以将一个USB端口扩展为多个端口。图2-1中的每个功能设备（Func)就是一个USB设备，如USB键盘、USB鼠标、USB MODEM、USB硬盘等等。复合设备是指带一个集线器和一个或多个不可删除的USB设备的复合设备。一个USB系统可连接多达127个设备。

　　理论上，一个USB主控制器最多可接127个设备，这是由数据包中的7位地址位决定的，但是实际上不会接这么多的设备。一个USB主控制器可以连接多个USB设备，并不是直接简单的将多个设备并联或者串联，而是要由集线器负责端口扩展，才能连接更多的设备。在我们的电脑上，也有一个（或者多个，视USB主控制器的个数而定）集线器，它叫做根集线器，直接连在USB主控制器上。

　　2.1.3 USB系统分层

　　为了便于理解主机和USB设备间的数据传输机制，图2-2对USB系统的分层结构进行了更为详细的描述。从逻辑上看，客户软件通过一组管道来与USB设备的功能单元进行通信；USB系统软件和USB逻辑设备间的通信是通过缺省控制管道0来实现的；所有实际的USB数据传输是由主机和USB的串行接口引擎(SIE)来完成的。

　　各应用软件-功能设备对之间的通讯相互独立，应用软件通过USB 设备驱动程序(USBD)发起IRQ 请求，请求数据传输。主机控制器驱动程序（HCD）接收IRQ 请求，并解析成为USB传输和传输事务（Transaction），并对USB 系统中的所有传输事务进行任务排定（因为可能同时有多个应用软件发起IRQ 请求）。主机控制器（Host Controller）执行排定的传输任务，在同一条共享的USB 总线上进行数据包的传输。

　　图2-2 USB系统分层2.1.4 USB的编码方式

　　对于一个设备而言，不仅要无误的接收主机端送来的数据，更要正确的发出响应信号，因此，在D＋与D－差动数据线上就必须采用一种特别的编码方式再加以传送出去，以解决在USB线缆所产生信号延迟及误差等问题。USB采用NRZI（Non return to zero invert）的编码方式，无需同步的时钟信号也能产生同步的数据存取。NRZI的编码规则是：当数据为“1”时不转换，为“0”时再作转换。图2-3是NRZI编码的一个实例。

　　图2-3 NRZI编码

　　但是NRZI编码方式容易出现“塞车”现象。所以需要执行“位填塞”工作。即连续6个“1”后填一个“0”。因此在发送端作数据传输之前，需要先执行位填塞和NRZI编码，而在

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