USB基本架构与总线架构

    如图1所示，一般USB系统的基本架构可以分为3个主要的部分： 　　

    ·USB主机控制器／根集线器； 　　

    ·USB集线器； 　　

    ·USB设备。

　　图1 USB基本架构 　　

    1．USB主机控制器／根集线器 　　

    所有在USB系统上沟通都是在软件控制下由PC主机激活的。主机硬件包括USB主机控制器（USB host controller）与USB根集线器（USB root hub）两种。

如图2所示，在用户计算机上的系统属性的“设各管理器”中所显示的“通用串行总线控制器”内，包含了下列所示的两组项目： 　　

·Standard Universal PCI to USB H°st Controller——USB主机控制器； 　　

·USB Root Hub——USB根集线器。

　　图2 设备管理器下的USB所包含的项目 　　

当然，大部分的计算机仅有一组而已。若在操作系统中，未涵盖类似的设各信息画面，则代表此主机并未支持USB接口。用户可能就必须另外购置USB接口的扩充卡来加以使用。而笔记本电脑则须使用PCMCIA接口的扩充卡。相同的方式，若用户须要将原先USB 1．1主机控制器的规范升级为USB 2．0，也同样须购置USB 2．0的扩充卡。

如图3所示，为Windows 2000下的“设各管理器”，在“通用串行总线控制器”所包含的USB 2．0主机控制器的项目。

　　图3 “设备管理器凵下的“通用串行总线控制器”所包含的项目（USB 2．0） 　　

而其相关的功能说明如下所列： 　　

·USB主机控制器——负责激活USB系统上的处理动作，简而言之，就是整个USB系统的大脑。目前依USB开发的进度，有“OHC—Open Host Controllet开放式主机控制器”与“UHC—Universal Host Controller通用式主机控匍器”两种。这两种主机控制器的功能完全是一样的，只是内部的运作方法稍有不同而已。在Microsoft的Windows系统上，这两种主机控制器都被支持，用户只须知道有这两种控制器就行了。在新的USB 2．0规范下，则应用上述所提及的增强型主机控制器（Enhanced Host Controller Interface，EHCI）。

·USB根集线器——提供USB连接端口（俗称USB Port）给USB设各或USB集线器来使用。一部计算机可以同时连接127个USB设各，当然不可能由主机控制器去搜寻某个设备的地址，所以USB系统运用类似计算机存储数据的概念，有“根目录”、“子目录”、“次子目录”等分层方式；而主机控制器只要对根集线器下命令，然后再由根集线器传到正确的设各地址即可。

2．USB集线器 　　

若仅靠USB根集线器则不可能同时连接上127个USB外围设备，所以除了根集线器外，USB系统还支持额外的集线器。这些集线器的功用主要是提供另外的USB连接端口给用户串接设备，有点像网络的HUB集线器—样；而整个USB连接设备方式，有点像金字塔型的架构。每一个连接器上，呈现了一个USB接口。

对于1．x规范集线器来说，重复地接收在PC主机与设各两端的USB数据流，整合处理了电源管理，以及负责对各种状态与控制信息的响应。再者，也避免让全速的数据传输至低速的设各上。但是对于2．0规范集线器来说，做的事情就要比1．x规范的更多，更复杂了。当然，2．0规范集线器支持了高速的特性。此外，不仅只是重复地接收数据外，还必须负责切换低速、全速和高速的传输速率，以及执行其他的功能以确保总线的时间是充分有效地被运用分享。如图4所示，是USB 2．0集线器的示意图，其中，通过路由逻辑来连接设备至适当的路径上。此外，传输翻译器（TransactionTranslator，简称TT）掌握了低速／全速的数据交易，且用来激活数据交易分割的程序。其中，包含了两种分割数据交易的动作：起始分割与完成分割。对前者而言，主机会告诉集线器来起始全速／低速的数据交易；而后者则是主机询问集线器前面的全速／低速数据交易的结果。

  　　图4 USB 2．0集线器的架构 　　

3．USB设备 　　

USB设备，顾名思义，就是指各种类型的USB外围设各。依照目前USB产品的规范，可以将USB设各分为以下三种类型。

·全速设备（full－speed device）：如OCD、移动硬盘等设备。这些USB设备的传输速率最高为12 Mbps。

·低速设备（low speed device）：如键盘、鼠标等设各。这些USB设备的传输速率 　　最高为1．5 Mbps。除了速度低于全／高速设各之外，低速设各在某些USB的支持上也受限制，例如：当主机控制器在执行高速处理动作时，低速设备是没有反应的，此点可以避免高速的信号被送到低速的集线器上。

·高速设备（high speed device）：USB 2，0所提出的新规范，也应用在如CCD、移动硬盘等设各上。这些USB设各的传输速率最高为480 Mbps。

在这里，有些重要的观念要理清。通常所谓设各的定义是具备一种功能或集线器，但在此有些例外的情形存在，就是复合式（composrte）设各，它同时包含了集线器以及一个或更多的功能。基本上，主机即可视为这种复合式设备，因其集线器与其功能是具有个别实体设各的。由于每一个设各在该总线上拥有其独立的地址，因此对这种复合 　　式设备，它的每一个集线器与功能都有独立的地址。

另一个重要的设各是多元式（compound）设各。它是多功能的设各，具各了多重、独立的接口，且仅具各一个独立的地址，但是，这种设各却可以根据不同的接口而拥有主机上不同的设备驱动程序。以下，做个简单的比较。

1．复合式设备（composite device） 　　

多组接口，每一个接口相互独立，且都具各不同的驱动程序；但仅具各一个USB地址。例如，具备CCD与照相机功能的USB复合式设各。

2．多元式设备（compound device） 　　

分别功能的集合，每一个具各不同的USB地址，且连接至内部的集线器。例如，将键盘与轨迹球整合在一个产品的包装下。