USB通信存储测试中的应用通信工程类外文翻译中英文翻译.docx
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USB通信存储测试中的应用通信工程类外文翻译中英文翻译
英文翻译
USB的互连支持数据在USB主机与USB设备之间的流动。
这一章主要讲述为了简化主机上的客户软件（Softwareclient）与设备的功能部件（function）之间的通信而必须的主机接口（hostinterface）。
在本章中所涉及的具体实现部份并不是必要的，这些实现部份是作为例子来阐述在响应USB设备请求时的主机系统的行为。
只要USB设备并不感觉到主机行为的改变，USB主机完全可以提供一个不同的软件系统实现方法。
10.1USB主机概况
10.1.1概论
图10-1展示了USB通信模型之间基本的信息流与互连关系：
逻辑的信息流实际的信息流
图10-1通信模型层次关系图
由图10-1可见，主机与设备都被划分成不同的层次。
主机上垂直的箭头是实际的信息流。
设备上对应的接口是基于不同实现的。
在主机与设备之间的所有通信最终都是通过USB的电缆进行，然而，在上层的水平层之间存在逻辑的主机—设备信息流。
主机上的客户软件和设备功能部件之间的通信是基于实际的应用需求及设备所能提供的能力。
客户软件与功能部件之间的透明通信的要求，决定主机和设备下层部件的功能以及它们的界面（interface）
这一章从主机的角度来描述上述的通信模型，图10-2描述了从主机角度看到的它与设备的连接。
主机在整个USB系统中是唯一的，它包括如下几个层次。
·USB总线接口
·USB系统（USBSystem）
·USB客户（Client）
其中，USB总线接口处理电气及协议层的互连（详见第7章及第8章）。
从互连的角度看，USB设备和USB主机都提供类似的USB总线接口，如串行接口引擎（SerialInterfaceEngineSIE）。
由于主机在USB系统中的特殊性，USB主机上的总线接口还必须具备主机控制器的功能（HostController），主机控制器具有一个内集成的集线器（根集线器）提供与USB电缆的连接。
USB系统（USBSystem）使用主机控制器来管理主机与USB设备的数据传输。
USB系统与主机控制器之间的界面基于主机控制器的硬件特性。
USB系统层相对于主机控制器而言，处理的是以客户观点见到的数据传输及客户与设备的交互。
这包括附加的USB信息，比如协议头（ProtocolWrappers）。
USB系统还必须管理USB的系统资源，以使得客户的访问成为可能。
通道组（到某一接口）
IRPS配置信息
标准通道（到缺省端口地址）
硬件定义
USB电缆
通道，代表相应层之间连接的抽象
图10-2主机通信图
USB系统有三个主要组成部份:
·主机控制器驱动（HostControllerDriver）
·USB驱动（USBDriver）
·主机软件（hostsoftware）
主机控制器驱动的存在，方便地将各种不同的主机控制器实现映射到USB系统，客户可以不必知道设备到底接在哪个主机控制器上就能同设备进行通信。
USB驱动提供了基本的面向客户的主机界面。
在HCD与USB之间的接口称为主机控制器驱动接口（HostControllerDriverInterfaceHCDI）。
这层接口不能被客户直接访问，所以也不是由USB具体来完成的。
一个典型的HCDI是由支撑各种不同主机控制器的操作系统来定义的。
USBD提供I/O请求包（I/ORequestPackets）形式的数据传输，以某一特定通道来传输数据。
另外，USBD为它的客户提供一个容易被支配及配置的抽象的设备。
作为这种抽象的一部份，USBD拥有标准通道（参见第5章及第9章）对设备进行一些标准的控制。
这标准通道实现了USBD与抽象设备之间的逻辑通信。
（见图10-2）
在有些操作系统中，提供了额外的非USB系统软件以支持设备的配置及设备驱动程序的加载。
在这样的操作系统中，设备驱动程序应使用提供的主机软件接口而不是直接访问USBDI。
客户层描述的是直接与USB设备进行交互所需要的软件包。
当所有的设备都已连上系统时，这些客户就可以直接通设备进行通信。
一个客户不能直接访问设备的硬件。
该言之，主机可提供如下的功能
·检测USB设备的连接与断开。
·管理主机与设备之间的标准控制流。
·管理主机与设备之间的数据流。
·收集状态及一些活动的统计数字。
·控制主机控制器与USB设备的电气接口，包括提供有限的能源。
在下面的章节中，我们将较细的阐述USBDI所能提供的功能。
对于特定的主机平台与操作系统下的实现接口请参照相关的操作系统手册。
所有的集线器都通过状态改变通道报告它的状态的改变，其中包括设备的连上与断开等。
USBD的一类特殊客户即：
集线器驱动器拥有这些状态改变通道，接收这些状态的改变。
对于像设备连结这种状态改变，集线器驱动器将加载设备的驱动程序。
在有些系统中，这种集线器驱动程序是操作系统提供的主机软件的一部份，它用来管理设备。
10．1.2控制机构
控制信号可通过带内信号（in-band-singling）及带外信号（out-of-bard-signaling）两种方式在主机与设备之间传输。
带内信号将控制信息及数据信息混在一起用同一通道传输，以至于主机根本就没有觉察到。
而外带信号是通过单独的通道进行传输。
任何一个已连接的设备都有一个标准的信息通道，即标准通道。
这个主机与设备之间的逻辑的连接用于传输USB的标准控制信息，比如对设备的配置信息等。
这些标准通道为USB的设备提供了标准的接口，它也可以用来进行基于特定设备而不同的通信，这些通信由拥有所有这些通道的USBD作媒介。
一些特定的设备可能允许使用额外的信息通道来传输特定设备的控制信息。
这些额外的信息通道与标准通道使用同样的协议，但是传递的信息是基于特定的设备的，也不是由USB具体标准化的。
USBD支持和它的客户共享使用标准通道，它还提供给客户与设备相连的其它控制通道的访问。
10.1.3数据流
主机控制器在主机与USB设备之间传递数据。
这些数据被看作连续的字节流。
USB支持4种形式的数据传输
·控制传输。
·同步传输。
·中断传输。
·块传输。
有关于传输方式的额外信息请参见第5章
每个设备具有一到多个界面以用于客户与设备之间的数据传输。
每个接口由一到多个在客户及设备端点之间独立传输的通道组成。
USBD根据主机软件的请求来初始化这些通道和接口。
当这些配置请求提出后，主机控制器将基于主机软件所提供的参数来提供服务。
每个通道基于数据传输模式和请求的有如下几个特性：
·数据传输的频率。
·数据是以恒定速率提供还是随机出现的。
·在数据传输前可延迟的时间。
·在传输过程中数据的丢失是否是具有灾难性。
USB设备的端口描述了与之相连接的通道的特性。
USB设备端口的特性的具体描述可参照第9章。
10.1.4收集状态及活动统计数据
作为普通的为所有主机与设备之间的控制流与数据流服务的USB系统与主机控制器，一直处于随时接收状态变化及活动信息的状态，以使软件能及时接收并处理这些状态的变化。
这里并不具体讲述需要被跟踪的状态信息及这些状态信息的特殊的格式。
10.1.5电气接口因素
主机为连在集线器上的USB设备提供能量。
一个集线器口所能提供的能量具体值在第七章有详细说明。
10.2主机控制器功能
在所有的实现中，主机控制器都必须提供基本相同的功能。
主机控制器对主机及设备来讲都必须满足一定的要求。
下面是主机控制器所提供的功能的概况。
每种功能在下面的小节中还有具体的说明。
1状态处理（StateHandling）作为主机的一部份，主机控制器报告及管理它的状态。
2串行化与反串行化对于从主机输出的数据，主机控制器将协议及数据信息从它原始形状转换为字位流。
而对于主机接收的数据主机控制器进行反向操作。
3帧产生（FrameGeneration）主机控制器以每1ms为单位产生SOF标志包。
4数据处理主机控制器处理从主机输入输出数据的请求。
5协议引擎主机控制器支持USB具体规定的协议
6传输差错控制所有的主机控制器在发现和处理已定义的错误时展现相似的行为。
7远程唤醒所有的主机控制器都应具有将总线置于挂起状态及在远程唤醒事件下重新启动的能力。
8集线器集线器提供了标准的将多个USB设备连到主机控制器的功能。
9主机系统接口主机控制器在主机系统控制器之间建立一个高速的数据通道。
下面的各节将对上面提到的各功能进行详细的讨论。
10.2.1状态处理
主机控制器具有一系列USB系统管理的状态。
另外，主机控制器为下面两个与USB有关的部份提供接口。
·状态改变传播
·根集线器
根集线器提供与其它USB设备一样的标准状态给集线器驱动器。
有关USB状态与其它之间的相互关系的详细讨论请参照第7章。
主机控制器的总的状态与根集线器及总体的USB密不可分。
任何一个对设备来说可见的状态的改变都应反映设备状态的相应改变。
从而保证主机控制器与设备之间的状态是一致的。
USB设备通过使用恢复信号请求唤醒，使设备回利已配置的状态。
主机控制器本身也可以通过同样的方法产生一个恢复事件。
主机控制器通过使用该实现系统的某种机制来通知主机的其它部份已产生了一个恢复事件。
10.2.2串行化与反串行化
通过物理上的传输是以字位流的形式出现的。
不管是作为主机的一部份，还是作为设备的一部份，串行接口引擎（STE）处理USB传输过程中的串行化与文串行化工作。
在主机上，串行接口引擎是主机控制器的一部份。
ThebasicflowandinterrelationshipsoftheUSBcommunicationsmodelareshowninFigure10-1
Figure10-1.InterlayerCommunicationsModel
ThehostandthedevicearedividedintothedistinctlayersdepictedinFigure10-1.Verticalarrows
indicatetheactualcommunicationonthehost.Thecorrespondinginterfacesonthedeviceare
implementation-specific.Allcommunicationsbetweenthehostanddeviceultimatelyoccuronthe
physicalUSBwire.However,therearelogicalhost-deviceinterfacesbetweeneachhorizontallayer.
Thesecommunications,betweenclientsoftwareresidentonthehostandthefunctionprovidedbythe
device,aretypifiedbyacontractbasedontheneedsoftheapplicationcurrentlyusingthedeviceandthe
capabilitiesprovidedbythedevice.
Thisclient-functioninteractioncreatestherequirementsforalloftheunderlyinglayersandtheirinterfaces.
UniversalSerialBusSpecificationRevision1.1
208
Thischapterdescribesthismodelfromthepointofviewofthehostanditslayers.Figure10-2describes,
basedontheoverallviewintroducedinChapter5,thehost’sviewofitscommunicationwiththedevice.
Figure10-2.HostCommunications
UniversalSerialBusSpecificationRevision1.1
209
ThereisonlyonehostforeachUSB.Themajorlayersofahostconsistofthefollowing:
_USBbusinterface
_USBSystem
_Client.
TheUSBbusinterfacehandlesinteractionsfortheelectricalandprotocollayers（refertoChapter7and
Chapter8）.Fromtheinterconnectpointofview,asimilarUSBbusinterfaceisprovidedbyboththeUSB
deviceandthehost,asexemplifiedbytheSerialInterfaceEngine（SIE）.Onthehost,however,theUSB
businterfacehasadditionalresponsibilitiesduetotheuniqueroleofthehostontheUSBandis
implementedastheHostController.TheHostControllerhasanintegratedroothubprovidingattachment
pointstotheUSBwire.
TheUSBSystemusestheHostControllertomanagedatatransfersbetweenthehostandUSBdevices.
TheinterfacebetweentheUSBSystemandtheHostControllerisdependentonthehardwaredefinitionof
theHostController.TheUSBSystem,inconcertwiththeHostController,performsthetranslation
betweentheclient’sviewofdatatransfersandtheUSBtransactionsappearingontheinterconnect.This
includestheadditionofanyUSBfeaturesupportsuchasprotocolwrappers.TheUSBSystemisalso
responsibleformanagingUSBresources,suchasbandwidthandbuspower,sothatclientaccesstothe
USBispossible.
TheUSBSystemhasthreebasiccomponents:
_HostControllerDriver
_USBDriver
_HostSoftware.
TheHostControllerDriver（HCD）existstomoreeasilymapthevariousHostControllerimplementations
intotheUSBSystem,suchthataclientcaninteractwithitsdevicewithoutknowingtowhichHost
Controllerthedeviceisconnected.TheUSBDriver（USBD）providesthebasichostinterface（USBDI）for
clientstoUSBdevices.TheinterfacebetweentheHCDandtheUSBDisknownastheHostController
DriverInterface（HCDI）.Thisinterfaceisneveravailabledirectlytoclientsandthusisnotdefinedbythe
USBSpecification.AparticularHCDIis,however,definedbyeachoperatingsystemthatsupportsvarious
HostControllerimplementations.
TheUSBDprovidesdatatransfermechanismsintheformofI/ORequestPackets（IRPs）,whichconsistof
arequesttotransportdataacrossaspecificpipe.Inadditiontoprovidingdatatransfermechanisms,the
USBDisresponsibleforpresentingtoitsclientsanabstractionofaUSBdevicethatcanbemanipulatedfor
configurationandstatemanagement.Aspartofthisabstraction,theUSBDownsthedefaultpipe（see
Chapter5andChapter9）throughwhichallUSBdevicesareaccessedforthepurposesofstandardUSB
control.ThisdefaultpiperepresentsalogicalcommunicationbetweentheUSBDandtheabstractionofa
USBdeviceasshowninFigure10-2.
Insomeoperatingsystems,additionalnon-USBSystemSoftwareisavailablethatprovidesconfiguration
andloadingmechanismstodevicedrivers.Insuchoperatingsystems,thedevicedrivershallusethe
providedinterfacesinsteadofdirectlyaccessingtheUSBDImechanisms.
TheclientlayerdescribesallthesoftwareentitiesthatareresponsiblefordirectlyinteractingwithUSB
devices.Wheneachdeviceisattachedtothesystem,theseclientsmightinteractdirectlywiththe
peripheralhardware.ThesharedcharacteristicsoftheUSBplaceUSBSystemSoftwarebetweentheclient
anditsdevice;thatis,aclientcannotdirectlyaccessthedevice’shardware.
UniversalSerialBusSpecificationRevision1.1
210
Overall,thehostlayersprovidethefollowingcapabilities:
_DetectingtheattachmentandremovalofUSBdevices
_ManagingUSBstandardcontrolflowbetweenthehostandUSBdevices
_ManagingdataflowbetweenthehostandUSBdevices
_Collectingstatusandactivitystatistics
_ControllingtheelectricalinterfacebetweentheHostControllerandUSBdevices,includingthe
provisionofalimitedamountofpower.
ThefollowingsectionsdescribetheseresponsibilitiesandtherequirementsplacedontheUSBDIingreater
detail.Theactualinterfacesusedforaspecificcombinationofhostplatformandoperatingsystemare
describedintheappropriateoperatingsystemenvironmentguide.
Allhubs（seeChapter11）reportinternalstatuschangesandtheirportchangestatusviathestatuschange
pipe.ThisincludesanotificationofwhenaUSBdeviceisattachedtoorremovedfromoneoftheirports.
AUSBDclientgenericallyknownasthehubdriverreceivesthesenotificationsasownerofthehub’s
StatusChangepipe.Fordeviceattachments,the
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