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      規范與認證:USB設計的關鍵

      更新時間: 2006-03-30 17:28:01來源: 粵嵌教育瀏覽量:1500

              自從上世紀90年代中期出現以來,USB已在各種不同產品中采用, 其范圍從體積精巧的邏輯分析儀到堅固的瑞士軍刀再到USB熱帶魚缸, 這類電子魚缸能顯示栩栩如生的熱帶魚。但究竟是什么原因讓USB如此 強大?簡單的答案就是標準,其中又以USB規范重要。
              USB規范讓使用者掌握細節
              USB規范包含讓終使用者很容易應用USB的所有低階細節。這項 新規范為USB裝置定義了三種總線速度:低速(1.5Mbps)、全速(12Mbps) 和高速(480Mbps)。所有裝置速度都支持熱插拔,它們 多都能連接127部裝置,接頭和纜線的型號也完全相同。這些裝置 速度的區別在于系統成本:總線速度越大,系統成本就越高。
              全速和低速裝置都由USB1.1規范,高速裝置則列于2.0版,它 也是目前標準,這使得許多人誤將USB2.0和高速USB混為一談。 事實上,USB裝置速度和規范版本是不同的屬性,例如USB2.0全速 裝置的工作速度雖為12Mbps,但也符合USB2.0規范。
              USB裝置列舉是與總線速度密切相關的另一項重要概念。裝置列 舉的定義是:辨別總線所連接的裝置,并為其指定一個獨特編號。列 舉裝置時,首先會判斷裝置是在低速、全速或高速下操作,等到決定 了通信過程所使用的總線速度后,主機就會利用USB規范第九章所定 義的標準查詢命令向其詢問信息,目標裝置則會使用USB描述項響應 這些標準要求,讓主機知道該裝置的要求和能力以及所應加載的驅動 程序。當主機完成了裝置的組態設定,整個列舉過程就順利結束,裝 置則處于隨時可用的狀態;另一方面,若主機無法提供裝置所要求的 頻寬和電源,列舉動作就算失敗。
              USB規范還允許外圍裝置從主機汲取電源,這使得USB隨身聽之類 的小型可攜式裝置不需外接電源就能工作;除此之外,某些裝置會在 連接至主機時利用USB電源進行電池充電。通過同一條線纜傳送資料 和電源讓這些裝置的使用更簡單,更不容易發生故障,因為它們只有 一條電線與外界相連。其他裝置則只是通過USB汲取電源,它們完全 不使用數據信道,前述的USB熱帶魚缸就是個例子。在這些例子里, 通過USB汲取電源讓裝置更耐用,操作也更簡單,這些優點使它們的 價值更高。
              USB規范還包含多個稱為類別的延伸規格,它們對消費者極有價 值。這些已定義的裝置類別有著人們很熟悉的名稱,例如音訊、人機 界面和大量儲存裝置,它們可用來制造各種產品,例如喇叭、搖桿和 外接式硬盤。為特定的裝置類別定義標準界面后,主計算機就能以類 似方式與某個類別的所有裝置互傳信息,不必采用專屬存取方式;另 外,這些類別的驅動程序也多半會內建于操作系統,并隨其安裝到所 有個人計算機,因此類別驅動程序所支持的USB裝置在銷售給客戶時, 就不必附上驅動程序磁盤。這些產品只需較少的步驟就能完成安裝, 整個過程會變得更簡單,另一項優點是產品制造商不必再浪費資源開 發、供應和維護裝置驅動程序。除此之外,由于標準界面與操作系統 無關,因此同一部裝置可連接至執行Windows、MacO/S、Linux或其他 操作系統的任何計算機。
              開發USB裝置所需的步驟
              USB雖有許多優點,但開發一個認證合格的USB裝置需要哪些步驟? 首先是新產品的硬件設計,這個步驟會隨裝置種類的不同而有各種定 義,但通常都包含零件選擇、電路板布局和硬件制造———也就是硬 件設計程序的所有常見步驟,區別在于認證合格的USB產品會使 用認證合格的USB零件;對于絕大多數裝置,這表示它們會使用USB建 置論壇(USB implementer’s Forum,簡稱USB-IF),認 證合格的硅芯片方塊和纜線組件。
              下一步是軟件選擇,它與硬件設計的關系非常密切。這兩個步驟 的完成順序并不重要,因為它們彼此獨立。
              對于要求不是那么嚴格的產品,更快的方法是使用目標代碼鏈接 庫,由它將USB操作的細節隱藏起來,因此在設計項目初期就決 定鏈接庫的功能范圍。對于絕大多數設計而言,使用USB橋接器芯片 是簡單快速的方法。對于采用串行接口的既有設計,橋接器還可另 外使用虛擬串行端口裝置驅動程序,使得現有的上層主機程序仍能 繼續支持新型USB產品。
              產品設計結束后,就應進行USB兼容性測試,所有想使用USB標志 的產品都要接受這項測試,其用意是確保所有USB裝置的品質都符合 要求。這些測試不會驗證USB規范的每個部分,它們的目的只是提供 合理的可接受度量測值。產品接受測試的方法有兩種:參加USB- IF贊助的兼容性測試大會或將產品交給已經核準的私人測試實驗 室。若產品通過兼容性測試,它就會列入USB整合廠商清單,獲得一 個TID編號,并有權使用USB標志。
              USB外圍裝置的認證測試可分為三大類。首先是電氣特性測試, 驗證產品在不同應用架構下的訊號品質。接著是功能測試,用來檢查 較高階的產品細節,例如對于標準要求的支持程度和裝置列舉功能。 則是產品互用性測試,用來決定受測產品與其他USB裝置的互動 情形。
              窗口硬件品質實驗室(簡稱WHQL)會針對Windows操作系統 的裝置及裝置驅動程序提供額外認證程序。
              USB是否會像放大鏡或羅盤一樣對人類產生長久深遠的影響?或 許不會,但你很快就會在所購買的折疊式救生刀上看到這種裝置。廠 商正不斷尋找新方法利用現有規范或于必要時為其增加新內容,另外 還有幾項要點值得USB新手牢記在心,因為當您想要精密調整新設計 的其他功能時,這些要點或許能為您省下許多寶貴時間:根據項目需 求來選擇軟件策略,并且使用已通過認證的零件;另外在終產 品的測試套件里增加部分或所有的規格兼容性測試程序,這不但對確 保產品通過認證極有益處,還能讓問題浮現,使得產品的品質獲得改 善。就算廠商因為成本考慮而不打算讓產品接受認證測試,它們還是 可以享受許多類似的好處,因為大部分測試只會收取很少的費用,有 些甚至完全免費。

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