如何为具体应用选择USB总线

随着Windows引入GUI，开始需要一个备选的输入设备(HDI)。如今，鼠标变成必需的设备。这种新连接，以及对访问网络的需求，要求PC采用一个串口或COM口。那时，绝大多数PC采用P/S-2或专用接口用于键盘和鼠标。

不过，这些外设接口都有一些缺点。它们无法进行接口扩展，只能连接有限的外设；它们的性能有限；另外也缺乏一个标准的连接。每个外设提供商都必须决定采用什么样的接口，然后提供所需的驱动程序，这对用户来说也是颇为头痛的事情。

最终，每人都需要连接外设到PC，但过程是复杂的和令人糊涂的。绝大多数人不知道该用什么接口，也没有人知道某种接口的限制。最后，导致一批权威的业界领导一起来定义一个新的通用PC外设连接，来替代复杂的传统连接。

该规范定义了一个简单的四线接口，这是一个点对点，使用方便的以主机为目标架构的接口。可以利用一个集线器来实现总线扩展，并连接到其它的USB目标设备。另外，定义主机目标架构大大降低了成本，因为绝大部分的“大脑”控制功能包含在采用CPU控制的PC中。

USB的架构定义

USB是一个以主机为中心的总线，在这种总线中，由主机发起所有的数据转移，包括出站和入站。该规范定义了三种基本的设备类型：即主机控制器；集线器和功能模块(即外设或目标模块)；以及一个复合设备(集线器加“集成”外设)。

内部的物理连接是一个层叠的星型拓扑结构，集线器位于每个星的中心(图1)。每个线段是一个位于主机和集线器或功能块之间的点对点连接，或者是从一个集线器连接到另一个集线器或功能块。由于时序的限制，所允许的最大层数为7层(包括根层)。在主机和任何设备之间，通信信道可以支持最多达5层的非根层集线器。一个复合设备占用两层。复合设备不能依附于第7层，在这一层只能使用功能块，其他将不能用。地址结构允许一个集线器连接的设备最多达127台。集线器和外设可以任意组合。一台复合或混合设备占用两台或更多的设备。

USB主机控制器

在任何的USB系统中都只有一台主机。这与网络架构的定义不同，USB规范只是想实现外设到PC的方便连接。主机的实现的方法可能是硬件，固件或软件的结合。典型的USB主机PC实现是内核逻辑芯片集的一部分。该主控制器设备利用PC CPU来实现其运算功能，利用系统存储器来存储数据和转移，而在总体实现中利用OS。所有的主机需要在系统中集成一个根集线器。

当今的OS已包括各种驱动设备。这就为外设制造商节约了驱动设备的研发成本，维护成本和运输成本。通常常用的驱动设备包括音频、HID、图像、存储、打印机和视频。许多制造商充分利用了这些驱动设备来实现它们的功能，但也会选用一个定制驱动设备或应用软件来扩展功能。

图1：层叠星形拓扑结构的内部物理连接。