具体描述
USB已经成为计算机上的标准配置接口，是实现外部设备与计算机通信常用的一种方式。本书从两个入手，重点介绍了USB 2.0协议以及USB设备的设计与开发的相关知识。全书共分为12章，第1-8章介绍了USB 2.0协议，内容包括USB 2.0规范、USB集线器、设备检测、控制传输、USB传输方式、USB设备机械和电气特性、USB中数据格式和信号编码等基础知识；第9-12章通过具体的实例介绍了如何开发一个符合USB 2.0规范的设备，内容包括常见USB控制器芯片介绍、USB设备硬件设计、固件设计、驱动程序设计。全书列举了大量范例程序，并作了详尽解释，可以帮助用户开发自己的USB设备。
本书语言通俗易懂，内容丰富详实，突出了以实例为中心的特点，适合具有一定的专业基础知识和USB设计开发经验的读者学习和参考，可作为计算机专业高年级本科生和研究生的教材。
数字时代的底层架构：现代计算系统的互联互通与演进 ——一本深入探索数据传输协议、硬件接口设计与系统集成哲学的参考著作 内容提要 本书聚焦于现代计算生态系统中至关重要的一个领域：数据在不同硬件组件、外部设备与核心处理器之间高效、可靠传输的基础机制。我们不讨论特定版本协议的详细电气规范，而是着眼于支撑这一切的系统级设计思维、协议栈的演化逻辑以及面向未来高速传输的挑战与前瞻性解决方案。 本书旨在为电子工程师、系统架构师、固件开发者以及对底层技术有深入探究热情的读者，提供一个宏观而又精细的视角，理解从概念到实现过程中所涉及的权衡取舍与关键决策。我们将把重点放在通用数据流管理、接口设计中的信号完整性考量、软件驱动模型与硬件抽象层的构建，以及在资源受限环境下实现高效通信的艺术。 第一部分：数据传输的系统哲学与基础模型 本部分将构建理解复杂接口的基础框架，将重点放在抽象层而非具体实现细节。 第一章：从串行到并行的范式转变与挑战 本章首先回顾了早期计算机系统中的数据交换模式，分析了并行总线架构的局限性（如时钟偏斜、PCB走线复杂度增加）。随后，我们深入探讨了串行化技术在应对高频率传输中的优势，以及嵌入式时钟恢复（Clock Data Recovery, CDR）机制在保证数据同步中的核心作用。我们将探讨如何在牺牲一定并行度的情况下，通过提高单通道速率来整体提升系统吞吐量的设计哲学。 第二章：协议栈的层次化设计与抽象 任何成功的通信系统都依赖于清晰的层次结构。本章详细剖析了不同层次协议栈的职责划分，包括物理层（PHY）、链路层（Link Layer）以及事务层（Transaction Layer）。重点讨论了如何设计一个足够灵活的链路层，使其能够适应不同速率和不同介质（如铜缆、光纤）的物理层变化，同时为上层应用层提供一致的、面向包或面向流的接口。我们将分析错误检测与纠正机制（如CRC、FEC）在不同层次上的冗余配置与性能影响。 第三章：总线仲裁、流控制与系统级拥塞管理 高效的数据传输不仅仅是速度问题，更是资源管理问题。本章探讨了多主设备环境中总线仲裁算法的优化，包括固定优先级、轮询以及基于请求/确认的动态调度。我们还将深入研究端到端流控制机制的必要性，特别是当系统涉及到缓冲器深度有限的嵌入式设备时，如何避免缓冲区溢出导致的性能停滞或数据丢失。本章会通过案例分析不同流控制策略（如基于令牌或基于数据的）在实际系统中的表现。 第二部分：接口设计与信号完整性工程 本部分将视角聚焦于物理层实现背后的工程约束和解决方案，强调设计决策如何直接影响最终产品的可靠性。 第四章：高速信号的物理传输基础 在数据速率达到GHz级别时，PCB走线不再是简单的导线。本章详细阐述了传输线理论在现代接口设计中的应用，包括阻抗匹配、反射的控制与衰减的补偿。我们将讨论串扰（Crosstalk）的建模与最小化技术，以及电源完整性（Power Integrity, PI）与信号完整性（Signal Integrity, SI）之间的相互影响。 第五章：驱动器与接收器电路的设计哲学 高效的信号发送与接收依赖于精密的电路设计。本章对比分析了不同类型的驱动器拓扑结构（如推挽、差分对），及其在功耗、摆幅与噪声容忍度上的优劣。我们还将深入探讨均衡化技术在接收端的重要性，包括判别反馈均衡（DFE）和前馈均衡（FFE），以及它们如何帮助系统从低信噪比通道中恢复数据。 第六章：连接器的选择与系统级可靠性 从芯片封装到最终的外部连接器，每一个接触点都是潜在的性能瓶颈。本章探讨了高速连接器设计中的关键考量，如接触电阻的稳定性、机械公差对信号质量的影响，以及在工业环境（如温度和振动）下保持信号完整性的策略。我们将分析如何通过合理的封装和屏蔽设计来抵御外部电磁干扰（EMI）。 第三部分：软件模型与生态系统集成 任何硬件接口的价值最终体现在其易用性与兼容性上。本部分关注驱动程序设计、操作系统交互以及跨平台一致性的构建。 第七章：硬件抽象层（HAL）的构建与优化 为了实现驱动程序的通用性，设计一个健壮的硬件抽象层至关重要。本章侧重于如何设计一个与底层传输介质解耦的API集合，使得上层应用可以方便地请求数据传输服务，而无需关心是哪种类型的控制器在执行任务。我们将探讨DMA（直接内存访问）控制器在减轻CPU负载中的核心作用，以及如何优化DMA传输链以实现最高效率。 第八章：软件栈中的错误处理与状态机管理 通信系统必然会遇到错误。本章关注软件层面如何优雅地处理瞬态错误和永久故障。我们将分析协议状态机的健壮性设计，包括如何实现快速的链路重置、错误计数与隔离机制。重点讨论在多线程或多核环境下，如何通过锁机制或无锁数据结构来保证状态机更新的原子性。 第九章：面向未来的互联互通：技术演进与趋势预测 本章将跳出既有规范的框架，展望下一代高速互连技术的发展方向。我们将分析光互连技术如何解决芯片间和机架间的带宽瓶颈，以及新的传输编码技术（如脉冲幅度调制PAM）如何通过增加每个时钟周期传输的比特数来提升有效速率。最后，本书将总结在设计下一代集成系统时，必须提前纳入考虑的功耗预算、热管理与可测试性（Design for Testability, DFT）等关键要素。 本书特色： 本书强调原理推导与工程实践的结合，通过大量的系统级案例和概念模型图示，帮助读者建立对高速数据传输的直觉理解。它不侧重于某一特定标准文档的逐条解析，而是致力于阐明底层设计背后的不变原理，使读者能够快速适应未来任何新出现的高速接口技术。
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