具體描述
USB已經成為計算機上的標準配置接口，是實現外部設備與計算機通信常用的一種方式。本書從兩個入手，重點介紹瞭USB 2.0協議以及USB設備的設計與開發的相關知識。全書共分為12章，第1-8章介紹瞭USB 2.0協議，內容包括USB 2.0規範、USB集綫器、設備檢測、控製傳輸、USB傳輸方式、USB設備機械和電氣特性、USB中數據格式和信號編碼等基礎知識；第9-12章通過具體的實例介紹瞭如何開發一個符閤USB 2.0規範的設備，內容包括常見USB控製器芯片介紹、USB設備硬件設計、固件設計、驅動程序設計。全書列舉瞭大量範例程序，並作瞭詳盡解釋，可以幫助用戶開發自己的USB設備。
本書語言通俗易懂，內容豐富詳實，突齣瞭以實例為中心的特點，適閤具有一定的專業基礎知識和USB設計開發經驗的讀者學習和參考，可作為計算機專業高年級本科生和研究生的教材。
數字時代的底層架構：現代計算係統的互聯互通與演進 ——一本深入探索數據傳輸協議、硬件接口設計與係統集成哲學的參考著作 內容提要 本書聚焦於現代計算生態係統中至關重要的一個領域：數據在不同硬件組件、外部設備與核心處理器之間高效、可靠傳輸的基礎機製。我們不討論特定版本協議的詳細電氣規範，而是著眼於支撐這一切的係統級設計思維、協議棧的演化邏輯以及麵嚮未來高速傳輸的挑戰與前瞻性解決方案。 本書旨在為電子工程師、係統架構師、固件開發者以及對底層技術有深入探究熱情的讀者，提供一個宏觀而又精細的視角，理解從概念到實現過程中所涉及的權衡取捨與關鍵決策。我們將把重點放在通用數據流管理、接口設計中的信號完整性考量、軟件驅動模型與硬件抽象層的構建，以及在資源受限環境下實現高效通信的藝術。 第一部分：數據傳輸的係統哲學與基礎模型 本部分將構建理解復雜接口的基礎框架，將重點放在抽象層而非具體實現細節。 第一章：從串行到並行的範式轉變與挑戰 本章首先迴顧瞭早期計算機係統中的數據交換模式，分析瞭並行總綫架構的局限性（如時鍾偏斜、PCB走綫復雜度增加）。隨後，我們深入探討瞭串行化技術在應對高頻率傳輸中的優勢，以及嵌入式時鍾恢復（Clock Data Recovery, CDR）機製在保證數據同步中的核心作用。我們將探討如何在犧牲一定並行度的情況下，通過提高單通道速率來整體提升係統吞吐量的設計哲學。 第二章：協議棧的層次化設計與抽象 任何成功的通信係統都依賴於清晰的層次結構。本章詳細剖析瞭不同層次協議棧的職責劃分，包括物理層（PHY）、鏈路層（Link Layer）以及事務層（Transaction Layer）。重點討論瞭如何設計一個足夠靈活的鏈路層，使其能夠適應不同速率和不同介質（如銅纜、光縴）的物理層變化，同時為上層應用層提供一緻的、麵嚮包或麵嚮流的接口。我們將分析錯誤檢測與糾正機製（如CRC、FEC）在不同層次上的冗餘配置與性能影響。 第三章：總綫仲裁、流控製與係統級擁塞管理 高效的數據傳輸不僅僅是速度問題，更是資源管理問題。本章探討瞭多主設備環境中總綫仲裁算法的優化，包括固定優先級、輪詢以及基於請求/確認的動態調度。我們還將深入研究端到端流控製機製的必要性，特彆是當係統涉及到緩衝器深度有限的嵌入式設備時，如何避免緩衝區溢齣導緻的性能停滯或數據丟失。本章會通過案例分析不同流控製策略（如基於令牌或基於數據的）在實際係統中的錶現。 第二部分：接口設計與信號完整性工程 本部分將視角聚焦於物理層實現背後的工程約束和解決方案，強調設計決策如何直接影響最終産品的可靠性。 第四章：高速信號的物理傳輸基礎 在數據速率達到GHz級彆時，PCB走綫不再是簡單的導綫。本章詳細闡述瞭傳輸綫理論在現代接口設計中的應用，包括阻抗匹配、反射的控製與衰減的補償。我們將討論串擾（Crosstalk）的建模與最小化技術，以及電源完整性（Power Integrity, PI）與信號完整性（Signal Integrity, SI）之間的相互影響。 第五章：驅動器與接收器電路的設計哲學 高效的信號發送與接收依賴於精密的電路設計。本章對比分析瞭不同類型的驅動器拓撲結構（如推挽、差分對），及其在功耗、擺幅與噪聲容忍度上的優劣。我們還將深入探討均衡化技術在接收端的重要性，包括判彆反饋均衡（DFE）和前饋均衡（FFE），以及它們如何幫助係統從低信噪比通道中恢復數據。 第六章：連接器的選擇與係統級可靠性 從芯片封裝到最終的外部連接器，每一個接觸點都是潛在的性能瓶頸。本章探討瞭高速連接器設計中的關鍵考量，如接觸電阻的穩定性、機械公差對信號質量的影響，以及在工業環境（如溫度和振動）下保持信號完整性的策略。我們將分析如何通過閤理的封裝和屏蔽設計來抵禦外部電磁乾擾（EMI）。 第三部分：軟件模型與生態係統集成 任何硬件接口的價值最終體現在其易用性與兼容性上。本部分關注驅動程序設計、操作係統交互以及跨平颱一緻性的構建。 第七章：硬件抽象層（HAL）的構建與優化 為瞭實現驅動程序的通用性，設計一個健壯的硬件抽象層至關重要。本章側重於如何設計一個與底層傳輸介質解耦的API集閤，使得上層應用可以方便地請求數據傳輸服務，而無需關心是哪種類型的控製器在執行任務。我們將探討DMA（直接內存訪問）控製器在減輕CPU負載中的核心作用，以及如何優化DMA傳輸鏈以實現最高效率。 第八章：軟件棧中的錯誤處理與狀態機管理 通信係統必然會遇到錯誤。本章關注軟件層麵如何優雅地處理瞬態錯誤和永久故障。我們將分析協議狀態機的健壯性設計，包括如何實現快速的鏈路重置、錯誤計數與隔離機製。重點討論在多綫程或多核環境下，如何通過鎖機製或無鎖數據結構來保證狀態機更新的原子性。 第九章：麵嚮未來的互聯互通：技術演進與趨勢預測 本章將跳齣既有規範的框架，展望下一代高速互連技術的發展方嚮。我們將分析光互連技術如何解決芯片間和機架間的帶寬瓶頸，以及新的傳輸編碼技術（如脈衝幅度調製PAM）如何通過增加每個時鍾周期傳輸的比特數來提升有效速率。最後，本書將總結在設計下一代集成係統時，必須提前納入考慮的功耗預算、熱管理與可測試性（Design for Testability, DFT）等關鍵要素。 本書特色： 本書強調原理推導與工程實踐的結閤，通過大量的係統級案例和概念模型圖示，幫助讀者建立對高速數據傳輸的直覺理解。它不側重於某一特定標準文檔的逐條解析，而是緻力於闡明底層設計背後的不變原理，使讀者能夠快速適應未來任何新齣現的高速接口技術。
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