USB2.0原理与工程开发 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:李英伟

出品人:

页数:473

译者:

出版时间:2007-1

价格:52.00元

装帧:平装

isbn号码:9787118048513

丛书系列:

图书标签:

• USB2
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• USB协议
• 接口技术
• 硬件开发
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USB 2.0 原理与工程开发 内容概要： 本书深入探讨了通用串行总线（Universal Serial Bus, USB）2.0 协议的底层工作机制、硬件设计、固件开发以及系统级集成应用。全书结构严谨，内容涵盖了从物理层信号完整性到软件驱动交互的完整链条，旨在为电子工程师、嵌入式系统开发者以及硬件设计师提供一套全面、实用的技术参考和工程实践指南。 第一部分：USB 2.0 协议基础与架构 本部分首先系统地介绍了 USB 2.0 的历史背景、关键特性及其相对于早期标准的重大改进，特别是引入了高速（High Speed, HS）模式。 1.1 USB 2.0 概述与术语： 详细阐述了 USB 的拓扑结构（星型、树形），主机（Host）、集线器（Hub）和设备（Device）的角色划分，以及数据传输的基本模式：控制传输、批量传输、中断传输和同步传输。深入解析了 OTG（On-The-Go）规范对移动设备互联的重要性。 1.2 物理层（Physical Layer）规范： 深入剖析了 USB 2.0 的电气特性。这包括 NRZI 编码与 差分信号的原理，位时序的精确控制，以及电平定义。重点讲解了如何实现从全速（Full Speed, FS）到高速（High Speed, HS）模式的转换机制，包括数据信号（D+、D-）的上拉/下拉电阻配置，以及 FS/HS 模式的自动检测过程。对 NRZI 编码后的位填充（Bit Stuffing）机制进行了详尽的说明，这是高速数据传输可靠性的关键。 1.3 数据链路层（Data Link Layer）： 详述了 USB 事务（Transaction）的结构，包括 Token 包、Data 包和 Handshake 包的格式。对 PID 域（Packet Identifier）进行了细致的解析，区分不同包类型的校验和（CRC）计算方法（如 CRC-5 和 CRC-16）。深入探讨了 NRZI 编码 如何在数据包中实现，以及 ACK、NAK、STALL 等握手信号的含义与作用。 1.4 传输协议与仲裁： 详细描述了主机端如何通过 轮询（Polling）和 数据流控制来管理中断和批量传输。对于同步传输，重点分析了其带宽预留机制和 Data Toggle 位的管理，确保音视频流的实时性。 第二部分：硬件设计与信号完整性 本部分聚焦于 USB 2.0 硬件接口的设计实现，特别是高速信号处理中的挑战与解决方案。 2.1 主机控制器接口（OHCI/EHCI）： 概述了开放主机控制器接口（OHCI）和增强型主机控制器接口（EHCI）规范。重点分析了 EHCI 架构，它如何管理高速数据流，以及 帧列表（Frame List） 和 传输描述符（Transfer Descriptor）在调度任务中的作用。讨论了在嵌入式系统中选择和配置合适的 USB Host Controller 硬件 IP 的考量因素。 2.2 收发器（Transceiver）设计： 详细介绍了 USB 2.0 物理层收发器的内部结构，包括 时钟恢复电路（Clock Recovery Circuitry）的设计，这是实现高速数据同步的关键。讲解了阻抗匹配（90欧姆差分阻抗）的 PCB 布局要求，以及如何通过适当的走线设计（如差分对的长度匹配和耦合）来最小化串扰（Crosstalk）和反射（Reflection）。 2.3 电源管理与 ESD/EMI： 探讨了 USB 端口的电源规范（5V/500mA）和自供电/总线供电模式的切换管理。详细阐述了如何设计稳健的静电放电（ESD）保护电路，以及在高速数据线上布局共模扼流圈（Common Mode Choke）以抑制电磁干扰（EMI）的最佳实践。 2.4 集线器（Hub）设计实现： 分析了 USB 2.0 Hub 的核心功能，包括端口复用、供电切换和状态报告。讲解了如何设计一个支持多个下行端口，并能正确处理不同速度设备接入和速率转换的物理层电路。 第三部分：固件与软件开发 本部分转向软件层面，指导开发者如何实现 USB 设备的枚举、描述符的解析以及数据传输的控制。 3.1 设备描述符（Device Descriptors）： 详细解析了 USB 2.0 规范中定义的各类描述符结构，包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符。讲解了主机通过控制传输请求获取这些描述符的过程，这是设备成功“亮相”的基石。 3.2 端点（Endpoints）与管道（Pipes）： 深入解释了端点的概念，特别是它们与数据传输类型（控制、批量、中断、同步）的映射关系。讲解了端点初始化、数据缓冲管理以及如何配置最大数据包大小（Max Packet Size）以优化吞吐量。 3.3 枚举过程（Enumeration）： 完整模拟了设备从上电复位到被主机识别并分配地址的完整流程。重点分析了Set Address 请求的意义，以及主机如何通过一系列请求确定设备的配置和功能。 3.4 固件实现技巧： 提供了在微控制器（MCU）上实现 USB Device Controller 驱动的实际建议。这包括中断服务程序的优化、DMA（直接内存访问）在批量数据传输中的应用以减轻 CPU 负担，以及软件状态机的设计，用于高效处理复杂的 USB 事件序列。 第四部分：高级主题与应用案例 本部分探讨了 USB 2.0 协议在特定应用场景下的扩展和优化，以及与上层协议的集成。 4.1 复合设备（Composite Device）与接口关联： 讲解了如何设计一个设备，使其同时提供多种功能（如一个设备同时充当键盘和存储器）。这需要正确配置接口描述符并处理Set Interface/Get Interface请求。 4.2 供应商特定请求（Vendor Specific Requests）： 说明了如何定义和处理主机与设备之间用于特定功能调试或控制的非标准控制传输请求。 4.3 USB 协议分析工具使用： 介绍了使用硬件协议分析仪（如 Saleae Logic 或专用 USB 嗅探器）来捕获和解码 USB 2.0 流量的方法。通过实际的HS 事务捕获案例，演示如何验证硬件设计是否正确遵循了时序和电平规范。 4.4 嵌入式系统集成实例： 提供了基于常见嵌入式平台（如 STM32 或 NXP 系列 MCU）实现 USB 设备功能（例如 CDC-ACM 虚拟串口或 Mass Storage Device, MSD）的工程参考框架，涵盖从硬件初始化到上层应用数据交换的完整流程。 本书的编写风格侧重于工程实践，所有理论讲解均以实际可操作的电路设计和代码实现为导向，是致力于掌握 USB 2.0 深度技术细节的工程师的必备参考书。

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我对这本书的期待，更多是源于它在“工程开发”这个关键词上的承诺。我一直以来在嵌入式系统开发领域摸爬滚打，深知理论知识与实际工程之间的差距。很多时候，书本上的理论知识虽然严谨，但到了实际项目中，却会遇到各种各样意想不到的挑战，比如硬件选型、PCB布线、功耗控制、干扰抑制等等。而“USB2.0原理与工程开发”这本书，恰恰就点明了解决这些问题的方向。我特别关注书中关于“USB Host Controller Interface (HCI)”和“USB Device Controller Interface (UDC)”的章节，因为这关系到如何将USB功能集成到SoC芯片或者独立的微控制器中。书中对时序图和状态机的详细讲解，以及对常用USB控制器芯片的分析，我相信能为我日后的项目开发提供宝贵的参考。此外，书中关于“驱动程序开发”的部分，对于理解操作系统如何管理USB设备，以及如何编写高效、可靠的USB驱动，也将是至关重要的。我希望这本书能带领我深入到USB 2.0开发的每一个环节，从硬件选型到软件实现，都能提供实用的指导和解决方案。

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当我拿到这本书，我立刻被它清晰的结构和严谨的逻辑所吸引。虽然我才刚刚开始阅读，但已经能感受到作者在组织内容上的用心良苦。它不像一些技术书籍那样，只是堆砌枯燥的公式和概念，而是循序渐进，从基础的USB 2.0物理层接口特性讲起，逐步深入到协议层、框架层，最后落脚到实际的工程应用。书中对“包结构”、“事务（Transaction）”、“握手协议”等核心概念的解析，配以大量的图例和流程图，使得复杂的USB通信过程变得直观易懂。我特别期待阅读关于“速率适配”和“错误检测机制”的部分，这对于理解USB 2.0如何保证数据传输的稳定性和可靠性至关重要。而且，书中强调“工程开发”，这让我看到它不仅仅是理论的阐述，更注重如何在实际项目中应用这些知识。书中可能包含了一些硬件参考设计、代码片段，甚至是调试技巧，这些都是我作为一名开发者非常看重的。这本书有望成为我手中一本重要的参考工具书，帮助我解决在USB 2.0开发过程中遇到的各种实际问题。

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说实话，在拿到这本书之前，我对USB 2.0的理解更多是停留在“接口”这个层面，知道它是用来连接各种外部设备的，但对其背后的原理和开发过程却知之甚少。而这本书的出现，彻底改变了我的看法。它的开篇就用非常通俗易懂的语言，讲解了USB 2.0的诞生背景、发展历程以及它在现代电子设备中的重要地位，让我很快就建立起了一个宏观的认识。随后，它深入浅出地分析了USB 2.0的协议框架，包括枚举过程、数据传输模式（控制传输、批量传输、中断传输、同步传输），以及各个Endpoints的作用。尤其让我印象深刻的是，书中对“差分信号”和“信号完整性”这些概念的阐述，配以精美的图示，使得原本枯燥的技术原理变得生动有趣。我尤其关注的是关于“设备固件开发”的部分，因为它直接关系到如何让一个自定义设备能够被USB主机识别并正常工作，这正是我一直想要攻克的难点。书中提供的代码示例和电路设计思路，我相信会给我极大的帮助。总的来说，这本书就像一位循循善诱的老师，一步一步地引导我，让我从一个“门外汉”逐渐变成一个对USB 2.0有深入理解的“内行”。

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这本书的封面设计就很有吸引力，简洁明快的色彩搭配，配合上“USB2.0原理与工程开发”这几个字，立刻让人感觉到这本书的专业性和实用性。拿到手里，纸张的质感也相当不错，拿在手里很有分量，一看就知道内容肯定是很扎实的。虽然我还没有深入阅读，但我翻阅了目录，发现它涵盖了USB 2.0从基础概念到实际应用开发的方方面面，从物理层信号传输到协议栈的详细解析，再到实际的硬件设计和软件驱动的编写，几乎无所不包。感觉这本书就像一位经验丰富的工程师，在你学习USB 2.0的道路上，一步一步地为你指引方向，让你少走弯路。特别是看到其中关于“时序分析”和“中断处理”等章节的标题，我就觉得这本书会给我带来很多启发。我一直对USB 2.0的内部工作机制感到好奇，比如数据是如何在主机和设备之间高效传输的，各种错误是如何被检测和纠正的，这些细节在这本书里应该会有详细的解答。而且，它强调“工程开发”，这说明这本书不仅仅停留在理论层面，更注重实际操作和项目实践，这对于我这种希望将理论知识转化为实际能力的读者来说，无疑是最大的福音。我迫不及待地想要 dive into the details，希望能在这本书的帮助下，对USB 2.0有一个更深刻、更全面的理解。

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翻开这本书，首先映入眼帘的是其精美的排版和清晰的图表。作为一名在硬件设计领域摸爬滚打多年的工程师，我深知一本好的技术书籍，不仅要有扎实的内容，更要有易于阅读和理解的呈现方式。这本书在这方面做得相当出色。我注意到书中对USB 2.0的信号特性，如电压、阻抗、时序等进行了详细的分析，并结合了实际的PCB设计考量，这对于我进行USB接口的硬件设计非常有指导意义。我尤其感兴趣的是关于“线缆长度限制”、“连接器规范”以及“电源管理”等章节，这些都是在实际工程中经常会遇到的关键问题。书中对“功耗分析”和“信号完整性”的论述，相信会帮助我更好地优化设计，避免潜在的可靠性问题。总的来说，这本书不仅是一本理论性的著作，更是一本实用的工程开发手册，它将理论知识与工程实践紧密结合，为我这样的硬件工程师提供了宝贵的经验和指导。我期待通过这本书，能够更深入地理解USB 2.0的硬件层面，并将其应用到我的实际项目中。

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看到这本书和源码瞬间泪奔

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