USB數(shù)據(jù)流模式：枚舉在設(shè)備可以與應(yīng)用進(jìn)行通信前，USB 主機(jī)需要了解設(shè)備狀態(tài)并給它分配設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)這一初始信息交換的過程就叫作枚舉。在枚舉過程中，根據(jù)USB V2.0 規(guī)范的定義，設(shè)備將經(jīng)歷以下設(shè)備狀態(tài)：
1. 上電狀態(tài)(Powered)
2. 缺省狀態(tài)(Default)
3. 地址狀態(tài)(Address)
4. 配置狀態(tài)(Configured)
另外還有兩個(gè)USB 設(shè)備狀態(tài)，“連接狀態(tài)”(attached)和“掛起狀態(tài)”(suspended)。枚舉過程的具體細(xì)節(jié)超出了本文的范圍;不過，在設(shè)備配置中使用的命令與結(jié)構(gòu)是相關(guān)的。
描述符是讓USB 主機(jī)能獲取設(shè)備信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在枚舉過程中，主機(jī)請(qǐng)求描述符，從最上層設(shè)備描述符開始，一直到最低層端點(diǎn)描述符，順序如圖5 所示。
圖5
枚舉過程
下面概述一下USB 設(shè)備的枚舉過程所包含的步驟，并講解設(shè)備在枚舉過程如何經(jīng)歷從上電到缺省、地址以及配置這幾個(gè)狀態(tài)。
1. 用戶將一個(gè)USB 設(shè)備插入U(xiǎn)SB 端口。主機(jī)為端口供電，設(shè)備此時(shí)處于上電狀態(tài)。
2. 主機(jī)檢測設(shè)備。
3. 集線器使用中斷通道將事件報(bào)告給主機(jī)。
4. 主機(jī)發(fā)送Get_Port_Status(讀端口狀態(tài))請(qǐng)求，以獲取更多的設(shè)備信息。
5. 集線器檢測設(shè)備是低速運(yùn)行還是高速運(yùn)行，并將此信息送給主機(jī)，這是對(duì)Get_Port_Status 請(qǐng)求的響應(yīng)。
6. 主機(jī)發(fā)送Set_Port_Feature(寫端口狀態(tài))請(qǐng)求給集線器，要求它復(fù)位端口。
7. 集線器對(duì)設(shè)備復(fù)位。
8. 主機(jī)使用Chirp K 信號(hào)來了解全速設(shè)備是否支持高速運(yùn)行。
9. 主機(jī)發(fā)送另一個(gè)Get_Port_Status 請(qǐng)求，確定設(shè)備是否已經(jīng)從復(fù)位狀態(tài)退出。
10. 設(shè)備此時(shí)處于缺省狀態(tài)，且已準(zhǔn)備好在零端點(diǎn)通過缺省通道響應(yīng)主機(jī)控制傳輸。缺省地址為00h，設(shè)備能從總線獲取高達(dá)100mA 的電流。
11. 主機(jī)發(fā)送Get_Descriptor(讀設(shè)備描述符)報(bào)文，以便確定最大數(shù)據(jù)包大小。設(shè)備描述符的八個(gè)字節(jié)是bMaxPacketSize。
12. 通過發(fā)送Set_Address(寫地址)請(qǐng)求，主機(jī)分配地址，設(shè)備此時(shí)處于地址狀態(tài)。
13. 主機(jī)發(fā)送Get_Descriptor 報(bào)文，以獲取更多的設(shè)備信息。主機(jī)通過發(fā)送描述符響應(yīng)設(shè)備請(qǐng)求，隨后發(fā)送全部的次級(jí)描述符。
14. 主機(jī)分配并加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
15. 通過發(fā)送Set_Configuration(寫配置)請(qǐng)求，主機(jī)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序選擇一個(gè)有效配置。設(shè)備此時(shí)處于配置狀態(tài)。
16. 主機(jī)為復(fù)合設(shè)備接口分配驅(qū)動(dòng)程序。
17. 如果集線器檢測到有過流現(xiàn)象，或者主機(jī)要求集線器關(guān)閉電源，則USB 總線切斷設(shè)備供電電源。在這種情況下，設(shè)備與主機(jī)無法通信，但設(shè)備處于連接狀態(tài)。
18. 如果在3 毫秒內(nèi)設(shè)備在總線上未見任何動(dòng)作，則它將進(jìn)入掛起狀態(tài)，在掛起狀態(tài)設(shè)備消耗的總線電能最少。
USB 協(xié)議層
控制傳輸使主機(jī)和設(shè)備之間可以交換設(shè)備配置信息和其他控制信息。控制傳輸在低速和全速傳輸運(yùn)行時(shí)占用10% 的帶寬，在高速運(yùn)行時(shí)占用20% 的帶寬?？刂苽鬏斢稍O(shè)置階段、可選的數(shù)據(jù)階段和狀態(tài)階段組成。下面詳細(xì)描述每個(gè)階段的包。
1. 標(biāo)記包。USB 中所有事務(wù)都是由主機(jī)(PC)來完成的。IN 表示數(shù)據(jù)被讀入PC，OUT 表示數(shù)據(jù)由主機(jī)送出至設(shè)備，如圖6 所示。
2. 數(shù)據(jù)包(可選)。USB 主機(jī)有兩個(gè)數(shù)據(jù)包——DATA0 和DATA1。每一個(gè)包的容量為1024 字節(jié)。
3. 狀態(tài)包。在諸如應(yīng)答(ACK)、否定應(yīng)答(NACK)以及停止(Stall)等事務(wù)中，狀態(tài)包用來跟蹤USB 狀態(tài)。
4. 幀起始包(SOF)。每一毫秒，USB 主機(jī)都將發(fā)送一幀SOF，每幀有11 位數(shù)據(jù)。
基于 USB 的家電網(wǎng)絡(luò)
在基于USB 的家電網(wǎng)絡(luò)中，可以以菊花鏈?zhǔn)竭B接6 個(gè)USB 集線器，為多達(dá)127 臺(tái)家電設(shè)備提供接口。所有的集線器能安放在一個(gè)集線盒中，集線盒則通過控制電纜連接到設(shè)備上。這也可以由帶USB 端口、運(yùn)行Windows OS 的單板機(jī)進(jìn)行控制，最終將為家中每個(gè)房間配備一個(gè)家電控制臺(tái)。
通過USB 自動(dòng)化，您在與朋友聊天的同時(shí)，可以通過PC 控制洗衣機(jī)的運(yùn)行時(shí)間、衣服類型、清洗劑類型以及水溫等。您也可以為每項(xiàng)任務(wù)添加音頻特征，這樣當(dāng)每項(xiàng)任務(wù)完成時(shí)，您可以在某個(gè)特定的地方(臥室、客廳、游泳池或廚房等)收到音頻提示。
此外，烘干機(jī)可以通過USB 自動(dòng)接收指令，從洗衣機(jī)處裝入衣服，設(shè)置烘干時(shí)間，然后自動(dòng)計(jì)時(shí)烘干，在每項(xiàng)任務(wù)成功完成后均有音頻提示。
通過USB 自動(dòng)化，您可以在辦公桌上控制咖啡機(jī)，不僅僅是煮咖啡，還能檢測咖啡壺中還剩多少咖啡。USB 自動(dòng)化甚至可以使您能煮出符合自己口味的咖啡。
USB 還可以使您看到冰箱內(nèi)部的情況，設(shè)置特定的觸發(fā)開關(guān)來檢測剩余的牛奶、飲料、奶酪以及蔬菜量。根據(jù)這些信息，當(dāng)您計(jì)劃去商場時(shí)，可以從PC 中快速匯總食品采購清單。
照明自動(dòng)化是居家的基本需求。通過USB 自動(dòng)化，能夠檢查全屋的照明情況，并通過PC 對(duì)其進(jìn)行控制。
USB 與溫度傳感器配合使用，能夠自動(dòng)控制房屋某處電風(fēng)扇和空調(diào)的運(yùn)行。這樣，可以使不同的房間或“區(qū)域”保持不同的溫度，以便節(jié)能。此外，電風(fēng)扇和空調(diào)可以自動(dòng)地分擔(dān)制冷荷合。
