USB芯片简介

　　一般USB的专用芯片种类大致可分为：主机控制器（host controllers）、根集线器（hub solutions）、接口芯片（interface  chips）以及具有USB接口的微控制器（mlcrocontr°llers with USB interface）。若要针对某种特殊的功能又可再细分：HID、 USBB→Par－allel Port芯片、USB→RS232芯片、声音解决方案（audio solutions）、影像解决方案（video/camera solutions）等 设各。种类确实繁多，功能也截然殊异。但其中，也有一些共同之处，即是它们之所以称为USB专用芯片的原因。

　　USB是连接PC与外围设各的接口。前一章介绍了USB设备列举的工作。但这些繁琐的工作若单纯地由一般的微控制器来加以实现，不仅无法达到预期的工作成效，也严重地拖累原先正在执行的固件程序代码。 当然，重要的是，一般的微控制器并不具各有模拟差动电路，无法产生或接收D＋与D一的信号q更别说要执行NRZI的编码与译码、 填塞与反填塞的工作。

　　因此，一定要有个硬件组件（单元）或电路能够帮用户解决这个问题。当然，这也就是USB微控制器与一般微控制器的差异之处。 如图1与2显示了在USB的系统中，所具备的基本的硬件单元以及功能。图2是图1的逻辑电路的简化图。

图1 USB芯片中的基本硬件单元SIE

图2 USB芯片中的基本硬件单元SIE的简化图

　　USB接口连接主机与外围设各，而其中，串行接口引擎（serial interface engine，SIE）则是USB重要的功能单元。在串行 接口引擎中，详细地掌握了在USB总线上的接收与传送的个别位。这就如同UART对于异步串行通信的处理一样。在此，对SIB做个归纳 与整理。也就是，SIE执行了下列的各项工作：

　　●封包辨识，数据交换的持续产生；

　　●SOP、E0P、RESET、RESUME信号检测/产生；

　　●时钟/数据的分离；

　　●NRZI数据译码/编码以及位填塞；

　　●CRC的产生与检查、令牌（token）封包（使用CRC5）与数据（data）封包（使用CRC16）；

　　●封包ID（PID）的产生以及检/译码·

　　●串行并行/并行串行的转换；

　　●USB地址与端点译码；

　　●端点层流程控制；

　　●作为USB数据缓冲器；

　　●维持Data Toggle位的状态；

　　●提供至后端区域设备控制器（function controller）或专用控制器（ASIC或FPGA）的接口。

　　图1与图2中的设各控制器负责了USB数据/缓冲区的管理、起始地址/端点值，以及维护USB管线协议。此外，它还存储USB配置/控制 空间、主机时钟同步或采样率控制，以及连至实际设各所应用的接口。

　　该设各控制器能够使用缓冲器与SiE的微控制器（如8051）或专用的ASIC或FPGA连接。此外，介于设各控制器与SIE之间的缓冲器， 用户可以使用标准的FIFO、双端口的RAM或连至单端口RAM的DMA。

　　端点流程控制能够通过SiE送至设备控制器的信号来达成，而设备控制器可单独决定个别的端点响应。从图3中可以了解到USB收发器 用来接收与传送D＋与D—的数据差动信号。

图3 USB收发器用来接收与传送D＋与D－差动数据信号图

　　有了USB芯片的基本概念后，以下就依此架构来延伸出各类型的USB芯片。当然，在此不再深人探讨有关USB芯片的细部功能，因为这 已超过本章或本书的范围了。

　　目前USB芯片大致分为5大类型：

　　●PC端或主机端的USB控制器；

　　●集线器芯片；

　　●特定的接口转芯片，如USB转RS232或USB转ATA/ATAPI等芯片；

　　●单独运作的USB接口芯片；

　　●内含USB单元的微处理器（MPU）。

　　由于前两种是属于PC主机板与单片机制造商所开发的领域，较不适合用户来开发USB外围设备。因此，对于一般USB接口的开发者而 言，可以经过后面的两种途径加以切人与学习。以下，将分别介绍这两种USB芯片的基本特性以及应用。