USB Complete The Developer\'s Guide 5ed (USB开发大全 第5版)

Contents

Introduction

1  USB  Basics

Uses  and  limits

Benefits  for  users

Benefits  for  developers

Addressing  USB’s  limits

USB  and  Ethernet

USB  and  Thunderbolt

Evolution  of  an  interface

USB  1.0

USB  1.1

USB  2.0

USB  2.1

USB  3.0

USB  3.1

Embedded  Host  and  On-The-Go

Bus  components

Topology

Bus  speed  considerations

Terminology

Division  of  labor

Host  responsibilities

Device  responsibilities

Bus  speeds  and  data  throughput

Developing  a  device

Components

Tools  for  developing

Steps  in  developing  a  project

USB  3.1  essentials

Features

Compatibility

Cables

Power

2  Inside  USB  Transfers

Transfer  basics

Essentials

Purposes  for  communication

Managing  data  on  the  bus

Elements  of  a  transfer

Endpoints:  the  source  and  sink  of  data

Transaction  types

Pipes:  connecting  endpoints  to  the  host

Transfer  types

Stream  and  message  pipes

Initiating  a  transfer

USB  2.0  transactions

Transaction  phases

Packet  sequences

Timing  constraints  and  guarantees

Split  transactions

Ensuring  successful  transfers

Status  and  control

Reporting  the  status  of  control  transfers

Error  checking

Enhanced  SuperSpeed  transactions

Packet  types

Transferring  data

Link  Management  Packets

3  A  Transfer  Type  for  Every  Purpose

Control  transfers

Availability

Structure

Data  size

Speed

Detecting  and  handling  errors

Device  responsibilities

Bulk  transfers

Availability

Structure

Data  size

Speed

Detecting  and  handling  errors

Device  responsibilities

Interrupt  transfers

Availability

Structure

Data  size

Speed

Detecting  and  handling  errors

Device  responsibilities

Isochronous  transfers

Availability

Structure

Data  size

Speed

Detecting  and  handling  errors

Device  responsibilities

More  about  time-critical  transfers

Bus  bandwidth

Device  capabilities

Host  capabilities

Host  latencies

4  Enumeration:  How  the  Host  Learns  about  Devices

Events  and  requests

Getting  to  the  Configured  state

Device  removal

Tips  for  successful  enumeration

Descriptors

Types

Device

Device_qualifier

Configuration

Other_speed_configuration

Interface  association

Interface

Endpoint

SuperSpeed  endpoint  companion

SuperSpeedPlus  isochronous  endpoint  companion

String

Binary  device  object  store  (BOS)  and  device  capability

OTG  descriptor

Microsoft  OS  descriptors

Updating  descriptors  to  USB  2.0

Updating  descriptors  to  USB  3.1

5  Control  Transfers:  Structured  Requests  for  Critical  Data

Elements  of  a  control  transfer

Setup  stage

Data  stage

Status  Stage

Handling  errors

Device  firmware

Standard  requests

Get  Status

Clear  Feature

Set  Feature

Set  Address

Get  Descriptor

Set  Descriptor

Get  Configuration

Set  Configuration

Get  Interface

Set  Interface

Synch  Frame

Set  SEL

Set  Isochronous  Delay

Other  requests

Class-specific  requests

Vendor-defined  requests

6  Chip  Choices

Components  of  a  USB  device

Inside  a  USB  2.0  controller

Other  device  components

Simplifying  device  development

Device  requirements

Documentation  and  example  code

Host  driver

Development  boards

USB  microcontrollers

Microchip  PIC18

Cypress  EZ-USB

ARM  processors

Controllers  that  interface  to  CPUs

Maxim  MAX3420E

PLX  Technology  USB  3380

FTDI  interface  chips

7  Device  Classes

Purpose

Approved  specifications

Elements  of  a  class  specification

Defined  classes

Audio

Audio/Video

Billboard

Communications

Content  security

Device  firmware  upgrade

Human  interface

IrDA  bridge

Mass  storage

Personal  healthcare

Printer

Smart  card

Still  image  capture

Test  and  measurement

Video

Classes  defined  by  other  specifications

Implementing  non-standard  functions

Choosing  a  driver

Using  a  generic  driver

Converting  from  RS-232

Converting  from  the  parallel  port

Connecting  two  PCs

8  How  the  Host  Communicates

Device  drivers

The  layered  driver  model

User  and  kernel  modes

Inside  the  layers

Applications

User-mode  client  drivers

Kernel-mode  client  drivers

Low-level  host  drivers

USB  3.0  drivers

USB  2.0  drivers

Writing  drivers

Kernel  mode

User  mode

Testing  tools

Using  GUIDs

Device  setup  GUIDs

Device  interface  GUIDs

9  Matching  a  Driver  to  a  Device

Using  Device  Manager

Viewing  devices

Property  pages

Device  information  in  the  registry

The  hardware  key

The  class  key

The  driver  key

The  services  key

Using  INF  files

Driver  signing  requirements

File  structure

Inside  an  INF  file

Using  device  identification  strings

Finding  a  match

When  to  provide  an  INF  file

Tools  and  diagnostic  aids

Tips  for  using  INF  files

What  the  user  sees

10  Detecting  Devices

A  brief  guide  to  calling  API  functions

Managed  and  unmanaged  code

Managing  data

Finding  a  device

Obtaining  the  device  interface  GUID

Requesting  a  pointer  to  a  device  information  set

Identifying  a  device  interface

Requesting  a  structure  with  the  device  path  name

Extracting  the  device  path  name

Closing  communications

Obtaining  a  handle

Requesting  a  communications  handle

Closing  the  handle

Detecting  device  attachment  and  removal

Using  WMI

Adding  a  handler  for  newly  arrived  devices

Detecting  the  target  device

Adding  a  handler  for  removed  devices

11  Human  Interface  Devices:  Capabilities

What  is  a  HID?

Hardware  requirements

Firmware  requirements

Descriptors

The  HID  interface

HID  class  descriptor

Report  descriptors

HID-specific  requests

Get  Report

Get  Idle

Get  Protocol

Set  Report

Set  Idle

Set  Protocol

Transferring  data

Writing  firmware

Tools

12  Human  Interface  Devices:  Reports

Report  structure

Control  and  data  item  values

Item  format

The  Main  item  type

Input,  Output,  and  Feature  items

Collections

The  Global  item  type

Identifying  the  report

Describing  the  data’s  use

Converting  units

Converting  raw  data

Describing  the  data’s  size  and  format

Saving  and  restoring  Global  items

The  Local  item  type

Physical  descriptors

Padding

13  Human  Interface  Devices:  Host  Application

HIDClass  support  routines

Requesting  information  about  the  HID

Sending  and  receiving  reports

Providing  and  using  report  data

Managing  HID  communications

Identifying  a  device

Reading  the  Vendor  ID  and  Product  ID

Getting  a  pointer  to  device  capabilities

Getting  the  device’s  capabilities

Getting  capabilities  of  buttons  and  values

Sending  and  receiving  reports

Sending  Output  reports  with  interrupt  transfers

Reading  Input  reports  with  interrupt  transfers

Writing  Feature  reports

Writing  Output  reports  with  control  transfers

Reading  Feature  reports

Reading  Input  reports  with  control  transfers

Closing  communications

14  Using  WinUSB  for  Vendor-defined  Functions

Capabilities  and  limits

Device  requirements

Host  requirements

Driver  requirements

Device  firmware

Accessing  the  device

Creating  a  SafeWinUsbHandle

Obtaining  a  WinUSB  handle

Requesting  an  interface  descriptor

Identifying  the  endpoints

Setting  pipe  policies

Writing  bulk  and  interrupt  data

Reading  bulk  and  interrupt  data

Using  vendor-defined  control  transfers

Selecting  an  alternate  interface

Writing  data:  isochronous  transfers

Reading  data:  isochronous  transfers

Closing  communications

15  Using  WinUSB’s  System  INF  File

Microsoft  OS  1.0  descriptors

Microsoft  OS  string  descriptor

Extended  compat  ID  OS  feature  descriptor

Extended  properties  OS  feature  descriptor

Enumeration

Microsoft  OS  2.0  descriptors

Microsoft  OS  2.0  platform  capability  descriptor

Microsoft  OS  2.0  descriptor  set

Enumeration

16  Using  Hubs  to  Extend  and  Expand  the  Bus

USB  2.0

The  hub  repeater

The  transaction  translator

The  hub  controller

Speed

Maintaining  active  links

USB  3.1

Bus  speeds

SuperSpeed

SuperSpeedPlus

Managing  traffic

The  hub  class

Hub  descriptors

Hub  class  requests

17  Managing  Power

Power  options

Using  bus  current

Bus  voltage

Bus-powered  devices

Hub  power

Power  sources

Over-current  protection

Power  switching

Conserving  power

USB  2.0  Link  Power  Management

Suspend

Sleep

Enhanced  SuperSpeed  power  management

Advanced  power  delivery  capabilities

Requirements

Negotiating  power

Role  swapping

Vendor-defined  messages

Power  management  under  Windows

Computer  power  states

Utilities

Battery  charging

Charger  types

Charger  detection

Charging  dead  or  weak  batteries

18  Testing  and  Debugging

Tools

Hardware  protocol  analyzers

Software  protocol  analyzers

Traffic  generators

Compliance  testing

Checklists

USB  Command  Verifier  software

Device  Framework  tests

Interoperability  tests

Current  measurement

Electrical  tests

Certified  USB  Logo

Windows  hardware  certification

Windows  hardware  certification

Driver  signatures

Test-signing  a  driver

Microsoft  USB  Test  Tool  (MUTT)

19  Packets  on  the  Bus

USB  2.0

Low  speed  and  full  speed  bus  states

High  speed  bus  states

Data  encoding

Staying  synchronized

Timing  accuracy

Packet  format

Inter-packet  delay

Test  modes

USB  3.1

Data  scrambling

Encoding

Link  layer

Reset

Signaling

Negotiating  speed

20  Electrical  and  Mechanical  Interface

USB  2.0

Transceivers

Cables  and  connectors

USB  3.1

Transmitters  and  receivers

Cables  and  connectors

USB  Type-C  cables

Benefits

Cables  and  connectors

New  cable  connections

Data  routing

Other  ways  to  connect

Inter-Chip

Isolated  interfaces

Long  distance  links

Going  wireless

21  Hosts  for  Embedded  Systems

The  Targeted  Host

The  Targeted  Peripheral  List

Targeted  Host  types

Bus  current

Turning  off  bus  power

The  Micro-AB  receptacle

Embedded  Hosts

Differences  from  conventional  host  ports

Host  connectors

Functioning  as  a  USB  device

OTG  devices

Requirements

Cables  and  connectors

The  A-Device  and  B-Device

The  OTG  descriptor

Host  Negotiation  Protocol  (HNP)

Role  Swap  Protocol

Choosing  a  development  platform

Comparing  options

Embedded  PC

General-purpose  microcontroller

Interface  chip

Host  module