微控制器USB的信號和協議實現 ( 簡體 字) |
| 作者：工業和信息化部人才交流中心,恩智浦（中國）管理有限公司 | 類別：1. -> 程式設計 -> USB |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 48734
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NT售價： 290 元 |
| 出版日：3/1/2018 |
| 頁數：296 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121338014 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
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| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：序一
中國經濟已經由高速增長階段轉向高質量發展階段，正處在轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的攻關期。習近平總書記在十九大報告中明確指出，要堅持新發展理念，主動參與和推動經濟全球化進程，發展更高層次的開放型經濟，不斷壯大我國的經濟實力和綜合國力。
對于我國的集成電路產業來說，當前正是一個實現產業跨越式發展的重要戰略機遇期，前景十分光明，挑戰也十分嚴峻。在政策層面，2014年《國家集成電路產業發展推進綱要》發布，提出到2030年產業鏈主要環節達到國際先進水平，實現跨越發展的發展目標；2015年，國務院提出“中國制造2025”，將集成電路產業列為重點領域突破發展首位；2016年，國務院頒布《“十三五”國家信息化規劃》，提出構建現代信息技術和產業生態體系，推進核心技術超越工程，其中集成電路被放在首位。在技術層面，目前全球集成電路產業已進入重大調整變革期，中國集成電路技術創新能力和中高端芯片供給水平正在提升，中國企業設計、封測水平正在加快邁向第一陣營。在應用層面，5G移動通信、物聯網、人工智能等技術逐步成熟，各類智能終端、物聯網、汽車電子及工業控制領域的需求將推動集成電路的穩步增長，從而集成電路產業將成為這些產品創新發展的戰略制高點。
展望“十三五”，中國集成電路產業必將迎來重大發展，特別是十九大提出要加快建設制造強國，加快發展先進制造業，推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合等新的要求，給集成電路發展開拓了新的發展空間，使得集成電路產業由技術驅動模式轉化為需求和效率優先模式。在這樣的大背景下，通過高層次的全球合作來促進我國國內集成電路產業的崛起，將成為我們發展集成電路的一項重要抓手。
在推進集成電路產業發展的過程中，建立創新體系、構建產業競爭力，最終都要落在人才上。人才培養是集成電路產業發展的一個核心組成部分，我們的政府、企業、科研和出版單位對此都承擔重要的責任和義務。所以我們非常支持工業和信息化部人才交流中心、恩智浦（中國）管理有限公司、電子工業出版社共同編制出版這套《物聯網與人工智能應用開發叢書》。這套叢書集中了眾多一線工程師和技術人員的集體智慧和經驗，并且經過了行業專家學者的反復論證。我希望廣大讀者可以將這套叢書作為日常工作中的一套工具書，指導應用開發工作，還能夠以這套叢書為基礎，從應用角度對我們未來產業的發展進行探索，并與中國的發展特色緊密結合，服務中國集成電路產業的轉型升級。
序二
隨著摩爾定律逐步逼近極限，以及云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G等新興應用領域的興起，細分領域競爭格局加快重塑，圍繞資金、技術、產品、人才等全方位的競爭加劇，當前全球集成電路產業進入了發展的重大轉型期和變革期。
自《國家集成電路產業發展推進綱要》發布以來，隨著“中國制造2025”“互聯網+”、大數據等國家戰略的深入推進，國內集成電路市場需求規模進一步擴大，產業發展空間進一步增大，發展環境進一步優化。在市場需求拉動和國家相關政策的支持下，我國集成電路產業繼續保持平穩快速、穩中有進的發展態勢，產業規模穩步增長，技術水平持續提升，資本運作漸趨活躍，國際合作層次不斷提升。
集成電路產業是一個高度全球化的產業，發展集成電路需要強調自主創新，也要強調開放與國際合作，中國不可能關起門來發展集成電路。
集成電路產業的發展需要知識的不斷更新。這一點隨著云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G等新業務、新平臺的不斷出現，已經顯得越來越重要，越來越迫切。由工業和信息化部人才交流中心、恩智浦（中國）管理有限公司與電子工業出版社共同組織編寫的《物聯網與人工智能應用開發叢書》，是我們產業開展國際知識交流與合作的一次有益嘗試。我們希望看到更多國內外企業持續為我國集成電路產業的人才培養和知識更新提供有效的支撐，通過各方的共同努力，真正實現中國集成電路產業的跨越式發展。
序三
盡管有些人認為全球集成電路產業已經邁入成熟期，但隨著新興產業的崛起，集成電路技術還將繼續演進，并長期扮演核心關鍵角色。事實上，到現在為止還沒有出現集成電路的替代技術。
中國已經成為全球最大的集成電路市場，產業布局基本合理，各領域進步明顯。2016年，中國集成電路產業出現了三個里程碑事件：第一，中國集成電路產業第一次出現制造、設計、封測三個領域銷售規模均超過1000億元人民幣，改變了多年來始終封測領頭，設計和制造跟隨的局面；第二，設計業超過封測業成為集成電路產業最大的組成部分，這是中國集成電路產業向好發展的重要信號；第三，中國集成電路制造業增速首次超過設計業和封測業，達到最快。隨著中國經濟的增長，中國集成電路產業的發展也將繼續保持良好態勢。未來中國將保持世界電子產品生產大國的地位，對集成電路的需求還會維持在高位。與此同時，我們也必須認識到，國內集成電路的自給率不高，在很長一段時間內對外依存度會停留在較高水平。
我們要充分利用當前物聯網、人工智能、大數據、云計算加速發展的契機，實現我國集成電路產業的跨越式發展，一是要對自己的發展有清醒的認識；二是要保持足夠的定力，不忘初心、下定決心；三是要緊緊圍繞產品，以產品為中心，高端通用芯片必須面向主戰場。
產業要發展，人才是決定性因素。目前我國集成電路產業的人才情況不容樂觀，人才缺口很大，人才數量和質量均需大幅度提升。與市場、資本相比，人才的缺失是中國集成電路產業面臨的最大變量。人才的成長來自知識的更新和經驗的積累。我國一直強調產學研結合、全價值鏈推動產業發展。加強企業、研究機構、學校之間的交流合作，對于集成電路產業的人才培養和知識更新有非常正面的促進作用。由工業和信息化部人才交流中心、恩智浦（中國）管理有限公司與電子工業出版社共同組織編寫的這套《物聯網與人工智能應用開發叢書》，內容涉及安全應用與微控制器固件開發、電機控制與USB技術應用、車聯網與電動汽車電池管理、汽車控制技術應用等物聯網與人工智能應用開發的多個方面，對于專業技術人員的實際工作具有很強的指導價值。我對參與叢書編寫的專家、學者和工程師們表示感謝，并衷心希望能夠有越來越多的國際優秀企業參與到我國集成電路產業發展的大潮中來，實現全球技術與經驗和中國市場需求的融合，支持我國產業的長期可持續發展。
序四
人工智能與物聯網、大數據的完美結合，正在成為未來十年新一輪科技與產業革命的主旋律。隨之而來的各個行業對計算、控制、連接、存儲及安全功能的強勁需求，也再次把半導體集成電路產業推向了中國乃至全球經濟的風口浪尖。
歷次產業革命所帶來的沖擊往往是顛覆性的改變。當我們正為目不暇接的電子信息技術創新的風起云涌而喝彩，為龐大的產業資金在政府和金融機構的熱推下，正以前所未有的規模和速度投入集成電路行業而驚嘆的同時，不少業界有識之士已經敏銳地意識到，構成并驅動即將到來的智能化社會的每一個電子系統、功能模塊、底層軟件乃至檢測技術都在面臨巨大的量變與質變。毫無疑問，一個以集成電路和相應軟件為核心的電子信息系統的深度而全面的更新換代浪潮正在向我們走來。
如此的產業巨變不僅引發了人工智能在不遠的將來是否會取代人類工作的思考，更加現實而且緊迫的問題在于，我們每一個人的知識結構和理解能力能否跟得上這一輪技術革新的發展步伐？內容及架構更新相對緩慢的傳統教材以及漫無邊際的網絡資料，是否足以為我們及時勾勒出物聯網與人工智能應用的重點要素？在一個如今僅憑獨到的商業模式和靠免費獲取的流量，就可以瞬間增加企業市值的IT盛宴里，我們的工程師們需要靜下心來在哪些方面練好基本功，才能在未來翻天覆地般的技術變革時代立于不敗之地？
帶著這些問題，我們在政府和國內眾多知名院校的熱心支持與合作下，精心選題，推敲琢磨，策劃了這一套以物聯網與人工智能的開發實踐為主線，以集成電路核心器件及相應軟件開發的最新應用為基礎的科技系列叢書，以期對在人工智能新時代所面對的一些重要技術課題提出拋磚引玉式的線索和思路。
本套叢書的準備工作始終得到了工業和信息化部電子信息司刁石京司長，國家集成電路大基金丁文武總裁，清華大學微電子系主任魏少軍教授，工業和信息化部人才交流中心王希征主任、李寧副主任，電子工業出版社黨委書記、社長王傳臣的肯定與支持，恩智浦（中國）管理有限公司的任霞女士、張伊雯女士、陳劼女士，以及恩智浦（中國）管理有限公司各個產品技術部門的技術專家們為叢書的編寫組織工作付出了大量的心血，電子工業出版社的董亞峰先生、徐薔薇女士為叢書的編輯出版做出了精心的規劃。著書育人，功在后世，借此機會表示衷心的感謝。
未來已來，新一代產業革命的大趨勢把我們推上了又一程充滿了精彩和想象空間的科技之旅。在憧憬人工智能和物聯網即將給整個人類社會帶來的無限機遇和美好前景的同時，打好基礎，不忘初心，用知識充實腳下的每一步，又何嘗不是一個主動迎接未來的良好途徑？
前言
USB作為一種通用的標準通信接口，由于其良好的數據傳輸可靠性、可擴展性和低廉的成本，在各個領域都被廣泛使用。同時，越來越多的開發人員開始關注和學習USB相關的知識。然而，與其他的總線協議IIC或者SPI相比，USB在物理信號和協議上無疑要復雜許多。不管是硬件板級設計或者軟件驅動、應用程序的編寫，難度都大為提高，這給廣大開發人員的學習和使用帶來了很多困難。
本書是“物聯網與人工智能應用開發叢書”中的一本，本系列叢書中還有另外一本《微控制器USB的技術與應用入門》講解如何開發USB設備應用實例。而本書更關注于USB底層的信號和協議，從實踐出發，結合實際的示波器波形圖和USB協議分析儀提供的記錄信息對USB的信號和協議進行系統講解。本書對在USB實際開發過程中研發人員經常碰到的一些問題進行了進一步討論，不僅說明了USB的信號與協議“是什么”的問題，而且進一步解釋了“為什么”的問題，可以為讀者深入理解USB的信號和協議提供指導。
本書基于常用的兩款USB控制器，詳細地闡述了如何對USB控制器進行實際的編程，使之產生正確的USB信號來完成USB協議，使讀者在實際的學習開發過程中能有所借鑒。
同時，本書結合 USB音頻類的相關知識，使用MCUXpresso SDK軟件包中USB揚聲器演示程序的源代碼，對于本書中所涉及的技術從軟件實現的角度進行講解，使讀者能夠有更加直觀的認識和理解。
USB相關的知識非常龐雜，本書難以涵蓋USB所有的方面，由于篇幅所限，只選取了USB認證和最新的USB TYPE-C與供電技術（Power Delivery）進行了梳理和講解，務求能讓讀者對于USB認證的內容、流程及相關的技術難點有清楚的認識并對最新的USB技術發展能有所涉及。
本書在歸納總結USB規范的同時，更多的關注于講解USB規范為什么要這么定義，幫助讀者從更深的層次理解USB協議，適合希望對USB技術有更深入了解的讀者閱讀和學習。同時，本書所討論的話題都是在實際的工程開發過程中會碰到的具體問題，也可以為廣大USB開發的工程人員提供參考和借鑒。
全書共6章，第1章由劉君杰執筆，第2章由胡唯唯和張春源執筆，第3章由石宏寬和朱樂樂執筆，第4章由蔣宇達執筆，第5章由石宏寬執筆，第6章由王已昌執筆。全書由劉君杰負責統稿。胡唯唯承擔了大量的繪圖和后期的文字校對、錄入等工作，在此表示衷心的感謝。
感謝本系列叢書專家指導委員會的各位專家對本書大綱結構給予了寶貴的建議，感謝恩智浦半導體高級軟件開發經理曾榮給予了很多富有建設性的意見和思路，感謝在本書的編寫過程中給予指導和建議的老師和工程師同事們。
USB相關知識不僅復雜，所涵蓋的方向也非常多，技術發展也日新月異，很多理論和應用技術問題還有待進一步深入探索和發展。由于作者水平有限，加之時間倉促，疏漏和不足之處在所難免，希望得到廣大讀者的批評指正。
《微控制器USB的信號和協議實現》編者團隊
2017年9月 |
內容簡介：本書從實踐應用出發，結合示波器的波形圖和USB協議分析儀提供的記錄信息，對在USB開發過程中研發人員會遇到的一些實際問題進行詳盡講解，力求讓讀者深入了解USB的協議規范，并介紹了USB認證的內容和流程，為在實際開發過程中的USB認證提供參考。本書還對最新的USB TYPE-C和供電技術進行了相關介紹，并通過具體實例的講解，使讀者對于USB最新技術的發展能有所了解。本書適合希望深入理解USB協議規范或對USB認證有需求的半導體設計工程師使用。 |
目錄：目錄
第1章 深入理解USB信號 001
1.1 USB的電氣特性和信號 002
1.1.1 電氣特性 003
1.1.2 驅動特性 007
1.1.3 USB信號特性 009
1.1.4 數據包編碼 018
1.2 連接和斷開的檢測 020
1.2.1 連接狀態的檢測 021
1.2.2 斷開狀態的檢測 024
1.3 速度檢測 028
1.3.1 低速和全速設備識別 028
1.3.2 高速設備識別 029
第2章 深入理解USB協議 035
2.1 通信協議 036
2.1.1 概要 038
2.1.2 包 039
2.1.3 事務 044
2.1.4 傳輸 055
2.1.5 數據翻轉 062
2.1.6 標準USB設備請求 069
2.2 USB描述符 071
2.2.1 設備描述符 073
2.2.2 配置描述符 074
2.2.3 接口描述符 075
2.2.4 端點描述符 076
2.2.5 字符串描述符 077
2.2.6 接口關聯描述符 078
2.2.7 設備限定描述符 079
2.2.8 其他速度模式下的配置描述符 079
2.3 枚舉 080
2.3.1 設備狀態 080
2.3.2 枚舉流程 083
2.4 掛起和恢復 090
2.4.1 掛起 090
2.4.2 恢復 092
2.4.3 高速模式下的掛起信號和復位信號區別 098
2.5 端點停止 100
2.5.1 功能停止 100
2.5.2 協議停止 103
2.6 OTG簡介 104
2.6.1 角色 105
2.6.2 協議 105
2.6.3 OTG設備狀態遷移 111
2.6.4 OTG工作流程 118
第3章 USB硬件控制器 121
3.1 增強主機控制器接口 122
3.1.1 寄存器接口 123
3.1.2 EHCI連接/斷開檢測 125
3.1.3 EHCI速度檢測 128
3.1.4 USB主機傳輸調度機制 130
3.1.5 USB設備傳輸調度機制 137
3.1.6 EHCI枚舉的軟件實現 139
3.1.7 EHCI掛起和恢復 140
3.1.8 EHCI異常處理 142
3.2 Kinetis主機控制器接口 143
3.2.1 外圍硬件設計 144
3.2.2 控制器接口 145
3.2.3 KHCI連接/斷開檢測 151
3.2.4 KHCI速度檢測 154
3.2.5 KHCI傳輸實現 155
3.2.6 KHCI枚舉的軟件實現 158
3.2.7 KHCI掛起和恢復 158
3.2.8 KHCI端點停止處理 161
第4章 USB音頻演示程序 163
4.1 USB音頻 164
4.1.1 USB音頻功能實現拓撲 164
4.1.2 音頻控制接口和描述符 165
4.1.3 音頻流接口和描述符 172
4.1.4 USB音頻描述符實例 177
4.1.5 音頻設備請求 182
4.1.6 USB音頻類2.0簡介 184
4.2 USB音頻流同步 187
4.2.1 反饋端點同步方案 188
4.2.2 調節時鐘同步方案 192
4.3 USB音頻演示程序代碼分析 192
4.3.1 連接/斷開檢測代碼分析 192
4.3.2 速度檢測代碼分析 198
4.3.3 枚舉、掛起和恢復代碼分析 202
4.3.4 音頻流同步代碼分析 208
4.3.5 USB音頻示例演示 212
第5章 USB認證 215
5.1 USB認證的簡介 216
5.2 USB認證的流程 218
5.2.1 獲得供應商識別碼 218
5.2.2 準備USB兼容性測試清單 219
5.2.3 送USB授權實驗室進行測試 220
5.2.4 獲得合格報告及證書 221
5.3 典型的測試用例 221
5.3.1 不受支持的設備信息 222
5.3.2 最大集線器層次數 222
5.3.3 電源預算指示 222
5.3.4 PET測試 223
5.3.5 USB測試模式 223
5.3.6 USB特殊單步測試用例 226
第6章 USB Type-C及供電協議 231
6.1 Type-C 232
6.1.1 接口定義 233
6.1.2 角色定義 235
6.1.3 熱拔插檢測 239
6.1.4 正反插檢測 240
6.1.5 供電功能 243
6.1.6 附屬模式 243
6.2 供電協議 244
6.2.1 供電協議規范定義 245
6.2.2 供電規則 252
6.2.3 供電協商 252
6.2.4 供電切換 255
6.2.5 通信功能協商 257
6.2.6 復用模式 258
6.3 解決方案 262
6.3.1 硬件支持 262
6.3.2 演示程序 265
參考文獻 270 |
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