USB主機控制器驅動的整體結構？
前面寫了壹些SPI/I2C/RS-485之類的文章，有朋友留言希望能分享壹些USB方面的梳理總結，今天就從系統標準層面先來梳理壹下。看看有沒有朋友喜歡。先從系統層面來梳理。個人學習，習慣於先從整體上摸個大概，然後再對感興趣的細節逐漸深入。
USB是比較復雜的協議棧，如果發現文章中有錯誤，請幫忙指正。
註：本文主要參考USB2.0規範第4章，將標準中個人認為比較重要的壹些點盡量條理清晰的總結出來。我感覺很多朋友可能對於閱讀英文標準有點輕度抗拒，所以整理此文這也是壹個起因，希望對朋友們有所幫助。
總線拓撲
說到總線拓撲，這張圖大家壹定都見過：
USB標準上說USB總線拓撲是壹種分層星形結構，這張拓撲圖延申出來的壹些要點：
所謂星型是針對Hub而言的，壹個Hub下面可以掛Hub或者設備，最頂層就是USB主機控制器USB主機控制器壹般都伴隨有壹個根集線器Root Hub。Hub級聯最多5層總線上理論最大允許連接127個設備。Hub級聯遵循向下兼容，USB2.0主機或者高速Hub可以連接USB1.1Hub。壹個USB分層星型結構有且僅有壹個USB主機控制器線纜最長不超過5米這個最大7層星形結構，代表的是壹條USB總線，壹個USB分層星型結構有且僅有壹個USB主機控制器，但並不是說壹臺計算機就只有壹個USB總線，比如我的計算機內部就是2個USB主控制器+Root Hub，從Windows設備管理器可以看到：
7層拓撲圖中的第2層只畫了壹個Hub,並不意味真正的第2層就只能有壹個Hub，但這個圖無法顯示出更為詳細的總線連接關系，用USBTrace軟件來看看：
第1條總線有4個端口，第2條總線的根集線器具有18個端口，其中8、9、10為計算機內部的USB設備占用了。我這臺筆記本對外有兩個USB接口，通過分別將U盤插入這兩個端口，再利用USBTrace探測可以推斷出這兩個端口都屬於第2條總線的Port
3以及Port 4：
那麽Hub長什麽樣呢？比如下面是壹個7口的USB Hub示意圖，來源於USB2.0標準：
物理接口
電氣概覽
USB 通過四線電纜傳輸信號和電源。信令發生在每個點對點網段上的兩條線上。
VBUS/GND：供電D+/D-：USB差分信號線。具有三種數據速率：
高速模式 high-speed：480 Mb/s，常縮寫為HS模式全速模式 full-speed：12 Mb/s，常縮寫為FS模式低速模式 low-speed：1.5 Mb/s，常縮寫為LS模式至於數據編碼模式，這裏先不管它。
機械概覽
機械部分主要定義USB采用什麽尺寸的接插件，線纜的顏色定義、線號。線纜的抗拉強度等。主要從以下幾個方面去標準化：
主要連接器類型規範，主要分A、B系列。定義了公頭、母頭。
線纜規範。高速/全速電纜由信號雙絞線、VBUS、GND 和整體屏蔽組成。當高速/全速電纜與低速設備壹起使用時，電纜必須滿足所有低速設備要求。低速設備可以不使用雙絞線。雙絞線可有效抵抗***模噪聲。連接器機械尺寸及材料要求。
A/B系列插座規範A/B系列插頭規範電纜尺寸材料規範，這裏就不羅列了，知道在哪裏查就可以了。電氣、機械和環境合規性標準接地規範，屏蔽層壹定要焊接在插頭的外殼接地點。插座PCB尺寸規範。所以對於有繪制接插件需要的，可以參考6.9節的尺寸。Logo位置線芯顏色規範。USB Logo尺寸規範。協議概述
USB采用主從通訊模式，是壹種輪詢總線。所有數據傳輸都由主機控制器發起。這是USB標準中最難啃的部分，這裏先不總結。
健壯設計
標準關於協議健壯性，又稱魯棒性，做了這幾個方面的設計：
從信號完整性角度：使用差分驅動器、差分接收器和以及對信號線纜的屏蔽處理。差分收發策略主要在抵抗***模幹擾方面效果顯著，而屏蔽層則有兩方面的作用：其壹，有效降低USB線通過無線電波對外界幹擾；其二、能有效隔斷外界無線幹擾對USB信號線、電源線的幹擾。CRC報文校驗。報文中數據如果出錯，可以檢測出來，可以做相應的處置。熱插拔檢測及對相應硬件設備的系統配置管理。這個設計有助於提升用戶體驗，用戶隨用隨插，而無需關機插拔。利用對數據丟失或數據損壞超時檢測實現通訊自恢復機制，以增強協議的健壯性。對流數據的進行流量控制以確保同步以及底層收發硬件緩沖區管理。數據管道和控制管道分離