Developing USB PC Peripherals pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Independent Pub Group

作者:Tan, Wooi Ming/ Solari, Edward

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:

价格:29.95

装帧:Pap

isbn号码:9780929392646

丛书系列:

图书标签:

• USB
• PC Peripherals
• Embedded Systems
• Hardware Development
• Electronics
• Microcontrollers
• Device Drivers
• Programming
• Engineering
• DIY

《USB接口设计与实践：从硬件到固件的全方位解析》 本书将带领您深入探索USB（Universal Serial Bus）接口的奥秘，为您提供一套全面而实用的开发指南，助您成功设计和实现各类USB PC外设。我们不仅会剖析USB协议的底层原理，更会结合丰富的实践案例，让您在理论学习的同时，掌握实操技能。 第一部分：USB协议深度解析 USB协议概述与演进： 从USB 1.0到最新的USB 4.0，我们将梳理USB协议的发展历程，重点介绍不同版本在速度、带宽、拓扑结构以及供电能力上的关键差异与技术革新。理解这些演进将有助于您根据项目需求选择最合适的USB标准。 USB的物理层与电气特性： 深入解析USB的物理连接器（Type-A, Type-C等）以及信号传输的电气规范，包括数据线、电源线、差分信号传输的原理，以及抗干扰、信号完整性等关键设计考量。 USB的逻辑结构与数据传输： 详细阐述USB的端点（Endpoint）、管道（Pipe）、设备描述符（Device Descriptor）、配置描述符（Configuration Descriptor）等核心概念。我们将讲解数据在主机（Host）和设备（Device）之间的传输方式，包括控制传输、中断传输、块传输和同步传输，以及它们各自的应用场景。 USB枚举过程详解： 这一章节是理解USB设备如何被主机识别和加载的关键。我们将一步步解析USB设备接入主机后，主机如何通过地址分配、获取设备描述符、设置配置等一系列步骤来完成设备的枚举，并最终为设备分配驱动程序。 USB供电机制（USB Power Delivery）： 重点介绍USB PD协议，包括其历史、主要特性、充电策略、功率配置文件（Power Profile）以及如何设计支持USB PD的设备。这对于设计需要高效供电或反向供电的外设至关重要。 第二部分：USB设备硬件设计 USB控制器选型与接口电路设计： 介绍市面上主流的USB控制器芯片（如FTDI, Cypress, NXP等）的特点与选型原则。详细讲解如何根据控制器芯片的数据手册设计USB接口电路，包括差分对的布线、阻抗匹配、ESD保护以及电源滤波等。 USB设备端电路设计考量： 探讨USB设备的功耗管理、复位电路、时钟源选择以及与其他外围器件（如存储器、传感器、显示屏等）的接口设计。 USB Type-C 接口的深入设计： 重点关注USB Type-C接口的独特之处，包括其正反插特性、CC（Configuration Channel）引脚的功能、SBU（Sideband Use）引脚的应用，以及如何实现Alternate Mode（如DisplayPort, Thunderbolt）。 PCB布局与信号完整性： 强调在USB设备PCB设计中，遵循高速信号布线规则的重要性。讲解差分对的长度匹配、间距控制、接地设计以及避免串扰的策略，以确保USB信号的稳定性和可靠性。 可靠性设计与EMC/EMI防护： 讨论如何通过元器件选择、电路设计和PCB布局来提高USB设备的可靠性，并满足EMC/EMI的电磁兼容性要求，防止设备相互干扰或对环境产生不良影响。 第三部分：USB设备固件开发 USB设备固件架构与流程： 介绍USB设备固件开发的典型架构，包括中断处理、USB请求处理（USB Request Handling）、数据缓冲区管理以及与应用层逻辑的交互。 嵌入式USB驱动程序开发： 学习如何为微控制器（MCU）编写USB设备驱动程序，包括初始化USB控制器、响应主机请求、管理端点缓冲以及实现设备功能。我们将以常见的MCU平台为例进行讲解。 HID（Human Interface Device）类设备开发： 重点讲解如何开发USB HID设备，如鼠标、键盘、游戏控制器等。我们将解析HID报告描述符（HID Report Descriptor）的设计，以及如何将用户输入转化为HID报告发送给主机。 Mass Storage Class（MSC）设备开发： 学习如何开发USB大容量存储设备，如U盘、SD卡读卡器等。我们将解析MSC协议的工作流程，包括SCSI命令的封装、数据块的传输以及文件系统的挂载。 CDC（Communication Device Class）类设备开发： 探索如何开发USB通信设备，如虚拟串口、调制解调器等。我们将详细介绍CDC类设备的描述符结构以及如何实现数据包的收发。 自定义USB设备类开发： 对于非标准设备，我们将指导您如何定义自己的USB设备类（Custom USB Class），设计专属的设备描述符和请求，以满足特定应用的需求。 USB固件的调试技巧： 提供实用的USB固件调试方法，包括使用USB协议分析仪、逻辑分析仪、示波器以及调试器等工具，帮助您快速定位和解决固件开发中的问题。 第四部分：USB PC主机端开发 Windows USB驱动程序开发入门： 介绍Windows平台上USB驱动程序开发的几种常见方式，包括使用WinUSB、libusb以及WDM/KMDF框架。 使用libusb进行跨平台USB通信： 学习libusb库，它允许您在Windows、Linux和macOS等不同操作系统上编写统一的USB主机端应用程序，简化了跨平台的开发。 USB设备信息获取与控制： 演示如何使用API（如`CreateFile`，`DeviceIoControl`）在Windows上枚举USB设备、获取设备信息，并发送自定义命令控制USB设备。 USB设备与应用层的交互： 讲解如何将USB设备接收到的数据在应用程序中进行处理和展示，以及如何将应用程序的数据发送给USB设备。 USB协议分析工具的使用： 介绍Wireshark、USBlyzer等USB协议分析工具，它们是理解USB通信流程、排查问题和验证设计的强大助手。 第五部分：案例分析与进阶主题 实例：开发一款自定义USB数据采集模块 实例：设计一款USB HID游戏手柄 实例：构建一个USB网络摄像头 USB 3.x 的性能优化与实现 USB OTG (On-The-Go) 技术简介 USB安全问题与防护措施 本书力求理论与实践相结合，通过清晰的图示、详细的代码示例和深入的原理讲解，帮助读者掌握USB PC外设开发的每一个环节。无论您是初学者还是有一定经验的开发者，都能从本书中获得宝贵的知识和实用的技能，自信地迈向USB设备设计的广阔天地。

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阅读体验上，这本书的行文风格极其务实且面向实践，充满了“老兵带新兵”的诚恳态度。它没有过度沉溺于理论的象牙塔中，而是将理论知识与实际的硬件实现紧密地结合起来。我发现作者在讲解如何处理USB中断和控制传输时，采用了一种非常实用的自上而下的方法，先给出整体框架，再逐步深入到寄存器级别的操作细节。这种结构对于快速投入到实际开发中的读者极为友好。书中对错误处理和鲁棒性设计的强调也令人印象深刻，这往往是许多入门级资料所忽略的关键点。通过几个精心挑选的案例研究，读者可以直观地看到，在真实世界的噪声和不确定性下，如何确保数据传输的完整性和设备的可靠性。特别是关于自定义类驱动程序的设计部分，作者提供的设计哲学，远超出了简单遵循规范的层面，更多的是关于如何构建一个既符合标准又兼顾独特功能需求的可扩展架构。可以说，这本书是用实践的泥土浇灌出来的知识结晶。

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从排版和结构上看，这本书的组织逻辑体现了一种对工程师思维流程的深刻理解。章节之间的过渡自然流畅，逻辑链条从不中断。作者似乎非常擅长使用图示和时序图来简化复杂概念，这些视觉辅助工具的作用远大于冗长的文字描述。我个人非常欣赏作者在每一章末尾设置的“深入思考”部分，它们并非简单的习题，而是引导读者去思考更广泛的设计权衡和未来趋势。例如，关于电源管理协议的讨论，不仅描述了现有规范，还探讨了在低功耗移动设备普及背景下，未来USB外设应如何演进才能更好地适应能效要求。这种前瞻性和批判性的视角，让这本书的价值超越了单纯的技术手册范畴，上升到了工程思想的层面。它教会读者如何不仅要解决眼前的问题，还要预见未来的技术挑战。

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这本书给我最深刻的印象是它在抽象概念与具体实现之间的完美平衡艺术。许多技术书籍要么过于抽象，导致读者无法落地；要么过于关注代码细节，导致读者不理解背后的原理。但《Developing USB PC Peripherals》成功地在二者之间架起了一座坚实的桥梁。它清晰地展示了，当你在主机端编写一个应用程序接口时，底层是如何通过一连串的硬件握手、软件栈处理最终转化为物理电平上的信号传输的。作者在描述如何编写自定义的C/C++驱动程序框架时，其清晰度令人赞叹，尤其是在处理设备描述符数组的内存布局和映射方面，提供了极其清晰的指导。这使得读者在面对需要深度定制协议栈的场景时，拥有了极大的信心和清晰的路线图。这本书的价值不在于让你成为一个USB协议的背诵者，而在于让你成为一个能够驾驭和设计复杂USB系统的架构师。

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这本书的深度和广度实在让人惊叹，尤其是在深入探讨现代嵌入式系统与主控端接口交互的机制方面，展现出了非凡的洞察力。我原以为市面上关于USB协议的书籍大多停留在概念介绍或简单的驱动程序实现层面，但这本《Developing USB PC Peripherals》显然将标准提升到了一个全新的高度。它不仅仅教授了“如何做”，更重要的是解释了“为什么是这样做的”，从物理层的电气特性到高层的数据包结构，脉络清晰得令人信服。书中对不同速度模式下的时序控制进行了详尽的剖析，这对于设计高性能、低延迟的外设至关重要。我特别欣赏作者在描述复杂状态机转换时的耐心和细致，这使得原本晦涩难懂的协议规范变得触手可及。举个例子，它对描述符的解析和动态配置过程的讲解，简直可以作为教科书级别的范本，清晰地勾勒出了主机与设备之间协商的完整生命周期。对于那些致力于开发定制化、高性能USB设备的工程师来说，这本书无疑是案头的必备工具书，它提供的不仅仅是代码片段，更是对整个USB生态系统底层逻辑的透彻理解。

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坦白讲，这本书的难度曲线是相当陡峭的，它对读者的预备知识有着不低的要求，如果你对数字电路和操作系统底层机制一无所知，可能会感到吃力。然而，正是这份挑战性，保证了其内容的深度和专业性。它大胆地触及了一些在其他资料中鲜有提及的领域，比如异步传输机制的优化策略，以及在资源受限环境下实现全速和高速模式的硬件协同设计。我特别留意了其中关于定时同步和抖动的处理章节，作者的分析深入到了晶振精度对设备性能的影响层面，这对于追求极限性能的音频或视频外设开发人员来说，是无价之宝。这本书不是那种读完一遍就能掌握的轻松读物，它更像是一本需要反复研读、时常查阅的参考手册，每当你遇到一个棘手的现场问题时，翻开它，总能找到从更深层次原理上解决问题的线索。它要求读者投入时间去消化，但所回报的知识密度是成正比的。

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