西京學(xué)院機(jī)電工程系 李紅波 權(quán)宏偉

1.引言

隨著PC的普及和信息網(wǎng)絡(luò)的大發(fā)展，上網(wǎng)的人越來越多，也越來越依賴網(wǎng)絡(luò)給自己工作生活帶來便捷。同時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步的發(fā)展，我們幾乎不受限制的隨時(shí)隨地接入互聯(lián)網(wǎng)瀏覽信息、電子郵件、下載文件和聽音樂等等網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)。于是我們會(huì)時(shí)常碰到這種情況，當(dāng)兩人同時(shí)上網(wǎng)時(shí)，常常用一個(gè)賬號(hào)共享上網(wǎng)了。從而電腦組建成小型網(wǎng)絡(luò)互訪就成為必要了，便出現(xiàn)了多種互聯(lián)方式。早期的串并口互聯(lián)、網(wǎng)卡互聯(lián)、紅外互聯(lián)，WIFI互聯(lián)和藍(lán)牙互聯(lián)等。由于各自使用條件速度等原因，相對較早的聯(lián)機(jī)速度慢，己經(jīng)不用了。目前主流使用網(wǎng)卡聯(lián)機(jī)。這種網(wǎng)卡采用PCI插槽，用RJ45水晶頭連接，傳輸距離遠(yuǎn)。但是當(dāng)PC沒有網(wǎng)卡時(shí)，當(dāng)筆記本互聯(lián)時(shí)，當(dāng)互聯(lián)共享上網(wǎng)時(shí)，當(dāng)小設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)時(shí)，總會(huì)出現(xiàn)不方便安裝網(wǎng)卡，或成本較大，或空間受限的原因不適合用網(wǎng)卡互聯(lián)。此時(shí)，我們可以考慮選用USB網(wǎng)卡聯(lián)機(jī)，以滿足需求。USB是目前計(jì)算機(jī)與外設(shè)上普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)，其具有傳輸速率高、連接靈活、使用方便和可獨(dú)立供電等特性。所以，利用USB新型接口聯(lián)機(jī)無疑是一個(gè)全新開始，以其USB的優(yōu)點(diǎn)必將受人們歡迎。

2.USB雙機(jī)互聯(lián)的基本原理

USB雙機(jī)互聯(lián)設(shè)備，其基本原理就是利用一個(gè)兩端都是USB接口的Host-Host橋模擬以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，通過這個(gè)帶網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理芯片，兩臺(tái)互連的電腦工作時(shí)就跟用雙網(wǎng)卡連接時(shí)的工作狀態(tài)一樣。USB雙機(jī)互聯(lián)設(shè)備使用起來非常簡單，特別是現(xiàn)在大家都使用Windows XP的操作系統(tǒng)，只需分別插在兩臺(tái)電腦的USB口，系統(tǒng)提示找到新硬件，安裝驅(qū)動(dòng)程序后設(shè)置“USB網(wǎng)絡(luò)連接”的IP，就可以使用了。

USB雙機(jī)互聯(lián)是利用USB聯(lián)網(wǎng)線把它們以連接起來，可以網(wǎng)絡(luò)互訪。USB聯(lián)網(wǎng)線的實(shí)質(zhì)是：“1條USB聯(lián)網(wǎng)線=2塊網(wǎng)卡+l條網(wǎng)線”，因此它可見理解為“不需要網(wǎng)卡就能聯(lián)機(jī)的一種通信線”。但其實(shí)USB聯(lián)網(wǎng)線并不是一條雙頭USB線這么簡單，它內(nèi)部是含有芯片電路的，其基本原理就是利用一個(gè)兩端都是USB接口的Host-Host橋模擬以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，通過這個(gè)帶網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理芯片，兩臺(tái)互連的電腦工作時(shí)就跟用雙網(wǎng)卡連接時(shí)的工作狀態(tài)一樣。它可以完成具備網(wǎng)卡連接起來的網(wǎng)絡(luò)的所有功能（比如文件共享、聯(lián)網(wǎng)對戰(zhàn)、共享上網(wǎng)），不過一般都是USB1.1的，速度最多12Mbps，相當(dāng)于I00Mbps網(wǎng)卡的速度。USB設(shè)備支持即插即用和熱插拔功能。所以，隨時(shí)都可以將它插入計(jì)算機(jī)的USB接口上。此時(shí)，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)分配地址，用戶不需要進(jìn)行任何物理參數(shù)的設(shè)置。并且USB設(shè)備的連接可以在開機(jī)狀態(tài)下直接進(jìn)行，不需要關(guān)閉計(jì)算機(jī)的電源。USB網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安裝很簡單，先裝上USB連接電纜的驅(qū)動(dòng)程序，并且安裝線纜指定的軟件模擬包，然后重啟計(jì)算機(jī)，插上線纜，配置好對等網(wǎng)的協(xié)議就可以了。表1給出了各種接口互聯(lián)的對照情況。

3.USB設(shè)備配置

當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序加載時(shí)，主機(jī)開始給USB設(shè)備分配設(shè)備地址。這一步是主機(jī)通過設(shè)置USB設(shè)備地址請求命令完成的。當(dāng)USB設(shè)備收到該命令，就設(shè)置自己的地址，不在使用默認(rèn)地址O。當(dāng)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序加載之后，系統(tǒng)就開始從驅(qū)動(dòng)程序的入口地址函數(shù)DriverEntry()來執(zhí)行，以初始化設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο螅⒃O(shè)備對象，初始化硬件設(shè)備等。USB設(shè)備的配置，就在初始化硬件對象時(shí)發(fā)生的。設(shè)備的配置其實(shí)就是根據(jù)設(shè)備配置的信息，使能設(shè)備相關(guān)功能特性的過程。而USB設(shè)備的配置信息存在于設(shè)備固件程序中，主機(jī)必須通過請求配置描述符命令來獲得。下面就是DDK為USB設(shè)備定義的配置描述符結(jié)構(gòu)體。

從這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，我們發(fā)現(xiàn)，配置有編號(hào)，配置有接口。所以，一個(gè)USB設(shè)備可有多個(gè)配置描述符，每個(gè)配置又支持多個(gè)接口。接口信息是通過接口描述符來確定的，是對USB設(shè)備端點(diǎn)功能的匯集總括，一個(gè)USB接口可以視為一個(gè)邏輯設(shè)備。那么，就存在這樣的問題，對于多配置，多接口的設(shè)備怎樣來配置?當(dāng)然，是根據(jù)設(shè)備的邏輯功能來選擇所需的配置和接口。具體做法是在驅(qū)動(dòng)程序中要指明配置情況，配置號(hào)和接口等。這樣，當(dāng)配置請求命令執(zhí)行后，設(shè)備便配置成所需的功能了。但是，要切忌配置只能進(jìn)行一次。

4.接口電路設(shè)計(jì)

4.1 原理圖設(shè)計(jì)

通過前面分析對比，確定使用工DE接口線擴(kuò)展USB接口。由于原理圖設(shè)計(jì)簡單，這里僅把設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)列舉出來供參考。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾條原則：

(1)在D+上拉1.5K電阻以支持USB全速傳輸。

(2)若要采用中斷方式，則需接入中斷線。

(3)EOT_N引腳通過電阻接入VBUS，以正確檢測USB連接。

(4)芯片電源應(yīng)加退禍電容，一般為0.luF。

(5)在D+/D一線上應(yīng)串接200。

(6)ALE引腳接地。

表1 互聯(lián)的對照表

4.2 PCB版圖設(shè)計(jì)

這是設(shè)計(jì)電路的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，不僅要考慮電磁兼容、信號(hào)完整，而且還需要考慮制作工藝水平等。下面就給出部分關(guān)鍵的版圖設(shè)計(jì)原則：

(1)封裝選擇，電阻電容均采用非貼片器件。

(2)對于庫中沒有的封裝按文檔尺寸畫出封裝，1英寸=2.54毫米。

(3)采用雙層板較好走線，選擇合理的禁止布線區(qū)。

(4)接口器件應(yīng)布在四周，便于連接美觀為好。

(5)核心芯片優(yōu)先布局，根據(jù)參考原理圖信號(hào)流向安排主要元器件。

(6)插針應(yīng)做到便于拔插。

(7)布線遵循電源線、信號(hào)線、地線的先后順序，可快速布線。

(8)所有的連線盡量采用做到短、粗、直線。

(9)輸入和輸出及相鄰兩層的導(dǎo)線應(yīng)避免平行。

(10)數(shù)據(jù)線和地址線需平行走線。

(11)讀寫、中斷線、復(fù)位線和片選線最好用地線保護(hù)起來。

(12)晶體振蕩器下面不走線，外殼接地，時(shí)鐘線盡量短，地線保護(hù)。

(13)布線后，進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查和信號(hào)完整性分析。

4.3 電路焊接

拿到一塊電路板，焊接時(shí)也要遵循一些要求，不然會(huì)事倍功半。一般來說，從內(nèi)到外來焊接，先焊接貼片集成電路，然后是位置較低的元件，最后才焊接邊緣的接口器件。

5.結(jié)論

本文是針對兩臺(tái)PC聯(lián)機(jī)的情況而展開論述的。雖通過了簡單測試，但與實(shí)際的應(yīng)用相差深遠(yuǎn)，還需解決更多的具體問題。所以，難點(diǎn)越多，論文觀點(diǎn)也要不斷充實(shí)完善。目前，USB互聯(lián)應(yīng)用有有線到無線發(fā)展，低速到高速，大型到小型等層出不窮。每一樣應(yīng)用都在某種程度上需要理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新。所以，值得研究的東西還很多。

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