多功能USB组合设备的结构设计

多功能USB组合设备的结构设计

引言

1 多功能USB设备的结构模型

多功能USB设备通常是通过单个或多个USB控制器连接不同类型的设备来实现的。而在一个USB接口上实现多个设备有两种方法：一种是复合设备(Compound Device)，一种是组合设备(Composite Device)。图1和图2分别给出了复合设备和组合设备的结构模型。

实际上，USB设备应该被视为不同的功能。多个功能可以被封装在一起形成一个物理设备。所以复合设备其实就是几个设备通过一个USB Hub形成的单一设备，复合设备内的Hub和与Hub相连的各个功能会分配各自的设备地址。组合设备也就是具有多个接口的设备，每个接口代表一个独立的设备，但是组合设备只有一个设备地址。

采用复合设备方法开发多功能USB设备时，其开发过程同开发两种不同类型的USB设备相同，开发难度较低。本文重点介绍组合设备的设计方法，并举例加以实现。

2 组合设备的设计方法

2.1 组合设备的特点

USB组合设备是指具有多个接口且接口间相互独立的USB设备。一个USB设备只有一个设备地址，可以将不同的功能与不同的接口对应，来开发多功能USB设备。

组合设备采用一个USB控制芯片，同时接A设备和B设备。主机可以同时与A设备和B设备通信。

2.2 组合设备的描述符结构

如图3所示，以两个接口的组合设备为例，来说明组合设备的描述符结构。一个设备描述符下有一个配置描述符，一个配置描述符下可以有多个接口描述符，分别对应不同的设备。每个接口描述符下又包含多个端点描述符。一个USB逻辑设备对USB系统来说就是一个端点集合。端点可以根据它们实现的接口来分类。所有的USB设备都需要实现一个缺省的控制方法。这种方法将端点0作为输入端点，同时也将端点0作为输出端点。USB系统用这个缺省方法初始化及一般地使用逻辑设备(即设置此设备)。设备可以有除端点0以外的其他端点，这取决于这些设备的实现。低速设备除端点0外，只能有2个额外的可选端点。而高速设备可具有的额外端点数仅受限于协议的定义。除缺省控制通道的缺省端点外，其他端点只有在设备被设置后才可使用。而且除端点0外，其他端点在不同接口间不能共享。

组合设备使用一个USB控制芯片，通过控制不同的接口与不同的设备进行通信，解决了主机与组合设备内各个设备数据流的区分问题。

3 组合设备的硬件实现

3.1 USB接口部分

3.2 MCU部分

该组合设备采用HT82K95E USB控制芯片，通过对两个接口的管理，实现了鼠标和键盘的功能。

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