Acute皇晶逻辑分析仪在总线分析应用-USB1.1

目的

　　提供逻辑分析仪在USB1.1总线除错与分析之快速应用方案。

方法

　　硬件连接

　　连接逻辑分析仪的通道0与1至USB装置的D+、D-及两边的接地脚，如图1。

图1

硬件设定

　　设定采样率

　　原则上采样率为待测物频率的4~6倍左右最合适; 虽然采样率越高可以看到越细致的讯号波

　　形，但会使逻辑分析仪的可记忆深度所能采集到的封包越少。以待测物为USB1.1的全速装

　　置为例，资料传输率为12Mb/s，采样率100MHz比较合适，如图2。

图2

设定触发准位

　　在设定触发准位之前，建议可使用示波器来观察USB1.1的讯号波形，来确定触发准位电压值。

图3

图4

设定触发参数

　　可以根据需求来设定，本例以CH-00通道(USB1.1 D+讯号)变化缘为触发，如图5。

图5

软件设定

　　全速装置量测

　　硬件设定完毕之后，进行下列软件设定步骤，如图6，再让逻辑分析仪采集 USB1.1讯号，

　　并用总线分析软件来做分析，如图7。

　　通道设定：D+为CH 0，D-为CH 1。

　　协议设定：勾选全速;不分析USB标准申请和描述元，所以不勾选。

　　报告设定：符合该PID的资料将在以不同的颜色显示于报告中，以利和其他

　　PID做区分;显示资料方式为预设的8栏。

　　波形中显示刻度：此例勾选波形中显示刻度。

　　选择要分析的范围：预设的整个缓冲区。

　　波形颜色：最后设定USB1.1栏位颜色，按下确定，即分析USB1.1的讯号。

图6

图7

低速装置量测

　　量测USB鼠标的讯号，如图8和图9。USB1.1总线设定方式和全速装置相同，唯一不同

　　的是协议设定勾选低速。

图8

图9

USB1.1通讯协定

　　USB装置为目前计算机使用广泛的主流产品之一。USB 最初是由英特尔与微软公司倡导发起，其特

　　点为支援热插拔和即插即用。USB 的设计为非对称式的，它由一个主机控制器和若干透过集线器

　　装置以树状连线的装置组成。一个控制器下最多有5层连接，包含集线器在内，最多可连接127

　　个设备。

　　目前 USB1.1支援2种资料讯号速率，低速与全速模式。低速模式的最大传输速率为1.5Mb/s，全速模式的最大传输速率为12Mb/s。

　　USB讯号使用分别标记为D+ 和D- 的双绞线传输，它们各自使用半双工的差动讯号并协同工作，

　　以抵消长导线的电磁干扰，表1为标准USB界面。

　　接脚讯号名称颜色

　　表1

　　USB的传输是由一系列的封包 (packets) 构成，图10为USB封包的架构

　　　　图10

执照封包(Token Packets)

　　只有主机可以发出执照封包。执照封包由 PID、设备位址、结点位址和CRC5组成。其中的

　　SOF( Start Of Frame)执照封包包含目前讯框号码(Frame Number) 而在全速主线中，主机每隔1ms

　　发出一个SOF执照封包，所有的设备和集线器都接收SOF执照封包，但是不产生任何回应，

　　也不一定使用SOF执照封包的资料，须视此设备是否要和讯框同步而定。执照封包的长度固

　　定为3个Byte。

资料封包(Data Packets)

　　资料必须是完整的字节，资料封包可以没有资料。低速设备的最大资料量是8个位元组，

　　全速设备是1023个位元组。

握手封包(Handshake Packets)

　　握手封包只有1个位元组的PID。它回应资料是否正确的被接收。若执行处理动作发生错误，

　　此处理动作将重新执行。

　　执照封包、资料封包、握手封包都需要用EOP(End Of Packet)结束，如果没有EOP结束，该

　　封包会被放弃。

封包格式

　　USB的传输是由一连串的封包所组成，图11是USB封包的基本格式。

　　图11

同步列(Synchronization Sequence)

　　同步列由8个位元组成，其值为二进制的00000001。而在传输至装置前会经过NRZI编码，

　　依照NRZI编码原理，资料0表示讯号要转换，所以该值将经过7次反向 (0101010)，而资

　　料1保持不变，所以该值经过NRZI编码结果为01010100，如图12。

图12

封包辨识(Packet Identifier->PID)

　　PID跟随同步列栏位，由8个位元构成。主要是用来辨识每一个封包的内容和目的。前

　　4个位元是PID，后4个位元则是PID检查，参考表2，表3是封包种类。　

　　表2

　　附注:pid是PID的反值　　

　　表3

封包信息

　　封包信息可由Address和 Endpoint组成，或由一般资料组成，若PID为 Token则封包信息由 Address和 Endpoint组成，共11个位元。若PID为Data(DATA0或DATA1)则封包信息由一般资料组成。而如果PID为Token中的SOF则Address 和 Endpoint合并为 Frame Number，11个位元，最大可数到7FFh，作为主机与装置同步之用。

　　每个设备有设备位址(Address)，设备的每个结点(Endpoint)有指定的结点号码。设备结点根据封包的位址栏位和结点栏位决定是否接收封包资料。如果位址栏位或结点栏位不符，设备会放弃整个封包;未被初始化的设备结点也会放弃整个封包。

　　位址栏位有7个位元，可以有128个位址。IN、OUT、SETUP封包都有位址栏位。当设备启动或重置后，设备位址自动设定为内定值0，主机需要在设备列举时分配位址给设备。

　　结点栏位是4个位元，IN、OUT、SETUP封包都有结点栏位，所有的设备都要支持结点0内定控制管道。低速设备最多有3个管道，即内定控制管道和两个其他的管道(可为两个控制管道、一个控制管道加一个中断管道，或两个中断管道)。全速设备最多能支持16个结点号码的IN和OUT传输管道。

　　讯框号码(Frame Number)栏位只在SOF封包出现，由11个位元组成。主机对每一个讯框使用一个讯框号码，每次加一。当讯框号码达到最大值，便转为0及重新开始。

　　资料栏位(Data)的大小可由0至1023个位元组组成，其字节大小由传输形态决定，全速设备的控制传输资料量是8、16、32或64字节，低速设备是8字节，表4、表5、表6和表7分别表示位址栏位(Address)、结点栏位(Endpoint)、讯框号码栏位(Frame Number)和资料栏位(Data)。　