具体描述
《USB Design by Example》是一本致力于深入浅出讲解 USB（通用串行总线）设计的实用指南。本书以大量真实世界的实例为核心，旨在为读者提供一套全面且易于理解的 USB 设计方法论。无论您是初涉 USB 硬件开发、嵌入式系统工程师，还是对 USB 协议细节感到好奇的开发者，都能从中获益匪浅。 本书并非枯燥地罗列 USB 标准的繁复条文，而是通过一系列精心设计的、贴近实际应用的项目，逐步引导读者掌握 USB 的核心概念和实现技术。从最基础的 USB 物理层连接到复杂的数据传输协议，再到实际的设备驱动开发，本书都进行了详尽的剖析。 内容深度与广度： USB 基础与物理层： 我们将从 USB 的诞生背景、发展历程讲起，详细介绍 USB 的不同版本（USB 1.0, 2.0, 3.x, USB4）及其关键特性，如传输速率、接口类型（Type-A, Type-C）、电源传输能力等。重点会放在 USB 物理层，包括信号完整性、差分信号、连接器设计、接地以及 EMI/EMC 的考量。通过实例，读者将了解如何正确布线、选择合适的元件以确保可靠的物理连接。 USB 协议栈详解： 本书将深入剖析 USB 协议的各个层次，包括： 低层协议： 包结构、令牌（Token）包、数据（Data）包、握手（Handshake）包、特殊（Special）包等，以及它们在总线上的时序关系。 设备枚举过程： 从主机发现设备、分配地址到配置设备，每一步都将通过实际案例进行讲解，帮助读者理解设备如何与主机建立通信。 传输类型： 控制传输、批量（Bulk）传输、中断（Interrupt）传输、同步（Isochronous）传输，以及它们各自的特点、适用场景和实现方式。我们将通过不同类型的设备设计，展示如何有效地利用这些传输类型。 USB 请求（URB）： 详细介绍 URB 的结构和使用，以及如何在软件层面处理 USB 数据传输。 USB 设备类（Device Classes）： 本书将重点介绍几种最常见的 USB 设备类，并通过实例展示如何实现它们。这包括： HID（Human Interface Device）： 如键盘、鼠标、游戏手柄等。我们将展示如何设计一个自定义的 HID 设备，并编写相应的固件。 Mass Storage Class： 如 U 盘、移动硬盘等。通过实例，读者将学习如何实现一个 USB 存储设备，包括文件系统的接入和数据读写。 CDC（Communication Device Class）： 如 USB 转串口设备。我们将讲解如何模拟串口通信，实现 USB 设备与 PC 之间的数据交互。 Custom Class： 除了标准类，本书还会指导读者如何设计和实现自己的 USB 设备类，这对于需要开发特定功能设备的工程师至关重要。 USB 嵌入式系统开发： 本书将重点关注在嵌入式系统中使用 USB 的设计和实现。 微控制器选型与 USB IP： 介绍不同微控制器的 USB 功能（Host/Device），以及如何选择合适的 MCU 来满足项目需求。 固件开发： 使用 C/C++ 等语言，结合 RTOS（实时操作系统）或裸机开发，实现 USB 设备的功能。我们将提供清晰的代码示例和详细的注释。 USB Host 控制器设计： 对于需要 USB Host 功能的嵌入式系统，本书也将提供相关的设计思路和实现方法。 USB Type-C 和 Power Delivery： 随着 USB Type-C 的普及，本书还将深入探讨其特性，包括： Alternate Mode（交替模式）： 如 DisplayPort Alt Mode, Thunderbolt Alt Mode 等，以及如何在 Type-C 接口上实现这些功能。 USB Power Delivery (USB PD)： 详细介绍 PD 协议，包括电源角色（Source/Sink）、协商过程、功率级别等。通过实例，我们将展示如何设计支持 USB PD 的设备。 设计与调试技巧： 除了理论和实践，本书还将分享大量在 USB 设计过程中遇到的常见问题和有效的调试方法。包括： 示波器和逻辑分析仪的应用： 如何利用这些工具捕获和分析 USB 信号，发现潜在问题。 USB 协议分析仪的使用： 学习如何使用专业工具进行协议级的调试。 软件调试技巧： 如何在嵌入式软件和 PC 端进行协同调试。 可靠性设计： 减少 EMI/EMC 问题，提高 USB 接口的稳定性和可靠性。 学习方法与读者受益： 本书的“by Example”核心理念意味着每一章都将围绕一个或多个具体的项目展开。读者将跟随实际操作，通过搭建硬件原型、编写代码、进行调试，来理解抽象的 USB 概念。每个示例都经过精心设计，力求简洁而富有代表性，让读者能够快速掌握关键知识点。 通过本书的学习，读者将能够： 独立完成 USB 设备的设计与开发： 从零开始，设计并实现自己的 USB 设备。 深入理解 USB 协议的运作机制： 解决在实际开发中遇到的各种协议相关问题。 掌握 USB Type-C 和 Power Delivery 的设计要点： 顺应技术发展趋势，设计更先进的 USB 产品。 提升硬件和软件的调试能力： 掌握有效的 USB 系统调试方法。 积累宝贵的项目经验： 学习如何将理论知识转化为实际可用的产品。 《USB Design by Example》不仅仅是一本技术手册，更是一位经验丰富的导师，它将陪伴您在 USB 设计的道路上不断前进，从入门到精通，最终能够自信地驾驭这一强大的通信接口。
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