USB 3.1完全開發手冊(第5版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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　　USB讓您的産品設計熠熠生輝！
　　最新修訂版！探索USB 3.1與超高速介麵傳輸技術

　　‧於産品設計中加入USB技術
　　‧以.NET開發裝置存取技術
　　‧使用On-The-Go與無綫技術
　　‧涵蓋USB 3.0與超高速傳輸相關內容

　　USB是有史以來最為成功的PC介麵。自1996問世至今，已蛻變成為可支援更快速的介麵速度需求，改善電源管理，支援更多類彆裝置，支援無綫通信方式，具有嵌入式主機等能力...以及更多特點。新的晶片與開發工具，使裝置開發以及軟體撰寫等繁瑣作業更為容易。若是您正在開發USB裝置或是撰寫裝置存取程式，這本書正是為您而寫的。

　　透過本書您將學會：

　　‧如何找尋閤適的裝置控製晶片
　　‧針對特定機能開發裝置
　　‧使用Visual Basic以及Visual C#存取裝置
　　‧利用USB Device Classes減少開發時間
　　‧採用無綫介麵存取USB裝置
　　‧節約電力以延長電池的使用時間
　　‧開發存取USB裝置的嵌入式係統

　　Jan Axelson是一位專職於電子技術寫作的專業作傢，其著作有《Serial Port Complete》、《Embedded Ethernet and Internet Complete》，以及《USB Mass Storage》。她的文章常齣現於《Circuit Cellar》、《Nuts & Volts》、《EDN》等專業齣版刊物。

嵌入式係統性能優化與實時控製 第一章：嵌入式係統硬件架構與選型 本章深入探討現代嵌入式係統的核心硬件構成，重點分析不同處理器架構（如ARM Cortex-A/R/M係列、RISC-V）的性能特性、功耗模型及適用場景。詳細闡述瞭片上係統（SoC）的設計哲學，包括內存層次結構（L1/L2緩存、SRAM、DRAM）對係統吞吐量的影響。內容涵蓋瞭關鍵外設的選擇標準，如高精度定時器、模數轉換器（ADC）的噪聲抑製技術，以及麵嚮特定應用的加速器（如DSP、FPGA接口）的集成策略。特彆關注瞭異構計算平颱的構建，探討瞭CPU與GPU/NPU協同工作時的數據傳輸效率瓶頸及優化方法。 第二章：實時操作係統（RTOS）內核深度解析與調度策略 本章聚焦於嵌入式實時係統的基石——RTOS。我們將細緻剖析主流RTOS內核（如FreeRTOS、Zephyr、VxWorks）的任務管理、上下文切換機製及中斷處理流程。重點分析瞭多種實時調度算法的優劣，包括固定優先級搶占式調度、輪轉調度、最早截止時間優先（EDF）以及遞減截止時間（D-D）算法在不同負載下的抖動（Jitter）錶現。深入講解瞭同步與互斥機製的實現細節，如信號量、互斥鎖（Mutex）、消息隊列的潛在死鎖風險分析與規避措施，並提供瞭基於性能計數器的實時性驗證方法。 第三章：低延遲中斷響應與延遲分析 在需要毫秒級甚至微秒級響應的應用中，精確控製中斷延遲至關重要。本章係統梳理瞭硬件中斷通路（Interrupt Vector Table, IVT）的延遲來源，包括中斷控製器（如NVIC/GIC）的仲裁延遲、指令流水綫凍結時間。介紹瞭軟件層麵的優化技術，如中斷服務程序（ISR）的精簡與下半部（Bottom Half）機製的閤理劃分。詳細探討瞭禁用中斷（Disabling Interrupts）對係統整體響應能力的影響範圍，並演示瞭如何使用內核調試工具（如SystemView、Tracealyzer）對整個延遲鏈進行端到端的追蹤與量化分析。 第四章：內存管理與緩存一緻性優化 內存訪問是影響嵌入式係統性能的常見瓶頸。本章深入探討瞭內存保護單元（MPU）和內存管理單元（MMU）在嵌入式係統中的配置與應用，重點闡述瞭如何通過閤理的內存分區來提高係統魯棒性。緩存一緻性問題是多核係統中復雜的性能殺手，本章詳細解析瞭寫穿透（Write-Through）、寫迴（Write-Back）策略，以及僞共享（False Sharing）現象對多核任務性能的負麵影響，並提供瞭基於內存屏障（Memory Barriers）和原子操作來保證數據正確性的編程實踐。 第五章：高效能的固件與驅動程序設計 驅動程序的效率直接決定瞭係統對外部設備的響應速度。本章提供瞭一套編寫高性能、低開銷驅動程序的原則。內容包括：輪詢（Polling）與中斷驅動（Interrupt-Driven）模式的切換時機判斷；直接內存訪問（DMA）的高級使用技巧，如散點-聚集（Scatter-Gather）模式的應用以減少CPU乾預；以及在I/O操作中如何最小化數據拷貝次數（Zero-Copy技術）。針對特定的通信接口（如SPI, I2C, UART），講解瞭寄存器級編程的優化點，以期榨取更高的總綫帶寬和更低的傳輸延遲。 第六章：功耗敏感型係統的能效管理 性能與功耗往往是相互製約的。本章專注於在滿足性能要求的前提下，實現最優的能耗控製。內容涵蓋瞭處理器動態電壓與頻率調節（DVFS）策略的應用，如何基於負載預測模型智能地調整時鍾頻率。詳細講解瞭各種低功耗模式（如睡眠、深度睡眠）的喚醒延遲分析，以及外設的時鍾門控（Clock Gating）技術。針對電池供電設備，介紹瞭實時功耗測量工具的使用方法和功耗分析的流程圖。 第七章：代碼級性能剖析與工具鏈優化 性能優化的終極階段在於對執行代碼的精細打磨。本章教授如何使用專業的性能分析工具，如GCC/Clang的剖析選項（Profiling Options）、硬件性能計數器（PMC）以及專用的探查工具，來定位代碼中的熱點函數和瓶頸循環。講解瞭編譯器優化級彆（-O2, -O3, -Os）的選擇對最終二進製代碼大小和運行速度的影響。此外，深入探討瞭內聯（Inlining）的利弊、循環展開（Loop Unrolling）在不同架構上的適用性，以及如何利用匯編語言優化關鍵路徑代碼。 第八章：麵嚮工業控製的總綫通信與協議棧優化 在現代自動化係統中，可靠、快速的數據交換是核心。本章聚焦於工業級通信協議棧的實現與優化，例如EtherCAT、PROFINET IRT或CAN FD。重點在於分析這些協議棧在嵌入式係統中的資源占用（RAM/ROM）和實時性錶現。講解瞭如何通過定製內核驅動和硬件加速器（如TSN網卡）來保證數據包的確定性到達時間，並對比瞭不同網絡協議棧的延遲特性與抖動範圍。 第九章：係統級調試、故障注入與可靠性提升 健壯的係統需要強大的調試和驗證能力。本章介紹瞭硬件調試接口（如JTAG/SWD）的高級用法，特彆是利用斷點、觀察點及硬件跟蹤緩衝區進行復雜場景復現的方法。詳細闡述瞭故障注入（Fault Injection）技術在壓力測試中的應用，用於驗證係統在內存錯誤、總綫錯誤或定時異常下的恢復能力。最後，討論瞭看門狗（Watchdog Timer）的閤理配置，以及軟件冗餘和錯誤校驗機製（如CRC）在提高係統長期運行可靠性中的作用。

作者簡介

Jan Axelson

　　Jan Axelson的是一位專職於電子技術寫作的專業作傢，其著作有《Serial Port Complete》、《Embedded Ethernet and Internet Complete》，以及《USB Mass Storage》。她的文章常齣現於《Circuit Cellar》、《Nuts & Volts》、《EDN》等專業齣版刊物。

簡介
01 USB 的基礎
02 USB 傳輸模式的內在
03 傳輸模式的各種應用
04 裝置列舉−主機如何獲悉裝置
05 控製傳輸−用命令來拿取關鍵資料
06 裝置控製器晶片的選擇
07 裝置類彆（Device Classes）
08 主機的通信之道
09 匹配裝置的驅動程式
10 偵測裝置
11 HID 裝置－能力（Capabilities）
12 HID 裝置－報告
13 HID 裝置－主機的應用
14 活用 WinUSB 來實現廠商特定功能
15 使用 WinUSB 的係統 INF 檔案
16 使用 Hub 來延伸與擴展介麵
17 電源管理
18 測試與除錯
19 介麵上的各種封包
20 電氣與機構介麵
20 嵌入式係統主機
後記

序

　　本書是針對使用USB介麵的産品開發設計人員所撰寫的。若您是一位硬體工程師，或是負責産品韌體的開發，還是應用程式的撰寫，本書將非常適閤您。

　　USB的産品應用相當多元化，幾乎可以滿足任何的裝置功能。常見的USB週邊産品有滑鼠、鍵盤、硬碟、光碟、印錶機、喇叭與數位相機等。USB也適用於資料擷取、控製係統或是特殊的設計應用。

　　在硬體、驅動軟體、開發工具以及技巧上，能有正確的選擇，將有助於産品的開發來執行其功能，減少錯誤的發生或是造成使用者的不便。在開發的煎熬過程中，本書可以在旁提供協助。
第五版做瞭「整體性」的更新。新增的主題包括瞭USB 3.1的介紹和超高速+ （SuperSpeedPlus）、強化的電力輸送和電源管理、使用USB的Type-C新型連接器、設計裝置來使用WinUSB驅動程式無需供應商提供的INF檔案、新的裝置類彆，以及如何使用免費的除錯工具。

　　在這本書中的許多資訊，適用於任何裝置硬體和主機端電腦，同時提供以Visual C#撰寫的範例程式碼。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計很吸引我，USB 3.1這個主題在現在科技日新月異的時代，絕對是熱門話題。我一直對數據傳輸速度的提升很感興趣，特彆是從USB 3.0升級到USB 3.1，那種質的飛躍是顯而易見的。我平常工作會接觸到一些硬件設備，有時候會遇到傳輸速度不給力的問題，希望能在這本書裏找到一些深層次的解決方案，不僅僅是停留在“升級綫纜”這種錶麵文章。我尤其好奇，USB 3.1在實際應用中的性能瓶頸在哪裏？是主控芯片？還是存儲介質？這本書會不會深入探討這些技術細節？我期待它能提供一些實際案例，比如在視頻編輯、大型文件傳輸或者高性能存儲陣列的搭建中，USB 3.1能帶來哪些具體的優勢和應用場景。畢竟，理論知識固然重要，但如果能結閤實際操作和經驗分享，那就更有價值瞭。希望這本書能像一本攻略一樣，讓我徹底瞭解USB 3.1的“武功秘籍”，成為一名閤格的“技術俠客”。

评分☆☆☆☆☆

每次遇到新的技術標準，我最頭疼的就是找不到一本既權威又易於理解的書。USB 3.1作為一個更新換代的技術，我希望這本“USB 3.1完全開發手冊(第5版)”能夠成為我手中的“寶典”。我特彆關注的是它對開發人員友好的設計，會不會提供大量的代碼示例，或者清晰的API說明，讓我能夠快速上手進行嵌入式係統的開發？我希望它能詳細講解USB 3.1的協議棧，包括數據包的格式、錯誤檢測和糾正機製，以及如何進行數據流的控製。我還想瞭解USB 3.1在不同應用場景下的性能優化技巧，例如如何在高負載情況下保持穩定的傳輸速度，或者如何降低延遲。這本書是否會涵蓋USB 3.1的測試方法和工具，幫助我驗證設計的正確性和性能？總而言之，我期待這本書能夠成為我從入門到精通USB 3.1的得力助手，讓我能夠自信地應對各種開發挑戰。

评分☆☆☆☆☆

我在電子工程領域摸爬滾打瞭好幾年，對各種接口標準都有一定的瞭解。USB 3.1這個新標準齣來後，一直想找一本全麵深入的書籍來係統地學習一下。我比較關注它的電源管理和功耗控製方麵，因為這對於許多便攜式設備來說至關重要。這本書是否會探討USB 3.1的供電能力，以及如何優化功耗以延長電池續航？另外，我對USB 3.1的兼容性問題也很感興趣。它與之前的USB版本，例如USB 3.0、USB 2.0，在兼容性方麵是如何處理的？是否存在一些特殊的兼容性挑戰，以及如何在開發中解決這些問題？我還想知道，這本書是否會介紹USB 3.1的一些高級功能，比如Type-C接口和Power Delivery，這些新特性如何改變瞭我們對USB接口的認知和使用方式。如果這本書能提供一些關於USB 3.1生態係統的分析，比如市場上的主流芯片廠商、控製器以及相關認證流程，那將是錦上添花瞭。

评分☆☆☆☆☆

最近手邊正好有一個項目，需要對公司的數據存儲方案進行升級，考慮到未來幾年數據量的增長趨勢，USB 3.1作為一種高帶寬接口，自然進入瞭我們的考量範圍。市麵上關於USB 3.1的書籍不少，但我總覺得很多都停留在介紹性的層麵，缺乏深入的技術剖析。我特彆希望這本“USB 3.1完全開發手冊(第5版)”能填補這個空白。它是否能詳細解釋USB 3.1的物理層、鏈路層以及應用層協議？比如，SuperSpeed+（10Gbps）和SuperSpeed（5Gbps）之間的具體區彆，以及它們在不同場景下的性能錶現。我還需要瞭解它的信號完整性問題，在長距離傳輸時如何保證數據穩定性和可靠性。如果這本書能提供一些調試技巧和故障排除指南，那就太棒瞭。因為在實際開發過程中，遇到問題的可能性總是存在的，而一本能指導我們快速定位和解決問題的“聖經”是多麼寶貴。我對這本書的期待，不僅僅是知識的獲取，更是能力的提升。

评分☆☆☆☆☆

這本“USB 3.1完全開發手冊(第5版)”從書名來看，就充滿瞭“硬核”的氣息。我最近正在研究一些高速數據采集係統，USB 3.1的高帶寬特性無疑是其中的關鍵。我希望這本書能深入解析USB 3.1的電氣特性，比如阻抗匹配、串擾抑製以及EMI/EMC設計，這些都是保證高速信號完整性的重要因素。同時，我非常關心USB 3.1的軟件驅動開發方麵，它是否會詳細介紹USB 3.1的驅動程序架構，以及如何編寫高效、穩定的驅動程序？我還需要瞭解USB 3.1的性能基準測試方法，以及如何通過這些測試來評估和優化係統的性能。如果書中能提供一些關於USB 3.1在嵌入式係統中的應用實例，比如在工業自動化、醫療設備或者消費電子産品中的具體實現，那對我來說將是極大的啓發。我希望能從這本書中獲得最前沿的技術知識和實踐經驗，為我的項目開發打下堅實的基礎。