臺灣博碩士論文加值系統

從一九九四年起，USB 裝置已成為電腦周邊產品介面的主流，加上
台灣目前在消費型電子產品的生產佔有舉足輕重的地位，而消費型
產品與PC 間的互聯USB 介面可以說已逐漸成為標準配備。如何結合
現有網路與USB 讓擁有該介面的產品在使用上達到零距離的目標，
本篇文章所提到的做法可以視為是一種啟發的方式。再者台灣已成
為世界無線網路密度最高的國家，若所有的USB 裝置都能經由無線
網路當作媒介而分享給區域網路甚至網際網路上的使用者使用的
話，那不但可以解省許多不必要浪費的資源，並且還能做到無線使
用的便利。本文章中也實踐了無線裝置介面的概念，透過虛擬的IP
介面，將所有USB 裝置在網路中傳遞且使用，此概念並希望能夠進
一步應用實踐在嵌入式系統中。

Due to the mass usage of USB interface, the USB devices are becoming the main
stream of the PC peripherals, in addition, Taiwan has the highest density of wireless network coverage among the world, therefore, if the USB devices can be shared by the users within the LAN or even the WAN by using wireless network as the media, not only the amount of resources can be minimized, but also taken the advantage of the mobility of Wi-Fi.
This article describes the concept of such wireless-USB device interface, with a virtual IP that is assigned to all the USB devices, the users will be able to access the resources provided.

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目錄
圖目錄
表目錄
參考文獻
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 本文架構 4
第二章 背景介紹 6
2.1 USB概要說明 6
2.1.1 傳統電腦周邊的缺點 6
2.1.2 USB介面的改善 8
2.2 USB主要設定程序介紹 10
2.2.1 連結狀態 11
2.2.2 供電狀態 11
2.2.3 預設狀態 11
2.2.4 定址狀態 12
2.2.5 設定狀態 12
2.3 系統結構 12
2.3.1 USB應用層 14
2.3.2 USB裝置層 14
2.3.2.1 USB驅動程式 15
2.3.2.2 USB主機控制器驅動程式 18
2.3.3 USB匯流排介面 19
第三章 USB封包結構 20
3.1 封包 20
3.1.1 封包的組成元件 20
3.1.1.1 同步列 21
3.1.1.2 封包辨識元 21
3.1.1.3 位址 23
3.1.1.4 端點位址 23
3.1.1.5 CRC 24
3.1.1.6 結束封包 24
3.1.2 四大種類的封包 24
3.2 傳輸處理動作 26
3.2.1 控制型傳輸 26
3.2.2 中斷型傳輸 30
3.2.3 即時型傳輸 31
3.2.4 巨量型傳輸 33
3.3 描述元 34
3.3.1 裝置描述元 35
3.3.2 配置描述元 37
3.3.3 介面描述元 38
3.3.4 端點描述元 39
第四章 可行方法 41
4.1 應用程式實踐 41
4.2 LINUX主機端驅動程式模組架構 44
第五章 實踐方式 47
5.1 硬體環境設定 47
5.2 軟體研發環境 49
5.3 原理及模組介紹 50
5.4 程式架構 52
第六章 實驗結果與比較 57
6.1 測試工具介紹 57
6.2 乙太網路的測量 59
6.2.1 直接掛載控制端的資料存取 60
6.2.2 透過分享端的資料存取 62
6.2.3 透過分享端使用USB攝影機 67
6.3 無線網路的測量 69
6.4 傳輸效能比較 75
第七章 結論與未來展望 78
7.1 其他特殊應用 78
7.2 結論 80
參考文獻 82

圖目錄
圖2.1 PCI架構上的USB系統圖 9
圖2.2 USB軟體架構圖 13
圖2.3軟體層架構圖 15
圖2.4 USB連接埠 19
圖3.1同步列的封包傳輸格式 21
圖3.2 Endpoint Path 23
圖3.3 Control Transfer Packet Structure 27
圖3.4 Setup Stage Packet Formate 27
圖3.5 Control Transfer Data Packet Formate 28
圖3.6 IN Status Stage 29
圖3.7 OUT Status Stage 29
圖3.8中斷型傳輸狀態圖 31
圖3.9 Isochronous Transactions 33
圖3.10 USB的描述元樹狀架構 34
圖4.1 XIMETA 設定程式 42
圖4.2 XIMETA的網路硬碟 42
圖4.3 Anywhere USB 43
圖4.4 USB軟體架構 44
圖4.5 USB指令傳輸流程架構 46
圖5.1硬體環境架構 47
圖5.2指令流程 51
圖5.3 USB核心層內部指令傳遞 51
圖5.4軟體流程圖 52
圖5.5連線建立流程圖 54
圖6.1實驗環境架設圖 57
圖6.2 Benchmark設定 60
圖6.3 Benchmark結果列表 61
圖6.4控制端直接掛載網路封包效能 62
圖6.5掛載隨身碟連結 63
圖6.6設定控制端的隨身碟為網路硬碟 64
圖6.7 Benchmark設定 64
圖6.8網路封包統計 65
圖6.9 Benchmark結果列表 66
圖6.10 Webcam 畫面截圖 68
圖6.11 WebCam網路流量 69
圖6.12無線網路設定 70
圖6.13連結設定 71
圖6.14透過無線網路傳送資料 72
圖6.15封包統計圖 72
圖6.16系統負載 73
圖6.17無線網路環境下的測試結果 74
圖6.18無線網路傳輸數據圖 75
圖6.19 Benchmark測試圖表 76
圖7.1 USB/IP硬體架構 79
圖7.2改良式的USB/IP硬體架構 80

表目錄
表1.1 VDC 2003 USB Cable HUB出貨量統計表 2
表2.1常用IRQ裝置配置表 7
表2.2 USB腳位定義 19
表3.1 USB基本封包元件列表 22
表3.2 Token Packet 25
表3.3 Data Packet 25
表3.4 Handshake Packet 25
表3.5裝置描述元 36
表3.6配置描述元 38
表3.7介面描述元 39
表3.8端點描述元 40
表5.1 URB IP 基本封包格式 55

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