USB音频设备类的自适应软件锁相环设计

　　引 言

　　USB总线协议经历了从USB1.1到USB2.0再到目前的USB OTG(USB On-The-Go)的发展过程，在USB不断发展完善的同时，越来越多的USB产品大量上市。现在的PC机通过USB Hub设备和多个USB控制器，能同时支持扩展的USB设备已经达到数百个。

　　在USB总线传输中，任何一次USB的数据传输都必须由主机来发起和控制，所有的USB外设都只能和主机建立连接，任何两个外设之间或者两个主机之间无法直接通信。目前，扮演主机角色的大多是个人电脑(PC)。

　　USB协议制定时，为了方便不同设备的开发商基于USB进行设计，定义了不同的设备类来支持不同类型的设备。现在市场上的USB产品，通过调查会发现它们主要应用了以下设备类：

　　USB_DEVICE_CLASS_HUMANINTERFACE 键盘、鼠标等

　　USB_DEVICE_CLASS_STORAG U盘、活动硬盘、数码相机等

　　USB_DEVICE_CLASS_PHYSICAL_INTERFACE力回馈游戏杆、方向盘等

　　USB_DEVICE_CLASS_POWER 风扇、LED台灯、手机充电等

　　USB_DEVICE_CLASS_PRINTER 打印机

　　从市场上看，虽然在USB标准中定义了USB_DE-VICE_CLASS_AUDIO，但是很少有此类设备问世。目前称为USB音箱的设备，大都使用 USB_DEVICE_CLASS_POWER，仅仅将USB接口作为电源使用。信号仍然需要3.5 mm立体声音频线连接使用，连接相对复杂。这样没有体现USB设备连接简单，操作方便的优势，且采用模拟信号传送会产生一定的信号失真，影响音质。

　　本文为了设计实现一个完全基于USB协议的USB_DEVICE_CLASS_AUDIO设备，采用一根USB连接线，在设备中不同的端点 (endpoint)实现音频信号的输入，输出包括相关按键控制，并重点讨论如何解决由于USB特殊的总线拓扑结构造成的信号同步问题。

　　1 USB_DEVICE_CLASS_AUDIO介绍

　　为简化USB设备的开发过程，USB提出了设备类的概念。其中的音频设备类(USB_DEVICE_CLASS_AU-DIO)是目前为止使用比较少的类型。

　　USB_DEVICE_CLASS_AUDIO是专门针对USB音频设备定义的一种专用类别，它不仅定义了音频输入/输出端点的标准，还提供了音量控制、混音器配置、左右声道平衡，甚至包括对支持杜比音效解码设备的支持，功能相当强大。不同的开发者可以根据不同的需求对主机列举自己的设备结构，主机则根据列举的不同设备结构提供相应的服务。

　　USB_DEVICE_CLASS_AUDIO设备采用USB传输模式中的Isochronous transfers模式，Isochronous trans-fers传输模式是专门针对流媒体特点的传输方法。它依照设备在链接初始化时列举的参数，保证提供稳定的带宽给采用该模式的设备或端点。由于对实时性的要求，它不提供相应的接收/应答和握手协议。这很好地适应了音频数据流量稳定、对差错相对不敏感的特点。