USB2.0协议入门中文版.pdf

USB 2.0协议是通用串行总线（Universal Serial Bus）的一个版本，它在2000年推出，显著提升了数据传输的速度，最高可达480Mbps，这是USB 1.1全速模式（12Mbps）的40倍。USB 2.0设计时考虑了向下兼容性，能无缝支持USB 1.1和USB 1.0的设备，通过分离传输模式确保低速设备在高速主机上的正常工作。 USB体系结构由三大部分构成：主机（Host）、设备（Device）和物理连接。主机是USB系统的中心，提供接口和管理功能，可以是个人电脑或OTG（On-The-Go）设备，每个USB系统只能有一个主机。设备包括功能设备（Function Device）和集线器（Hub），最多可连接127个设备。物理连接指的是传输线，USB 2.0要求使用屏蔽的双绞线以保证信号质量。 USB 2.0的地址分配机制规定，主机最多可以支持128个地址，但地址0仅在设备枚举阶段临时使用，所以实际上每个主机能同时支持的设备数量为127个。要连接127个设备，通常需要使用USB Hub，但每个Hub也会占用一个地址，所以实际支持的设备数量会少于127个。 USB体系采用分层星型拓扑结构，以HOST-ROOT HUB为基础，最多支持7层级联，最多5个Hub可以级联。ROOT HUB是集成在主机控制器内的特殊Hub，不占用地址，除了普通Hub的功能，还负责其他系统级任务。复合设备（Compound Device）是指将多个功能设备通过内置Hub组合成的设备，可以占用多个地址。 USB的数据传输采用轮询广播机制，由主机发起，同一时刻仅允许一个数据包传输。传输过程包括令牌包、数据包和握手包三个阶段。令牌包指定数据包的发送或接收设备和端点，数据包是最小传输单位，包含SYNC、数据和EOP部分，PID标识数据包类型。端点（Endpoint）是设备中用于数据收发的最小单元，可以是单向或双向的。设备端点数量有限，低速设备最多2组，高速和全速设备最多15组。管道（Pipe）是数据传输模型，包括流管道和信息管道，控制管道是默认存在的，用于设备枚举和配置。 枚举是USB设备连接后必须经历的过程，HOST通过枚举获取设备的基本信息，如版本、PID、VID、设备类别、供电方式、电流需求、配置选项等，并根据这些信息加载驱动程序和配置设备。只有经过枚举的设备才能正常工作。对于总线供电设备，枚举过程中可以暂时从总线获取最大500mA的电流，完成配置后才按需供电。 USB的即插即用特性正是基于枚举机制，使得用户无需手动安装驱动，设备连接后即可自动识别和使用。这种高效、灵活的连接方式使得USB 2.0成为广泛应用于各类电子设备的标准接口。