usb 2.0协议 中文资料

### USB 2.0协议详解 #### 一、USB 2.0协议概览 USB 2.0（Universal Serial Bus Version 2.0），即通用串行总线2.0版，是一种广泛应用于计算机与外部设备之间的高速数据传输标准。它在1996年发布的USB 1.0基础上进行了重大升级，不仅提高了传输速度，还增强了兼容性和易用性。 #### 二、USB 2.0的关键特点 1. **高速传输**：USB 2.0的最大特点是将数据传输速度提高到了480Mbps，相比于USB 1.1的12Mbps有了显著提升。 2. **即插即用**：支持热插拔功能，用户可以在不关闭系统的情况下插入或移除设备。 3. **供电能力**：能够为连接的设备提供电源，简化了外设的使用。 4. **多任务处理**：支持多种数据传输模式，包括控制传输、批量传输、中断传输和同步传输等，能够同时处理多个任务。 #### 三、USB 2.0的架构概述 - **总线布局技术**：USB 2.0采用星型拓扑结构，每个USB主机可以连接最多127个设备。 - **物理接口**： - **电气特性**：定义了USB接口的电气特性，包括信号电压、电流以及信号的发送和接收方式等。 - **机械特性**：描述了USB接口的物理尺寸和形状等。 - **电源**： - **电源分配**：USB 2.0规定了如何向连接的设备提供电力。 - **电源管理**：提供了电源管理机制，允许设备进入低功耗状态。 - **总线协议**：定义了数据传输的规则和流程，确保数据的正确传输。 - **健壮性**：通过错误检测和处理机制来确保数据传输的可靠性。 - **系统设置**：包括USB设备的安装、拆卸和总线编号等操作。 - **数据流种类**：根据不同的应用场景，USB 2.0定义了四种数据流： - **控制数据传送**：用于设备的配置和状态查询。 - **批量数据传送**：适用于大量数据的连续传输。 - **中断数据传输**：用于实时性要求高的数据传输。 - **同步传输**：主要用于音频数据的实时传输。 #### 四、USB 2.0的数据流模型 - **实现者的视图**：从开发者角度出发，理解USB 2.0的数据传输过程。 - **总线拓朴**： - **USB主机**：是USB系统的中心控制器。 - **USB设备**：连接到USB主机上的各种外设。 - **物理拓朴结构**：描述了USB设备如何通过集线器连接到USB主机。 - **逻辑拓朴结构**：从逻辑上描述了USB系统的结构。 - **USB通信流**： - **设备端点**：每个USB设备都有多个端点，用于不同类型的通信。 - **通道**：数据传输的通道，分为控制、批量、中断和同步四种类型。 - **传送类型**： - **控制传送**：用于设备的初始化和配置。 - **同步传送**：用于音频数据的实时传输。 - **中断传送**：用于实时性要求高的数据传输。 - **批量传送**：适用于大量数据的连续传输。 #### 五、USB 2.0的电气特性 - **USB驱动器的特性**： - **高速驱动器特性**：定义了高速模式下USB接口的工作特性。 - **低速驱动器特性**：定义了低速模式下USB接口的工作特性。 - **信号的发送标准**：规定了信号的发送方式，包括连结与中断信号的发送。 - **数据的编码与解码**：描述了数据的编码和解码过程。 - **数据信号的发送速率**：USB 2.0定义了三种数据传输速率：低速(1.5 Mbps)、全速(12 Mbps)和高速(480 Mbps)。 - **数据源的抖动**：指数据信号在传输过程中可能出现的不稳定情况。 - **电缆的延迟与信号衰减**：描述了电缆对信号传输的影响。 #### 六、USB 2.0的协议层 - **位定序**：描述了数据如何被序列化并发送。 - **同步字段**：用于数据同步。 - **包字段格式**： - **包标识符字段**：标识数据包的类型。 - **地址字段**：用于标识接收者。 - **帧号字段**：用于同步数据传输。 - **数据字段**：包含实际的数据信息。 - **循环冗余校验**：用于错误检测。 - **包格式**： - **标记包**：用于标识数据包的类型。 - **帧开始（SOF, Start-of-Frame）包**：用于表示新的帧的开始。 - **数据包**：包含具体的数据信息。 - **握手包**：用于确认数据接收。 - **事务格式**： - **批处理事务**：用于批量数据的传输。 - **控制传送**：用于设备的配置和状态查询。 - **中断事务**：用于实时性要求高的数据传输。 USB 2.0协议不仅在数据传输速度上有显著提升，还在易用性和兼容性方面做出了改进，成为了现代计算机与外部设备之间通信的重要标准之一。通过对这些关键知识点的理解，可以帮助开发者更好地设计和优化基于USB 2.0的应用程序和硬件设备。