USB2.0协议中文版

USB 是一种支持热插拔的高速串行传输总线，它使用差分信号来传输数据，最高速 度可达 480Mb/S。USB 支持“总线供电”和“自供电”两种供电模式。在总线供电模式 下， 设备最多可以获得 500mA 的电流。USB2.0 被设计成为向下兼容的模式，当有全速 （USB 1.1） 或者低速（USB 1.0）设备连接到高速（USB 2.0）主机时，主机可以通过分 离传输来支持它们。一条 USB 总线上，可达到的最高传输速度等级由该总线上最慢的 “设备”决定，该设备包括主机、HUB 以及 USB 功能设备。 USB 体系包括“主机”、“设备”以及“物理连接”三个部分。其中主机是一个提供 USB 接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体，可以是 PC，也可以是 OTG 设 备，一个 USB 系统中仅有一个 USB 主机；设备包括 USB 功能设备和 USB HUB，最多支持 127 个设备；物理连接即指的是USB 的传输线。在USB 2.0 系统中，要求使用屏蔽的双绞 线。 ### USB2.0协议知识点详解 #### 一、USB2.0概述 - **定义**：USB（Universal Serial Bus）是一种广泛使用的高速串行传输总线标准，支持热插拔和即插即用功能，主要应用于计算机与外部设备之间的数据交换。 - **传输速度**：USB2.0的最大数据传输速率可达480Mbps（即60MB/s），比之前的USB1.1版本有了显著提升。 - **供电模式**：支持两种供电模式，即总线供电（Bus-powered）和自供电（Self-powered）。在总线供电模式下，设备可以从USB总线获得电源，最大功率为500mA。 #### 二、USB2.0的兼容性设计 - **向下兼容**：USB2.0被设计为向下兼容的，这意味着当全速（USB 1.1）或低速（USB 1.0）设备连接到高速（USB 2.0）主机时，主机可以通过分离传输技术来支持这些低速设备。 - **传输速度适应**：在一个USB总线上，最高传输速度等级由总线上最慢的设备决定。这包括主机、HUB和USB功能设备。 #### 三、USB体系结构 - **组成部分**：USB体系主要包括主机（Host）、设备（Device）和物理连接（Physical Connection）三个部分。 - **主机**：负责提供USB接口及其管理能力。它可以是一台个人电脑(PC)，也可以是OTG（On-The-Go）设备。 - **设备**：包括USB功能设备和USB HUB，支持最多127个设备。 - **物理连接**：指的是USB的传输线，USB 2.0系统要求使用屏蔽的双绞线。 #### 四、USB2.0系统细节 - **地址分配**：一个USB Host最多可以同时支持127个地址，因为地址0是默认地址，仅用于设备枚举过程，不能分配给任何设备。 - **拓扑结构**：USB体系采用分层的星型拓扑结构，最多支持7层（Tier），即最多允许5个USB HUB级联。 - **ROOT HUB**：是一个特殊的USB HUB，集成在主机控制器里，不占用地址空间。除了普通USB HUB的功能外，它还具备其他额外功能。 - **复合设备**：复合设备是指通过内置的USB HUB组合而成的多个功能设备，可以占用多个地址。 #### 五、USB2.0的数据传输机制 - **轮询广播机制**：USB采用轮询的广播机制传输数据，所有数据传输均由主机发起。任何时候整个USB体系内仅允许一个数据包的传输。 - **令牌包-数据包-握手包**：传输机制中的令牌包用于指定数据包去向或来源的设备地址和端点（Endpoint），确保只有一个设备能对广播的数据包作出响应。“握手包”则表示传输是否成功。 - **数据包结构**：USB总线上数据传输的最小单位包括SYNC、数据和EOP三个部分。PID（Packet Identifier）指定了数据包的类型，共16种。 - **端点（Endpoint）**：是USB设备中可以进行数据收发的最小单元，支持单向或双向数据传输。设备支持端点的数量有限制，低速设备最多支持2组端点（2输入，2输出），高速和全速设备最多支持15组端点。 - **管道（Pipe）**：是主机和设备端点之间数据传输的模型，分为无格式的流管道（Stream Pipe）和有格式的信息管道（Message Pipe）。任何USB设备上电后都会存在一个信息管道，即默认的控制管道。 #### 六、USB2.0的枚举过程 - **枚举**：USB设备连接到HOST时，HOST必须通过默认的控制管道对其进行枚举，以获取设备描述、进行地址分配、获得配置描述并进行配置等操作。这是实现USB即插即用特性的关键步骤。 - **标准请求**：枚举过程由一系列标准请求组成，包括获取设备描述、进行地址分配、配置描述等操作，以完成设备的初始化。 - **设备描述信息**：通过枚举过程，HOST可以获得设备的基本描述信息，例如支持的USB版本、PID、VID、设备分类（Class）、供电方式、最大消耗电流、配置数量等。 #### 七、USB2.0的传输类型 - **控制传输**：主要用于在设备连接时进行枚举以及其他特定操作。 - **中断传输**：适用于对延迟要求严格的少量数据传输，如键盘和游戏手柄。 - **批量传输**：适用于对延迟要求较宽松、大量数据的可靠传输，如U盘。 - **同步传输**：适用于对可靠性要求较低的大容量音频或视频数据传输。 USB2.0作为一种重要的高速串行总线标准，不仅提供了高速的数据传输能力，而且具有强大的兼容性和扩展性，支持多种类型的设备连接，是现代电子设备间数据交换不可或缺的技术之一。