USB 1.1协议是通用串行总线(Universal Serial Bus)的第一个主要版本,它在1996年发布,为个人计算机和其他电子设备提供了一种标准化的接口。USB 1.1协议定义了数据传输速率、设备分类、电源管理以及物理连接方式等多个方面,极大地推动了外设与主机之间的兼容性和易用性。
1. 数据流模型:
USB 1.1协议的数据流模型基于主从架构,其中主机(Host)控制整个系统,而设备(Device)作为响应者。数据传输有两种模式:控制传输(Control Transfer)用于设备配置和状态查询;批量传输(Bulk Transfer)、中断传输(Interrupt Transfer)和同步传输(Isochronous Transfer)则分别用于非实时数据、周期性数据和实时数据的传输。控制传输是USB通信的基础,其他三种传输类型则根据设备需求进行选择。
2. 协议层:
USB协议层包括物理层(Physical Layer)、数据链路层(Data Link Layer)、传输层(Transfer Layer)和会话层(Session Layer)。物理层处理信号传输,数据链路层确保数据帧的正确传输,传输层负责不同传输类型的管理和调度,而会话层则管理设备连接和断开,以及设备的枚举过程。
3. 设备架构:
USB设备分为设备(Device)、接口(Interface)和端点(Endpoint)三个层次。每个设备可以有多个接口,每个接口又可以包含多个端点。端点是实际进行数据传输的实体,分为控制、批量、中断和同步四种类型。设备通过设备描述符(Device Descriptor)向主机报告其特性,如设备类、子类、供应商ID、产品ID等。
4. 主机软硬件:
USB主机控制器(Host Controller)负责管理USB总线,执行设备枚举、配置和数据传输。在软件层面,主机驱动程序(Host Driver)是操作系统与硬件控制器之间的接口,处理设备识别、配置和通信。USB驱动模型包括通用驱动(Universal Host Driver)和设备特定驱动(Device-Specific Driver),前者处理通用任务,后者处理设备特有的功能。
5. 传输速率:
USB 1.1提供了两种传输速率:低速(Low Speed,1.5 Mbps)和全速(Full Speed,12 Mbps)。低速设备主要用于简单设备如鼠标,全速设备则适用于更复杂的数据交换,如打印机和扫描仪。
6. 电源管理:
USB 1.1协议支持设备的电源管理,允许设备在不活动时进入低功耗状态。主机可以通过设置设备状态来实现节能,如挂起(Suspend)和恢复(Resume)操作。
7. 物理连接:
USB接口采用菊花链式连接,一个主机可以连接最多127个设备。每个设备通过一个A型插座连接到上一级设备的B型插口,而主机通常拥有一个A型插口。此外,USB还提供了电源,允许设备从总线获取电力。
总结,USB 1.1协议是现代USB技术的基础,其数据流模型、协议层次、设备架构和电源管理等方面的设计,为后续USB版本的发展奠定了坚实的基础。理解USB 1.1协议对于硬件开发者、软件工程师以及对计算机硬件感兴趣的用户来说,都是非常重要的知识。