USB通信的基本概念

基本上，整个通信协议包含了如图1所示的层图，就像是洋葱圈一样。其中包含了： 　　·信号； 　　·字段； 　　·封包； 　　·数据交易； 　　·传输； 　　·OS接口。 　　图1 USB通信协议层囡 　　通过这些信号或是通信的层，可以一层又一层地构建出一个完整的通信协议。如此，PC主机才可以通过USB接口对外围设各下达命令或是传输数据。 　　从最低层的信号观点来看，D＋与D-的差动信号是串行的时钟。通过串行信号，即可将所要传输的数据发送出去或接收进来。只不过稍前有提及过缆线的长度也会影响整个传输的品质。如图2～4所示，在不同的距离下，衰减产生的严重程度也就不同。 　　 USB通信协议是现代计算机与外部设备之间数据交换的关键标准，尤其在个人计算机系统中广泛应用。USB（Universal Serial Bus）提供了一种高效、便捷的方式，使得设备可以简单地连接到主机并进行通信。以下是对USB通信基本概念的详细阐述： USB通信协议层次结构如同洋葱一样，由多个层次构成，包括： 1. **信号**：USB通信的基础是物理层的信号，即D+和D-两条差分信号线。它们通过串行时钟传输数据，形成一对双向通信通道。差分信号的优势在于能抵抗噪声干扰，并且在两条线上的电压差表示数据的0或1状态。 2. **字段**：基于D+和D-信号线，构建了更高级别的通信字段。这些字段包含了各种控制信息，如同步信息、数据编码、错误检测等，确保数据在传输过程中的准确性和完整性。 3. **封包**：多个字段组合成一个封包，封包是USB数据传输的基本单位。每个封包包含头信息、数据载荷和校验信息。头信息指明了封包类型、目标设备、数据长度等关键参数。 4. **数据交易**：一系列封包构成了数据交易，这可能是设备向主机发送数据，或者是主机向设备发送指令。数据交易可以是控制传输、批量传输、中断传输或ISOCHRONOUS（异步）传输，每种类型适用于不同类型的通信需求。 5. **传输**：传输是数据交易的上一层，它包括了多个数据交易，可以看作是更宏观的数据交换过程。例如，控制传输用于设置设备配置，批量传输则适合大容量、顺序的数据流。 6. **OS接口**：最上层是操作系统接口，它负责管理和协调USB设备的通信。操作系统通过驱动程序与USB设备交互，处理设备的枚举、配置、数据交换等任务，并向用户提供统一的应用程序编程接口（API）。 在实际应用中，USB通信的性能受到多种因素的影响，其中线缆长度是一个重要因素。随着距离增加，信号会经历衰减，导致接收端接收到的信号质量下降。图2至图4展示了在不同距离下D+和D-信号的衰减情况，可以看到距离越远，信号质量越差，可能影响数据的正确接收。 理解USB通信协议的这些基本概念对于开发者来说至关重要，因为它们涉及到USB设备的正确连接、初始化、数据交换和故障排查。深入掌握这些知识，能够帮助我们更好地设计和优化USB设备的通信性能，确保数据传输的高效和稳定。