USB基础知识详解：从接口到通信协议

"USB基础篇.pdf" USB（Universal Serial Bus）是一种通用串行总线，用于连接计算机系统和各种外部设备，如鼠标、键盘、打印机、扫描仪、数码相机、移动存储设备等。USB技术以其易用性、高数据传输速率和供电能力在现代电子设备中广泛应用。 1. USB简介 USB是1990年代中期由几家科技巨头（包括英特尔、康柏、IBM、Microsoft等）联合开发的接口标准，旨在简化设备连接、提高数据传输速度并统一接口规范。自USB 1.0发布以来，经过多次迭代，目前最新的版本是USB 4，提供了高达40Gbps的传输速率。 1.1 USB各版本基本区别 - USB 1.0：最高12Mbps（低速）或12Mbps（全速） - USB 2.0：最高480Mbps（高速） - USB 3.0：最高5Gbps（超速） - USB 3.1：最高10Gbps（SuperSpeed+） - USB 3.2：最高20Gbps（双通道）或40Gbps（四通道） - USB 4：最高40Gbps（双通道）或80Gbps（四通道） 1.2 USB的拓扑结构及基本概念 USB拓扑包括主机（Host）、设备（Device）、集线器（Hub）和端点（Endpoint）。主机负责发起通信，设备响应主机的请求，集线器可以扩展端口数量，端点则是设备上的数据传输点。 1.3 USB相关概念 - USB主机：控制USB总线，发起数据传输。 - USB设备：接收主机的数据传输请求，执行相应操作。 - 端点：设备上特定功能的数据收发点。 - USB通信管道：每个端点都有一个独立的通信通道，允许数据双向传输。 2. USB的物理特性 包括接口定义、通信信号、总线状态和设备速度模式检测。USB接口有多种类型，如Type-A、Type-B、Type-C等，通信信号涉及差分对信号传输，总线状态包括空闲、连接、配置等，设备速度模式检测用于识别设备的最大传输速率。 3. USB设备的描述符 描述符是USB设备用来向主机描述其特性和功能的结构化数据。它们分为设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符等，每个描述符都有特定的结构和作用，例如设备描述符包含设备的版本、制造商、产品ID等信息。 4. USB的通信协议 USB通信协议涉及包结构、事务处理、传输类型和设备请求。包结构分为令牌包、数据包和握手包，事务处理包括SETUP、IN、OUT事务，传输类型包括控制传输、批量传输、中断传输和同步传输。设备请求是主机向设备发送的命令，用于配置设备或获取设备信息。 USB设备的枚举过程是设备连接到USB总线后被主机识别和配置的过程，包括设备枚举状态、设备请求、配置选择等步骤。通过USB分析仪，可以观察和分析USB总线上的数据包，帮助理解和诊断USB通信问题。 总结，USB基础知识涵盖了其历史背景、版本差异、物理特性和通信协议等多个方面，理解这些内容对于设计、开发和故障排查USB相关产品至关重要。