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。
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