USB技术详解：从概述到协议基础

"USB学习笔记-USB概述与协议基础.pdf" USB（通用串行总线）是一种广泛应用于现代计算机和电子设备中的接口标准，由Philips、Intel、NEC等大厂在1994年发起，并随着时间的发展不断升级。USB1.0规范包括了低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）模式，随后的USB2.0在2000年引入了高速模式，传输速率提升到480Mbps。2008年的USB3.0版本则进一步将速度提升至5Gbps。 USB的主要优点在于其便捷性和灵活性。首先，它支持热插拔，用户可以在设备运行时直接连接或断开USB设备，无需关闭电源。其次，USB接口能够通过系统总线供电，为设备提供5V/500mA的电源，简化了设备的使用。此外，USB接口可以连接多种类型的设备，如鼠标、键盘、打印机和显示器，并且通过Hub可以轻松扩展连接设备的数量，最多可达127个。高速数据传输是USB的另一大特点，USB2.0的数据传输速度远超PS/2、并口和串口。USB OTG（On-The-Go）功能允许设备之间直接通信，无需通过PC作为中介。 然而，USB也存在一些不足。其供电能力有限，对于高功率设备，如打印机或显示器，可能需要额外的电源。另外，USB的传输距离受限，单线连接最大长度为5米，通过Hub扩展后总长度不超过30米。这限制了其在长距离应用中的使用。 在拓扑结构上，USB系统中只有一个Host（主机），通常是PC，而Hub则是星型网络的核心，最多可以有4层（USB1.1）或6层（USB2.0）结构，每个层的电缆长度限制为5米，总长度不超过30米。每个USB设备都有一个7位的唯一地址，范围从0到127，其中0号地址是预留的。 在电器特性方面，USB连接器分为A型和B型，分别用于主机和设备，还有小型化的Mini-A、Mini-B以及兼容两者的小型接口Mini-AB。USB的数据传输依赖于D+和D-这两条信号线，通过信号编码实现数据的传输。在USB协议中，逻辑上分为信号层、协议层和数据传输层。信号层负责D+和D-上的信号传输，协议层解析每个数据包的实际意义，而数据传输层则规定了数据如何在USB设备之间有效且可靠地传输。 USB1.1协议是早期的USB标准，它的三层结构帮助理解数据在USB系统中的流动。信号层的编码方式确保了数据的稳定传输，协议层规定了数据包的结构和交互规则，而数据传输层则包含了各种传输机制，如控制传输、中断传输、批量传输和同步传输，这些传输方式适应了不同类型的USB设备和数据需求。 USB技术在连接性、易用性和性能上都有着显著的优势，但也有其局限性，如供电和传输距离。随着技术的进步，USB标准不断演进，以满足更高速度、更大功率和更复杂应用场景的需求。