USB协议学习

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@小白创作中心

USB协议学习

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CSDN

https://m.blog.csdn.net/weixin_45264425/article/details/143471481

USB（Universal Serial Bus）接口是目前计算机系统中最常用的外部设备接口之一，广泛应用于鼠标、键盘、U盘、移动硬盘等设备的连接。随着技术的发展，USB协议也在不断演进，从最初的USB 1.1发展到现在的USB 3.2，传输速度从1.5Mbps提升到了20Gbps。本文将详细介绍USB协议的核心概念和技术细节，帮助读者全面了解这一重要的通信标准。

USB发展背景

发展变化

USB1.1：规范了USB低全速传输；
USB2.0：规范了USB高速传输，采用NRZI（反向不归零）编码（NRZI采用8bit编码方式），位填充（在数据进行NRZI编码前，每6个连续的1信号之后都会插入1个0信号，以避免电平不能突变丢失同步）；
USB3.0：采用8b/10b编码，增加一对超高速差分线，供电5V/0.9A
USB3.1：采用采用128b/132b编码，速度提高一倍，供电20V/5A，同时增加了A/V影音传输标准；
USB3.2：增加一对超高速传输通道，速度再次翻倍，只能在C型接口上使用。

速度等级

1.5Mbps / 12Mbps / 480Mbps / 5Gbps / 10Gbps / 20Gbps

通讯接口

四种传输

控制传输：主机获取设备信息、状态，选择设备配置等，传输的数据量不大，但数据传输的正确性有很高的保障，一般适用于信息的获取、命令的控制、参数的配置等；
中断传输：收发数据量少、周期性传输，USB会为中断传输保留一定的总线带宽，用于保证其能在规定的时间周期内得到分配，适用于键盘、鼠标等设备；
批量传输：利用任何可获得的总线带宽进行数据传输，对传输的时间和速率没有要求，但必须保证数据的正确性，可在总线带宽比较紧张的时候为其他的传输方式让出时间，而将本身的传输延迟，但当总线比较空闲时，可以很快的速率传输来发送大量的数据，比较适用于存储类的产品、打印机、扫描仪等；
等时传输：恒定速率、没有差错控制和重传机制的传输，不能保证每次传输都是成功的，比较适用于音/视频类的产品。

主设备 & 从设备

主设备和从设备之间的通讯物理通道：主设备分配的地址/默认地址0 + 从设备固有端点号。
主设备和从设备之间的时间长度单位：帧（1ms，低/全速）/微帧（125us，高速）。
主设备和从设备之间协议处理基本单位：事务处理。

主设备

USB主设备一般具有以下功能：

检测从设备的插拔；
管理主从通讯之间的控制流；
管理主从通讯之间的数据流；
记录主设备状态和从设备动作信息；
控制主控制器和从设备之间的电气接口。

从设备

集线器
支持最多5个集线器（不包括主设备的根集线器）级联。
功能设备
内部包含有描述自身功能和资源需求的配置信息。

连接与检测

当端口没有设备连接时，其D+和D-的电压均为0V，当主机检测到此状态维持至少2.5us，则认为没有设备连接。
当低速设备连接到主机时，D-上的电压为3V，D+上的电压仍然为0V，当主机检测到该状态维持2ms，则认为有设备连接且当前设备为低速设备。
当全速设备连接到主机时，D+上的电压为3V，D-上的电压仍然为0V，当主机检测到该状态维持2ms，则认为有设备连接且当前设备为全速设备。