USB in a Nutshell-英文

USB（通用串行总线）是一种在计算机和各种电子设备之间传输数据和电力的行业标准接口。该接口已经历了多个版本的演进，目前广泛使用的有USB 1.1、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1和USB 4等。尽管每个版本的USB规范都包含了大量的技术细节，但其核心目的是为了实现易用性（简单连接和即插即用功能）和提供多种数据传输速率。 USB的基本组成包括物理连接器和数据流模型。物理连接器主要分为Type-A（下流连接，通常用于主机端）和Type-B（上流连接，通常用于设备端）两种。USB的物理形状和电气特性在USB 2.0规范中得到了详细定义，而USB 2.0规范包含了650页的详细说明，涵盖了USB的各种标准和细节。 USB的数据流模型描述了USB系统的基本工作方式，包括拓扑结构、数据速率、数据传输类型（控制、中断、同步和批量）和基本的电气规范等。数据流模型是USB系统实现功能的基础。其中，端点（Endpoints）和管道（Pipes）是USB系统中的两个核心概念，用于描述USB设备与主机之间如何传输数据。 USB的传输类型有四种：控制传输（Control）、中断传输（Interrupt）、同步传输（Isochronous）和批量传输（Bulk）。控制传输通常用于管理设备和管理通信；中断传输用于定时传输少量数据；同步传输用于连续的、对时间敏感的数据流，但会有数据传输的不完整性；批量传输适用于大量数据传输，其特点是数据传输是准确无误的。 USB类规范定义了属于特定类别的设备如何与USB接口互动。例如，HID类（Human Interface Devices）规范就定义了像键盘、鼠标等输入设备的共同操作方式。USB类规范的目的是让设计通用驱动程序更为简便，因为设备制造商只需遵循特定类别的规范，而无需为每一种设备编写单独的驱动程序。 USB设备的即插即用（Plug and Play）功能使得用户可以在不重启计算机的情况下连接或移除USB设备。早期的USB 1.1和USB 2.0提供了低速、全速和高速三种传输模式，其数据传输速率分别是1.5 Mbps、12 Mbps和480 Mbps。到了USB 3.0，加入了超高速（SuperSpeed）模式，支持5 Gbps的传输速率。最新的USB 3.1和USB 4提供了更高的传输速率和改进的电力供应功能，支持双向数据传输和改进的电力管理。 对于设计USB主机（Host）的开发者来说，USB规范中还包括了三种不同的主机控制器接口（Host Controller Interface）标准。这些标准并不是USB 2.0规范的一部分，它们详细规定了如何设计USB控制器的软件接口。 尽管USB规范非常详尽，但对于大多数USB产品的开发人员来说，并不需要阅读整个规范。规范中的一些章节是由营销部门编写的，还有些章节针对的是USB控制器IC自动处理的较低层次，以及专门针对主机和集线器开发者的章节。对于初学者来说，熟悉USB的基本概念和核心组件是开始设计USB设备或系统的出发点。 简而言之，USB标准是通过一系列详尽的文档来定义一个通用接口的各个方面的，其中包含了连接器、电气特性、传输协议、设备类规范以及接口的物理和数据流模型。这些规范共同确保了USB设备的互操作性和易用性，让USB成为计算机和移动设备中广泛使用的接口之一。