USB基础介绍.pdf

USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是一种广泛使用的外部总线标准，用于连接、通信以及供电给电脑和电子设备。USB2.0是该标准的一个重要版本，相较于USB1.1，在速度和性能上有了显著提升。USB2.0提供的传输速率最高可达480Mbps，并在易用性、扩充性等方面具有明显优势。 USB总线布局规定了设备与主机之间的连接方式和物理特性。USB系统主要由主机、集线器（Hub）、连接器和电缆组成。主机是USB系统中的核心，负责管理所有连接的设备。集线器是扩展连接点的关键组件，它允许一个USB端口连接多个设备。USB的连接器主要有A型、B型、mini和micro几种形式，各有其特定的插口形状和用途。电源线和地线确保设备获得稳定的电力供应，而D+和D-线则用于数据传输。 USB2.0的逻辑结构是层次性的星型拓扑结构，其中包含根集线器（RootHub）和多个逻辑设备。USB系统软件负责与硬件和应用软件之间的接口，处理USB设备的通信和数据传输。USB主机控制器通过总线接口与USB设备进行数据交换。 在数据传输方面，USB2.0定义了多种通信方式。它使用差分信号传输，并利用NRZI（Non-Return to Zero Inverted）编码来减少传输中的误差和延时。设备状态分为高速、全速和低速三种，不同类型的设备对应不同的电平标准。高速设备的识别涉及特定的信号序列和阻抗调整过程，确保设备能够以高速通信。 USB2.0传输协议定义了端点（Endpoint）的概念，端点是USB设备中用于数据传输的逻辑单元，每个端点都具有唯一的地址和方向（输入或输出）。端点0是默认控制端点，用于设备的初始化和配置。包（Packet）是USB传输中的最小单位，每一个包都包含有特定的同步字段和端点标识符（PID）。PID用于标识包的类型，如Token、Data和Special，其中Data包又细分为不同的子类型，如DATA0、DATA1、DATA2等。包的传输需要按照严格的格式和时序要求，任何不符合规范的包都会被舍弃。 设备枚举是USB设备与主机建立通信的过程，它涉及到设备状态的确认、端点的初始化和数据传输的准备。枚举过程包括设备识别、设备请求与设备描述符的交换等步骤，确保设备能够以正确的参数与主机通信。 总体而言，USB2.0作为一种成熟的技术标准，在市场上被广泛应用于各种计算机外设和消费电子产品中。了解USB2.0的基础知识点有助于更好地认识和使用USB技术，同时也为开发者提供了设计和实现USB设备和驱动程序的技术基础。随着USB技术的不断演进，USB3.x和USB4等新版本已经推出，它们提供了更高的传输速率和更强大的功能，但在很多场合USB2.0仍保持其重要地位。