USB 2.0 协议概述.pdf

### USB 2.0 协议概述 #### 一、USB 2.0 概述与特点 USB 2.0（Universal Serial Bus Version 2.0），即通用串行总线版本2.0，是一种广泛应用于计算机系统的高速数据传输接口技术。与前代USB 1.1相比，USB 2.0的最大数据传输速率达到了480Mbps（即60MB/s），极大地提高了数据传输效率。此外，USB 2.0具有以下特点： 1. **热插拔**：支持即插即用功能，用户可以在不关闭系统的情况下连接或断开设备。 2. **供电方式**：USB 2.0支持两种供电模式——总线供电和自供电。总线供电模式下，设备可以从USB端口获取电力，最大功率为500mA。 3. **向下兼容**：USB 2.0完全向下兼容USB 1.1和USB 1.0设备，这意味着低速和全速设备都可以在USB 2.0主机上正常工作。 #### 二、USB 2.0 体系结构 USB 2.0体系主要由三个部分组成：主机（Host）、设备（Device）以及物理连接（Physical Connection）。 1. **主机（Host）**：是整个USB系统的控制中心，负责管理数据传输和其他USB设备的操作。主机可以是个人电脑、移动设备或其他支持USB功能的电子设备。 2. **设备（Device）**：分为USB功能设备（Function Device）和USB集线器（Hub）。USB功能设备是指具有特定功能的USB设备，如鼠标、键盘、打印机等。USB集线器则用于扩展USB接口数量，允许多个USB设备连接至单一USB端口。 3. **物理连接**：指的是用于连接USB设备之间的电缆。USB 2.0推荐使用屏蔽的双绞线，以减少干扰并提高传输质量。 #### 三、USB 2.0 拓扑结构 USB 2.0采用分层的星型拓扑结构，最多支持7层（Tier），即从主机的根集线器（Root Hub）开始，可以级联5个USB集线器。这种拓扑结构保证了USB系统的灵活性和扩展性。 1. **根集线器（Root Hub）**：是主机内部的一个特殊集线器，通常不占用地址空间。它作为USB系统的核心，管理着与主机相连的所有USB设备。 2. **复合设备（Compound Device）**：是指将多个功能设备通过内置的USB集线器组合在一起的设备。例如，带有录音功能的USB摄像头就是一个复合设备的例子。 3. **地址分配**：一个USB主机最多可以支持127个地址，每个USB设备都需要一个唯一的地址。地址0为默认地址，仅用于设备枚举过程中，之后不可再分配给任何设备。 #### 四、USB 2.0 数据传输机制 1. **轮询机制**：USB 2.0采用轮询的方式进行数据传输，即所有数据传输均由主机发起。每次只能有一个数据包在USB总线上进行传输。 2. **令牌包-数据包-握手包**：USB 2.0的数据传输过程主要包括令牌包、数据包和握手包三个阶段。令牌包用于标识数据包的目的地或来源地址；数据包则是传输数据的主要载体；握手包用来确认数据是否成功接收。 3. **端点（Endpoint）**：是USB设备中的数据收发基本单元。每个USB设备都有一个默认端点，用于处理设备的枚举过程。此外，USB设备还可以拥有多个其他端点，用于特定的数据传输任务。 4. **管道（Pipe）**：是主机与USB设备端点之间数据传输的逻辑通道。管道可以是无格式的流管道或有格式的信息管道。其中，默认的控制管道用于设备的枚举和配置。 #### 五、USB 2.0 枚举过程 枚举过程是USB 2.0中的一个重要环节，主要用于获取USB设备的基本信息并配置设备。枚举过程主要包括以下几个步骤： 1. **获取设备描述**：主机通过默认的控制管道发送标准请求，获取设备的基本信息，如设备类型、支持的USB版本等。 2. **地址分配**：为每个USB设备分配一个唯一的地址。 3. **获取配置描述**：主机进一步获取设备的配置描述信息，以便正确配置设备。 4. **配置设备**：根据设备的配置描述信息，设置设备的工作模式和其他参数。 5. **状态查询**：主机定期查询设备的状态信息，确保设备正常运行。 通过这一系列标准化的过程，USB 2.0能够实现高效、稳定的数据传输，并支持多种设备的即插即用功能。